用于规划设计的数字驱动动态风玫瑰图的研究

文/韩嘉宁（中国石油天然气管道工程有限公司）

一、研究、开发背景

2009年，中国部分地区遭受冰雪灾害导致天然气供应紧张。当时，浙江杭州有三分之一的城区居民用气受到影响,因天然气短缺关停11家企业；湖北武汉所有出租车停止供气，武汉市26座加气站全面停止供气。

在这样的情况下，天然气价格暴涨，国内天然气批发价平均每吨已暴涨500元以上，涨幅超过两成。专家指出，气荒、气价暴涨的原因主要是突如其来的雨雪天气导致国内天然气需求急剧反弹，造成全国多处天然气供应告急。

据2009年预计，2010年供气城市会增加到270个，天然气消费将达到150立方千米。届时中国天然气供需缺口约30-40立方千米，而到2015年，缺口还将扩大到50-60立方千米。全国各地将面临“气荒”的严峻处境。

故此，理顺以石油、天然气等能源资源价格将成为“十二五”改革的重要措施。《中共中央关于制定国民经济和社会发展的第十二个规划的建议》提出，要深化资源性产品价格和要素市场改革，理顺煤、电、油、气等资源类产品价格关系，完善价格形成机制。该政策延续至今，从而促成了近年来大批量的天然气管道项目及相关配套设施的建设。

二、当前存在问题

长输天然气工程的站场及截断阀室较多，每个站场及阀室都需要绘制当地的风玫瑰图（全称为风向频率玫瑰图）。绘制风玫瑰图是一项技术难度不大但比较繁杂的工作，需要收集建设地点的风向频率资料，这些资料或者来源于气象局，或者来源于规划局，前期需要进行大量的走访调研工作，如需详细准确的资料往往需要前往项目所在地相关单位询问并索要数据，个别地区气象数据涉密或由于其他原因，还需调研人员所属企业开具介绍信或收取相关费用，甚至要求单位间公对公的打款，这些步骤需要消耗不少的时间和精力。

当项目紧急无法进行详细调研时，设计人员往往只是根据从政府网站上截取的图片进行手工描绘，或者来源于其他渠道，虽大体上无大的出入，但必然会存在相关偏差。绘制风玫瑰图时，需要先把这些资料转换为代表风向频率的数据，然后在CAD图形中绘制出风玫瑰图来。绘制完的风玫瑰图，一般保存在设计文件中。

当前存在的主要问题是，过去已有的各地风玫瑰图，并没有进行收集整理，这些风玫瑰图还保存在原来的图形中，同一地区的工程，要使用原来的风玫瑰图，查找起来比较困难，难以得到重复使用，往往还要重新收集资料和绘制图形，费时费力，鉴于这种情况，需要对过去的风玫瑰图进行收集和整理，便于同一地区的站场重复使用，节约时间，节省精力。

三、前期风频数据收集

要制作风玫瑰自动生成模块，首先需要大量的各地区风玫瑰数据；风频数据采集程序的作用是将各地的风频数据提取到EXCEL数据库中，该数据库与动态模块通过编程处理来进行动态链接，便于调用。

使用专门开发的风玫瑰数据采集程序（具备编程常识的工作人员均可制作），将现有收集到的风玫瑰图的风频数据自动提取出来并保存到EXCEL数据库文件中。编程内容多样化且涉及个人研究成果信息，这里不再赘述。

以下是三种常见的风频数据采集方式。

（一）通过传统的cad文件风玫瑰图

通过日常工作及长时间的项目积累，我们会收集到大量cad（dwg）格式的风玫瑰图。

示例：如图1是某一项目中，重庆市酉阳县的风玫瑰图。

图1 重庆市酉阳县的风玫瑰图（dwg格式）

图2黄色部分是根据图1提取到EXCEL中的风频数据黄色部分。

图2 根据dwg格式风玫瑰提取到的风频数据

（二）图片型的风玫瑰图

来源于网上或者从规划局拍照取得的图片型风玫瑰图，如图3需要人工采集各方向的风频数据，填入到EXCEL数据库中。

图3 图片格式的风玫瑰图

（三）通过WORD或EXCEL型数据文件

有些工程项目经过多方单位沟通及协调，获得的是WORD或EXCEL格式的详细的风频数据，可以通过复制粘贴或人工输入的方式保存到EXCEL数据库中。如图4。

图4 EXCEL风频数据库

四、风玫瑰动态图块

（一）制作动态风玫瑰图图块

目前根据统计数据及专业人员开发，图块已经制作完成，并以实际投入项目应用，成果稳定且便利、准确。此图块需要十分烦琐但不复杂的编程步骤，不便在此描述。各单位及个人实际需要应用时可委托相关软件公司或具备相应知识的人员进行制作，制作完毕的动态图块大致如图5所示。

图5 制作完成的数据驱动风玫瑰图块

（二）具体操作步骤及要求

（1）拖动北方向旋转夹点，建北及其轴线不动，其他部分都绕中心旋转，使测北、建北与建筑坐标系保持一致。

（2）单击地区选择夹点，可选择不同的城市，将自动切换为新城市的风玫瑰图。

注：这些操作不需要专门程序的支持，动态图块制作完成后复制到任何计算机上都可以具有如上特点。

（三）为动态风玫瑰图图块指定风频数据

我国国土辽阔，各省、直辖市、自治区下区、县数量繁多，在前期风频资料收集时往往无法得到全部资料，在后续项目中如遇到动态风玫瑰中不存在该项目所在地区风频数据的情况，则可对数据进行二次收集，拿到所需资料后可手动添加至EXCEL数据库中。

风玫瑰图块附上的风频数据如图6所示。

在图6的风频数据表中点取地区选择夹点后，将弹出各省名称的菜单，然后点击省名，再弹出城市名称，最后选取城市，风玫瑰图就变成选取城市的风玫瑰图了。

图6 EXCEL风频数据库

例如：如要将安徽蚌埠的风玫瑰图改为广西桂林的风玫瑰图，步骤如下:点击风玫瑰图后，出现多个夹点，再点击最下侧的夹点，会弹出选择省的菜单,这时选择广西,又弹出选择城市的菜单,最后选择桂林。这样,就自动改为桂林的风玫瑰图了，见图7。

图7 数字驱动风玫瑰的操作步骤示意

（四）当无法使用EXCEL数据库自动形成风玫瑰图时的应对方法

有些CAD平台并不支持动态图块或者不完全支持动态图块，可能无法使用动态图块或其部分功能，可能不能切换城市，并不能实现“全兼容”。

使用这样的CAD或者绘图平台时，就不必使用动态图块，可使用本文中介绍的通过技术人员专门开发的程序，从EXCEL文件中读取数据，在CAD上绘制风玫瑰图。如图8。

图8 从EXCEL文件中读取数据时显示的风玫瑰

五、成果作用

（1）可将过去的所有风玫瑰图数据都提取出来，形成数据库,供后续工程直接使用，实现资源的再利用。这样，已有风玫瑰图的地点，就不必再次收集资料和绘制图形了，节省时间和精力。

（2）可将新城市的风玫瑰资料快速加入数据库中，便于扩展，然后直接调用，由计算机自动绘图，不必人工绘图，简化了绘图流程，提高了设计效率。

（3）新的动态风玫瑰图具有更好的操作特性，可快速实现北方向的旋转，与建筑坐标系的角度保持一致；可快速切换任意城市，并在图上有城市名称提示,避免用错地点。

（4)本成果应用后，可大量利用现有的风玫瑰数据，很多站场都不用再次收集风玫瑰资料了，也不用重新绘制风玫瑰了，减少了工作程序，提高了设计的效率。同时为企业节约人力，为部门节约大量的调研时间，从而提升设计质量。