输电工程架空线路参数设计与应用

黄福水

（智方设计股份有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

随着经济的发展，电力设施的建设也在稳步发展。由于电力线项目的复杂性高，工期长且地理覆盖范围广，因此从项目到施工都会产生大量的工程图和材料。但是，二维图形表达信息的能力有限并且使用过程中缺乏交流，导致不同学科之间涉及信息的交换程度很低[1]。此时利用中央模型实现信息的传递、调用与控制可以方便施工各方查看和制定解决方案，从而提高解决方案的工作效率。

1 架空线路参数化设计流程

典型的架空输电线路设计主要包括线路选择和布置、塔架设计、基础设计以及绝缘子组件设计等部分。本文研究输电工程架空线路参数设计与应用时，该部分设计主要分为塔架设计和支撑件设计两部分。其中，塔架设计的支撑类型可以分为悬挂支撑和张力支撑两种，其功能是承受导体和绝缘线的负载[2]。支撑件设计指的是包括支撑件在内的电线、避雷针、绝缘线、跳线、地线以及垫圈等组件结构设计。其中，绝缘线由多个绝缘体和配件组成，用于悬挂电线以及将其与支撑物和地面隔离。根据支架的类型，绝缘线可以分为悬挂式花环和拉力式花环，架空线路参数化设计流程如图1所示。

图1 流程图

根据图1所示的流程，设计人员可以使用Revit软件中的CAD导入功能，导入带有以DWG格式存储的路线选择信息的路线底图，并在3D渲染环境中选择2D杆塔的选点，并为点分配信息，如高程和跟踪代码。然后，通过调用早期创建的参数化族库，在2D点完成支架和塔架的选择及自动建模。根据建立的模型自动生成架空线路，以模型中的极点和支撑信息在指定位置生成零件，包括沿高架线路径的悬架柱或张力柱的自动环路和相位旋转[3]。最后，在3D渲染环境中设置模型，完成架空线路参数化设计。

2 标准参数化族库的构建

为了满足架空线路后期设计过程中可以随时调用相关参数信息，构建标准参数化族库。本文结合较早提出的3D参数架空线设计方法，创建一个标准的参数化族库，其中包括2D路线点注释族和架空电力线组件族。

2.1 2D路线点注释族

在传统的2D设计中，选择架空布线后，设计人员通常需要组合多个横截面图以定位支撑物和塔架。在随后的设计中，图纸对帐工作也降低了输电工程架空线路设计的工作效率[4]。因此，本文将Revit软件中的2D路线点作为参数化的标签族，其类型、高度、路径代码、数字及其他信息用作族参数，表示有关该位置的塔架类型的信息。下部中心点的空间位置信息以及塔架传输线的路径信息是下一步设计选择和自动生成模型的重要信息支撑。

2.2 架空电力线组件族

传输线设计中的大多数设备和结构都是标准零件，通过创建标准参数化族并根据交互标准命名，将几何信息和标准零件的一般属性存储在标准族库中[5]。本文结合重新设计技术，在Revit软件环境中创建除极以外组件的标准参数化族库。极以外的组件通常由悬挂板、悬挂夹以及绝缘子元件等各种零件组成，这些零件属于设计规范中的标准化零件。具体实现过程中先创建标准化零件库，以绝缘子串为例，将绝缘子串设置为调用所需内容，通过更改其参数实现绝缘子串的自动组装[6]。考虑到不同绝缘子串之间存在不同的几何特征和非几何特征，因此对绝缘子串参数进行标准化处理，统一将几何信息和一般特性均作为族参数，为后续的参数驱动模拟创建输电线参数化族库。

在输电工程架空线路实际施工中，经常会调用到大量的绝缘子串。为避免通过基于上述标准化系列库结合二次开发技术导致重新更改参数，方法是调用API中提供的应用程序编程接口Revit API功能，该功能可读取组件家族信息并根据实际施工现状管理参数的修改，通过这一过程自动创建和完整命名每个组件类型和模型，进一步提高组件的利用率。

本文使用C＃对Visual Studio软件进行编译，并通过dll文件实现应用程序参数自动仿真[7]。与此同时，为了帮助用户更容易调用此功能，本文通过编写外部应用程序文件在Revit软件的工具栏中创建功能按钮，当用户点击功能按钮并输入相关信息时，即可实现与程序的交互。

3 应用效果分析

3.1 数字化选线

3D数据建模完成后，依靠输电线路相关数据及转换信息，利用数字化技术设计真实的输电线路设计中经过的地形地貌特征，并生成数字3D地形图像模型，以此作为线路选择依据。该方法相比传统的路由选择具有更多的优势，其主要原因在于数字3D地形图图像模型可以清晰地展现输电线路沿线的地形地貌信息，并且可以显示高速铁路和高速公路等交通线路中重要的交叉点以及重要的电力传输通道，在一定程度上可以为输电线路设计人员提供必要的数据支持，进一步获取最佳的输电线路。

3.2 杆塔定位

杆塔定位是架空输电线路设计的关键部分，其直接影响土地使用、植被覆盖以及后期输电工程建设中交叉点的协调调度等方面。在传统设计中，架空输电线路的支柱位置图主要分为断面图和平面图两部分。上述两种位置图虽然可以观测到输电线路的相关数据，但是不能直观地观测到输电线路交叉点位置分布情况。本文设计的杆塔定位示意如图2所示。

图2 杆塔定位示意图

与传统的横截面图和支撑塔架布局相比，在3D设计平台中，结合3D地形数据和高程数据可以实现3D塔架的建造、移动、拆卸以及更换等操作，并且可以在操作过程中进行调整。实时检查安全距离，并基于3D图像选择和优化传输线的路径。在3D软件中，塔架布局的设计可以实时显示输电线路沿线分布的相关情况。

3D设计平台基于对支撑物和塔架位置进行验证的结果可以自动完成设备校准，并可以第一时间统计输电线路的使用数量，从而节省人力并减少输电线路设计时间。3D设计在输电线路设计中的应用不仅可以直观地显示输电线路沿线相关的地表信息，还可以促使设计人员和施工人员清楚地了解每个输电线路基础杆和塔架的周围地形地貌，并在输电线施工完成后模拟输电场景，为塔架正常运行提供保障。

3.3 距离测量

在对塔架之间距离进行现场制图和最终勘测之后，有关电力线设计中房屋、树木、道路分布等自然景观和其他电力线的信息可以传输至3D设计平台。通过测量垂直距离、坡度距离、方位角以及住宅建筑物之间的距离，测算电力线和其他特殊相交物体的安全距离，分析安全距离是否符合国家电力系统相关标准。

3.4 电力金具组装及校验

在上述塔架定位以及距离测量完成后，需要对电力金具组装并对行校验。通过模块化组装和3D视觉组装实现3D电力金具设备组装，根据装配图或零部件关系完成输电线路配件线的装配设计并输出装配图、材料表以及3D实体线模型等文件。同时将实时监测每个组件的连接和协调情况，以避免在实际施工和安装过程中出现问题。校验过程主要体现在将线路中每个组件的实际工作情况与标准工况进行匹配。

3.5 通道清理

使用航拍图像为房屋和森林建模并绘制平面图，从不同角度观察输电线路周边的三维环境，获取输电线路周边房屋、道路以及河流等位置和高度的精确信息，为实现输电线路精确设计提供前提条件。输电线路设计人员可以在3D设计平台界面中绘制树木自然生长表面情况，并且可以遍历和投影表面信息进一步划分准确的砍伐范围，有效解决了使用传统2D平台无法计算有关在山丘上砍伐树木信息的缺陷。

4 结 论

本文通过将参数化设计和二次开发技术相结合，可以实现架空线中心模型的自动创建，显著提高了设计效率和设计质量。该项目的研究结果可作为未来架空输电线路项目的指南，但是本文尚未针对输电项目实施路径选择和路径优化，对此在今后将进行更加深入的研究。