特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统应用

吕 念，李宏涛，王爱洁

（1.山东送变电工程公司，济南 250118；2.北京博超时代软件有限公司，北京 102206）

特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统应用

吕 念1，李宏涛2，王爱洁1

（1.山东送变电工程公司，济南 250118；2.北京博超时代软件有限公司，北京 102206）

特高压钢管塔施工难度大，精度要求高，对施工人员的技术水平提出了极高的要求。施工前需要对其开展相关培训工作，传统的培训方式无法满足特高压施工的要求。通过特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统的应用，将施工画面直观展现，提供工程管理可视化控制和技术分级评价体系，建立基于虚拟现实的高端工程管理模式，实现钢管塔施工规范化，可有效提高工程质量，降低施工风险。

特高压钢管塔；模拟；施工演练；智能化

0 引言

随着人力成本的提高以及国家对施工安全和工程质量的重视，强化工程建设的统筹策划、对工程成本的合理预测、规范工程施工和管理行为、进一步深化工程培训交底越来越受到管理层的重视。现有施工方案设计是以现场人员管理经验进行制定，通过文字描述和现场答疑进行方案评定，工程施工方案细节缺少明确直观地表达和沟通［1］。

特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统是利用虚拟现实技术创建一个多环境和因素的虚拟场景，根据技术人员在三维场景中的虚拟操作逐步完成施工方案，形成一份评价报告。系统可实现可视化方案评审和交流功能，展示施工过程中存在的隐蔽问题，既能对典型施工方案进行培训，也可对新的方案进行异地模拟和评审。

1 工作原理

以钢管塔运输与组立工艺管理为主线，以虚拟现实仿真技术为方法，将施工过程中的安全管理、质量管理、进度管理、造价管理、项目管理融入到特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统中，用虚拟场景模拟现场作业环境，辅助分析工程案例，建立虚拟施工指导现实作业的高端管理模式。

如图1所示，虚拟现实是在为用户提供最大真实感的场景中，提供操作者全自由度的视景漫游和操作。场景中的对象携带自身属性信息，并建立逻辑关联，形成节点网络。操作者全自主控制，对任意节点网络模型进行操作。虚拟场景是操作者通过鼠标等外设设备操作，唤醒节点网络设备。通过逻辑控制模型进行属性和行为响应。设备属性通过实际调研获取，符合工程需要。例如，某一个工器具的额定荷载规格、费用、使用要求等属性。

图1 虚拟现实模型响应过程

集合当前特高压钢管塔标准化施工工艺，实现系列化虚拟施工培训系统，同时，不仅涉及虚拟施工工艺，对施工流程管理方面，创建完整模拟演练系统，涵盖一个完整施工方案的全部因素，并提供结果对比，为工程造价控制和方案选择提供支持［2-3］。

2 系统功能

2.1 施工流程精细化分级

拆分施工过程，细化每个步骤施工过程操作，实现工器具、机具、人员等配置阶段选择和施工操作，并按照施工顺序依次推进，形成完整的施工过程。每个阶段关联配置施工技术级别，提供施工技术分级评价和全过程演练。

2.2 现场图形数据库生成

系统采用图、模、库一体化方式实现铁塔、机具、工器具、环境等因素的管理。利用三维可视化开发平台，结合现场实际施工和塔形、机具、工器具等图纸信息，建立精细模型，模型通过建立数学模型关联配置属性信息，包括参数、规格、价格、气候、高差等信息，属性信息以数据库管理。建立地形、环境自主选择和配置机制，实现风险事故设置。系统对设定故障的动态行为与实际一致，并以声音、光线等进行告警［4］。

2.3 技术规程等碎片化管理

将标准化的技术规程、管理规定根据不同内容融入具体施工过程，在施工过程中学习掌握规程、规定内容。

2.4 智能化功能

施工方案演练：自由操作创建施工工器具、机具、人员、地形等基础数据，实时创建虚拟施工场景，全自由度进行任意施工方案的模拟演练。

人员组织分析：系统能够实时进行人员配置的修改，精细化模拟出人员的实时动态。

施工安全管理：系统建立施工安全事件库，会根据初始设定，随机触发安全事件，对参加模拟的人员进行安全模拟测试［5］。

施工进度模拟：系统能够根据配置情况对施工进度进行精确模拟。

费用预算模拟：系统能够根据施工进度的资源配比情况，做到预算精细化统计。

建立全场景全自由度智能演练平台，对施工全过程进行虚拟演练。在提供技术演练和考核功能上，实现施工过程规范化、标准化、可视化管理，为方案选择、成本核算、进度计划等提供数据和图形支撑。

3 应用实例及效果

使用者以第一人称的角色，在三维场景中模拟现场施工进行一些技能操作。在虚拟的环境中用户可以任意切换镜头，任意自主漫游，并根据操作步骤触发事件，点击物件进行操作。如果出现错误操作过程，系统将给出提示信息，引导人员进行正确操作。

施工方案包含了地形浏览、单基策划、人员配置和机具配置。自由演练仿真模拟场景所需要的因素都在此设置。单基策划分为双平臂下顶升、双平臂上顶升、外拉线落地、内悬浮外拉线、单动臂组塔。演练中可以任意选择一组策划进行设置。

人员配置分为地面组装人员、高空作业人员、现场负责人、技术负责人、安全负责人、质检专工、设备维护人员。机具配置分为吊车、纹磨、拉线地瞄、地钻、牵引机、帐篷、警示牌、工具区、厕所、组装区、堆料区、抱杆、控制线地瞄、纹磨地瞄。配置完成后进入到自由演练场景界面。

自由演练场景分为4个小模块，如图2所示，以左1、左2、右1、右2表示。左1为计算工时，系统默认时间每天正常工作为8 h，超过8 h则视为加班，系统会给出加班提示。左2为施工步骤，包括施工准备、组立抱杆、组塔组立、抱杆拆除、场地清理和铁塔检修6大项。需要依次从左往右进行施工，不可越级实施。对于每项工作完成情况会给出进度表提示。右1分为设置、进度、费用、人机、执行、日志。右2上半模块显示操作指令，下半模块为时间加速，为了提高模拟效率，此项与左1时间显示框成正比。

图2 自由演练界面

首先进行施工准备，如图3所示，设置相应的警告牌、生活区、纹磨、堆料区、工器具区，安排相应的人数去完成任务。

施工准备完成后进行抱杆组立、塔身吊装、抱杆拆除、场地清理工作。

最终演练完成，由综合评分、施工用时、施工费用、施工人数来直观的表达钢管塔演练评估成绩，可作为对使用者进行进一步技术培训的参考。

特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统在皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程中得到广泛应用，对全线施工和业主项目部的技术人员开展了200余人次的培训，并通过各施工项目部对全线铁塔组立的全体施工人员开展了10 000余人次的培训，减少了集中培训的会务、差旅等费用。按照4天培训期核算，采用软件培训不受场地限制，培训时间缩短1／2，会议成本降低1／2。一次30人的培训，传统培训费总成本约6.8万元，使用仿真系统培训成本约为3万元，一次性节约费用约3.8万元，按照一个工程培训4次计算，可节约培训费约15.2万元。采用仿真系统进行培训，每个人都可以亲自模拟实景进行操作，培训效果更优于传统的PPT授课方式，使受训者快速掌握组塔的技术流程和要求，为全线铁塔组立的顺利完成打下了坚实基础。

图3 施工准备—拉线地锚埋设

4 结语

特高压钢管塔模拟施工演练智能化系统通过人机交互虚拟仿真模块，使受训人员快速掌握要点，扩大了培训广度和深度，提高了受训人员的技能水平和安全意识，开创了可视化、交互性培训的先例，引导了输变电工程施工培训的发展方向，为实现规范化、标准化的培训奠定了基础，提高了施工技术管理水平及技术创新。

［1］赵立峰.“模拟”现场工作法是施工安全的牢固屏障［J］.农村电气化，2002（12）：29.

［2］杨靖波，韩军科，李茂华，等.特高压输电线路钢管塔计算模型的选择［J］.电网技术，2010，34（1）：1-5.

［3］GUO Yanlin，WANG Jie.Instability behavior and application of prismatic multi-tube latticed steel column ［J］.Journal of constructiond Steel Research，2009，65（1）：12-22.

［4］施菁华，秦庆芝，帅群，等.Q460特高压双回路钢管塔真型试验分析［J］.电力建设，2011，32（4）：29-33.

［5］汪延寿，赵贞欣，李占岭，等.220／110 kV四回路窄基钢管塔真型试验［J］.电力勘测设计，2014（2）：50-55.

Application of UHV Steel Tubular Towers Simulation Construction Drill Intelligent System

LV Nian1，LI Hongtao2，WANG Aijie1
（1.Shandong Electric Power T&T Engineering Company，Jinan 250118，China；2.Beijing Bochao Soft Co.，Ltd.，Beijing 102206，China）

The construction of UHV steel tubular towers is difficult and requires high precision，which puts forward a very high demand for constructors.Before the construction，it is necessary to carry out related training，however，traditional training methods cannot meet the need of UHV construction.Through UHV steel tubular towers simulation construction drill intelligent system，construction pictures can be displayed directly，and the engineering management visual control and the technical grade evaluation system are provided.The establishment of the high-end project management model based on virtual reality，and the realization of the standardization of steel tubular towers construction can effectively improve the quality of projects and reduce the risk of construction.

UHV steel tubular towers；simulation；construction drill；intelligent

TM754

A

1007－9904（2017）03－0054－03

2016-10-15

吕 念（1969），男，高级工程师，从事输变电施工工作；

李宏涛（1983），男，工程师，从事软件设计与研发工作；

王爱洁（1971），女，工程师，从事输变电施工工作。