三维数字化技术在输电线路工程机械化施工中的应用研究

李基隆，胡道玖，何春晖，王 龙，陈相家，王 龙

（1.上海电力大学，上海 201306；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，山东 济南 250013）

0 引言

随着信息化技术越来越多地应用于各行业，国内外已通过BIM（Building Information Modeling，简称BIM）技术来促进传统领域内的工程建设及管理的变革，且建立了较为完善的控制体系。由于输电线路工程的特殊性，三维数字化技术在输电线路工程中的推广应用起步较晚。因三维数字化技术具有信息模型直观、便捷、易于利用和传递的优势，国内各电力设计院已在三维数字化技术方面开展应用和研究[1-2]。

随着电力企业精细化管理水平和设计精度要求不断提高，电网建设难度加大，在输电线路施工阶段遇到更多新困难，仅采用传统机械化施工已无法有效解决[3]。本文从施工器械进场、机械作业、进度统筹和造价控制等方面对三维数字化技术在输电线路工程机械化施工中的应用进行分析，将采用三维数字化技术的机械化施工模式与传统机械化施工模式进行对比，并对输电线路三维数字化技术的应用进行展望。

1 输电线路三维数字化技术

输电线路三维数字化技术的关键在于大数据[4]，以高精度航测影像、数字高程模型、基础地理等数据为基础[5]，基于BIM技术建立三维精细化模型。利用航测技术、三维可视化技术、虚拟现实技术和信息集成技术[6]，通过数据驱动模型，以三维数字化的形式，整合输电线路走廊的地形地貌信息和建设过程数据，组建真实的三维现场环境[7]。

2 机械化施工各阶段的新需求

随着可持续发展的推行，环境保护越来越被重视，输电线路工程施工面临更多新的困难和需求。

2.1 器械进场

输电线路工程大部分位于远离人口密集区的田地和山林中，工程中不同塔位的交通情况各不相同。随着环境保护要求的提高，以往从交通运输条件理想的位置修筑较长线路直达塔位的做法已不符合可持续发展的要求。目前在器械进场策划阶段，施工人员熟悉各塔位附近的交通状况以及各地政策要求的时间越来越长，与各级部门对接后确定最终进场道路方案所耗时间较长。

2.2 机械作业

随着施工队伍人员结构的调整，一线工作岗位多为新人，其缺少对输电线路基础和杆塔组装、导地线架设等方面的经验，这就造成了各阶段施工前安全点及困难点讲解、器械选择及操作的时间成本增加，现场返工及后期返工的次数也有所增加，对工程里程碑计划及工程结算有较大影响。

2.3 进度统筹

目前电力工程项目施工市场化程度不如其他建筑工程项目。电网公司的输电线路工程项目仍然由各省电力公司所属的送变电工程公司负责施工，施工单位仍以甘特图、横道图、里程碑计划等传统方法掌控工程进度。输电线路工程由于参建单位较多，不同参建单位采用的方法不同，其各阶段制定计划的人员仍依靠经验进行大致预估，这就导致众多进度控制闭合时常常出现“破网”问题。另外，遇到突发问题和设计问题时，会出现缓工、滞工的情况，无法有效进行人员和器械的全局调动。

2.4 造价控制

输电线路工程中各参建单位、分包队伍采用多种方法进行造价管理和控制。目前，施工图预算、施工中各单项结算、设计变更及签证、工程总结算等各阶段都需要造价人员去计算工程量及清单。造价人员个人业务水平及工作习惯不同，对实际施工情况掌握不及时、不全面，因此对成本资金投入、人员和器械分配、材料采购储备的安排等造价控制产生了较大的影响。

3 三维数字化技术在机械化施工中的应用

3.1 器械进场中的应用

通过卫星、航拍工具等获取输电线路走廊的影像、高程等基础地理信息数据，与工程所在地对环保和文物的要求及政策红线进行汇总，形成工程的底图数据。在进行塔位桩位交底时一同复核，此底图数据可真实、准确反应工程地理信息情况。

应用此底图数据可分析周边路网情况，统筹优化选择运输道路，进行塔位进场路径规划。塔位进场路径规划叠加基础地理数据后，材料站选址时可实时计算所选位置至所有塔位的交通距离。实地选址后，初选位置可在三维数字化系统中进行对比，选出最优方案。

此项工作以往是在塔位交桩后开展，通过三维数据平台可提前获取工程路径基本信息，从而提前开展此项工作，减少工程开工准备时间。目前设计阶段已全面推广三维数字化设计，在设计阶段已汇总底图数据，减少向设计平台和施工平台数据移交的工作时间。

3.2 机械作业中的应用

1）器械选择。根据每基杆塔的基础形式、杆塔形式进行施工作业面的模拟，快速统计所需作业区域、材料区域等，确定塔位征地赔偿范围。同时计算所需器械的参数指标，根据已建立的机械库匹配合适的机械，辅助施工人员进行全局器械选择。

目前施工人员在进行征地范围计算时常以经验预估为主，存在征地较多而增加资金成本或者征地较少需重新协商而增加时间成本的情况。利用三维数据平台可客观、准确地确定征地范围边界，减少人员手工计算带来的误差。

在器械选择方面，三维数据平台可推荐并统计全线施工器械，方便施工人员根据施工工期等要求安排施工器械进、退场及施工顺序。

2）模拟施工指导。应用三维数字化技术进行基础施工模拟时，可将BIM模型输入到基础校验软件中进行整体、局部的稳定性计算；对施工开挖、超载，降雨引起的地下水位上升等工况进行计算，确保基坑安全。铁塔组立及导地线架设阶段安全施工方案的内容直接影响输电线路施工现场安全与质量控制，应用可视化模拟技术可对施工方案、安全技术措施的合理性进行检查，以优化施工方案中的技术措施和安全措施。

施工单位可应用三维数字化模型模拟施工前的碰撞检查，例如金具试组装、导线弧垂及风偏校验、跳线安全距离计算等。

设计单位往往通过技术交底、特别说明提出线路施工困难点和特别注意事项。经施工项目部、分包队伍、施工人员层层传递，单项施工作业人员无法全面了解注意事项，易造成现场返工、材料备料缺少等影响施工进度的情况。利用三维数字化技术进行各阶段施工流程的可视化演示，提前发现施工困难点和危险点，可有效减少施工风险。

3.3 进度统筹中的应用

利用三维数字化模型可模拟得到各单项工程需要的时间，通过修改各项参数可反复进行模拟优化，以确定合理的施工时间。通过统计各单项工程所需施工时间、施工器械和人员数量，结合工程总工期，统筹安排各单项工程施工顺序，灵活调配施工器械及人员，合理安排施工器械和人员进、退场，从而估算出最优的计划工期。

目前输电线路工程施工工期由项目管理单位进行预估，并制定里程碑计划。此施工工期确定后一般不轻易更改，会出现由施工工期预估偏差造成的追赶工期的行为。利用三维数字模拟技术确定的施工工期则较为客观，可避免人员预估导致的偏差。

3.4 造价控制中的应用

应用三维数字化技术对各阶段施工方案的工程量进行计算，其计算结果比人工计算结果更客观、准确，计算效率高。遇到突发情况需要设计变更和签证时，还可应用三维数字化技术计算修改后的工程量并与原方案进行对比，减少工程结算不准确的风险，可有效管控成本、降低工程造价。

4 三维数字化技术应用展望

基于三维数字化设计及施工平台，应用信息通信技术，将设计阶段的地理信息数据库、三维设计图纸、设计交底等数据共享至施工阶段，进而由施工阶段共享至运检阶段，实现设计、施工、运维检修全过程的三维数据移交。此外，可将输电线路导地线、绝缘子、金具、塔材等设备物资信息数字化，实现输电线路设备物资的设计、生产、施工、运行管理全过程定位与管控。

5 结语

本文针对输电线路传统机械化施工所面临的新需求，介绍了三维数字化技术的可视化、智能化和数字化特点，分析了三维数字化技术在输电线路机械化施工中的应用。三维数字化技术可进一步向输电线路施工、运维检修及物资部门进行拓展应用，实现输电线路工程全过程的数字化管控，以提高管理和建设效率。