送电三维设计成果在建设管理中的应用
谢枫 刘耀中 周贺
[摘?要]本文简单介绍了线路三维设计的概况，并围绕三维设计成果在线路建设管理过程中所产生的生产效率和管理效益提升展开分析和研究。最终提出通过对三维设计与工程项目管理有机结合，实现基于三维设计的工程项目全寿命周期统一管理，将有利于线路工程项目管理水平的提升。
[关键词]送电;三维设计;建设管理
文章编号：2095-4085（2019）12-0033-03
目前三维设计在设计和管理中的应用已成为各工程行业衡量工程设计水平的标志之一?[1]，电力设计行业中发电及变电设计领域起步相对较早。
线路项目虽然开展三维设计时间相对较晚，但目前发展较为迅速，多数设计单位已建立或即将建立三维协同设计平台。平台以三维地理信息系统为支撑，最终实现设计信息化，软件集成化，图纸电子化，管理规范化。设计成果相较二维设计更加直观，设计手段更加先进，协同作业更加便捷，项目管理更加高效，成果移交更加规范。
本文主要围绕三维设计成果在线路建设过程中所产生的生产效率和管理效益提升展开分析和研究。
1?利用三维设计成果提高工程建设水平
1.1?设计评审
项目前期的设计评审是建设过程中审查单位确认设计方案合理性及可行性并审定工程造价的重要环节。以往工程评审阶段，与会专家对本体工程量的审查多是根据设计文件说明及以往经验判断，而通道清理量则是以设计单位提供的路径图加现场照片为依据。评审过程工作量大且对专家能力要求相对较高。
采用三维设计手段后，设计单位提交评审的资料除了通常纸质文件外，还包括全线三维模型。由于设计过程中利用基于高精度地理信息数据为基础的三维设计平台进行路径选择与杆位预排，工程本体量准价实，通道清理明晰有据。以三维数据为支撑，能够辅助评审单位快速，准确了解工程信息，提升评审效率。
1.2?采购招标
施工招标的目的是确定工程施工单位，物资招标的目的是确定工程物资供应商。两者虽然面向对象不同，但都要求标书中的工程量翔实准确。一旦出现大的偏差，工程实施及结算阶段可能产生合同变更，签证索赔等一系列管理问题。对以往工程中出现的工程量问题进行分析可知，主要原因包括设计单位招标前尚未完成外业定位及勘察工作或是统计过程中出现人为失误。而采用三维设计手段后，高精度航飞数据能够大量减少线路外业调绘時间，专业协同设计提高设计效率的同时提升设计质量，相比传统设计手段更能保证施工和物资招标工程量的及时准确。
1.3?造价管理
我国现行的工程结算方式主要有按月结算，竣工后一次结算和分段结算几种。工程结算阶段，由于基于传统二维图纸下的造价管理数据比较分散，工程量的拆分和汇总就显得比较困难。而在三维造价模型的帮助下，这一问题可以轻而易举地解决，可以获取工程任意部分的工程量及其造价，不仅能够实现按阶段结算，还可以根据工程进度进行精确采购和按额领料，编制资金计划，物资采购计划和劳动力计划等，实现真正意义上的项目全过程造价管理。
工程变更在项目施工过程中是不可避免的，使用三维造价模型，可以实现构件替换，相关的信息也随之自动调整，可以重新计算工程量，输出一个新的算量文件，所有的工作几分钟就可以完成。
在施工阶段使用同一个三维成本模型，添加时间进度和成本信息，分析统计每阶段的成本费用，根据同一个5D的成本模型支付施工进度款，明确每一阶段的任务，准确直观地表达款项信息，不再出现超付或者延付的情况，在此基础上的索赔现象也会大大减少。
在三维造价模型的支持下，所有的物理信息和几何信息（如各构件的工程量信息，施工进度信息，材料的价格、产地及生产厂家等）都可以储存在三维造价模型中，并随着项目的进展不断更新。通过使用三维造价模型进行管理，用计算机代替预算员完成工程量的核对，大大降低了预算人员的劳动强度，同时也提高了计算的准确度。
1.4?设计交底
设计交底及图纸会审是设计单位向监管，施工，监理等单位诠释设计方案，提醒工程重点注意事项的重要环节。与传统纸质材料相比，在这一环节中利用三维技术辅助二维图纸开展策划及相关工作，能让设计方案更加直观，易懂，各参建单位更好、更深入的理解设计方案，对于提高工程施工质量具有重要意义。
1.4.1?利用三维可视化成果开展数字化交桩
以往工程施工前施工单位需要根据设计单位线路平断面定位图中的桩位位置，杆塔档距，转角度数等进行现场复测，实际上，由于设计阶段的外业定位至施工单位进场施工时间长短不一，受地形条件，地面植被，天气变化等因素影响，现场可能出现桩位丢失的情况，给施工单位的复测带来一定困难。而通过将空间数据组织在三维场景中，形成逼真的三维景观，构建三维可视化GIS场景辅助二维图纸能够更加清晰地展示桩位、塔位附近的地形条件及敏感因素，方便施工单位快速、准确锁定桩位及塔位。
1.4.2?利用三维可视化成果明确通道敏感点
线路路径及塔位的选择实际上受大量敏感因素的影响，如沿线地方规划，军事设施，矿产资源，通航河流，文物分布以及公路，高速等设施主管部门要求等，在开工图交底阶段提供基于三维可视化GIS平台的线路路径图，并将沿线受控敏感点类型、范围及保护距离的要求进行分类标识，可以更好的让建管单位了解工程主要矛盾，合理安排建设协调工作，进一步优化人力资源配置。
1.4.3?基础交底
融合地形，地质信息的三维交底模型，可以方便施工单位更加直观的了解线路沿线的地形，地貌，道路交通，基础型式等情况，通过比对实际地形，避免了后期浇错塔位的情况。对于特殊塔位，设计人员调用更加详细的细部模型，进行交底，直观、可视化。
三维交底模型中，明确了环保，水保措施，以及相应的位置，工程量，方便后期实施、验收的开展。
1.4.4?杆塔交底
三维可视化杆塔交底避免了二维交底，以文字描述为主的弊病。使用融合图纸信息的三维杆塔模型进行交底，可以十分细致的反映杆塔脚钉，爬梯，接地孔，螺栓穿向等的布置情况。直观、真实的提出对于加工放样的要求，以及组塔施工的要求。通过可视化交底，业主，监理，施工单位更容易发现，指出图纸中存的不足，设计人员通过修改三维模型，直接生成新的图纸或变更单，并在平台中留存记录。
1.4.5?利用三维可视化成果诠释金具串连接
传统的二维图纸通常采用正视与俯视两种视角展示金具串中各金具型式及连接情况，随着电压等级的提高，金具串组装越来越复杂，纸质图纸难以清晰的对上述内容进行表述，后续现场的金具组装对施工人员的经验要求也相对较高。交底阶段通过提供三维可视化金具串组装模型，可以自由的从不同视角检视金具连接，帮助其他参建人员更迅速准确地掌握设计意图，同时三维可视化成果基于金具国标及国网通用设计数据库绘制而成，对于金具螺栓穿孔方向等细节描述更加清晰，便于各参建单位达成一致意见。
1.4.6?利用三维可视化成果诠释导线布置
常规线路工程接线简单的情况下纸质图纸基本可以满足现场施工管理的需求，而部分开断线，改接线等工程由于线路存在单双回路变化，导线布置方式变化等因素，接线较为复杂，尽管图纸对相关情况进行了说明，但并不直观。采用三维可视化交底，通过提供三维模型让参加单位以不同视角了解工程接线方案可以让设计方案变得更为直观，也易于施工单位开展方案策划。
1.5?施工组织及风险管控
对于工程建设而言，设计和施工是紧密相连且互相影响的两个重要环节，设计方案在合理控制工程造价的同时应统筹考虑施工安全风险。因此设计环节一是需要在设计过程中进行多方案比选，在不大幅增加工程造价的前提下尽量选择施工风险低的设计方案，二是辅助施工单位开展施工风险点管控。
采用三维协同设计平台后由于工程基于高精度的地理信息系统构建了精细化的三维模型，通过自动生成施工环节演示视频并在关键步骤处进行风险提示可以辅助施工单位开展现场施工安全培训，在此基础上，利用VR技术优异的可交互性，可以让施工人员在一个完全虚拟的场景里进行施工步骤演练，排查现场施工安全隐患。
1.6?通道清理
通道清理主要包括房屋拆迁和林木砍伐。传统的房屋拆迁图主要缺点为由于线路尚未建成，房屋拆迁范围现场没有参考物，且施工图中房屋影像很难反映现场全貌，导致查证工作相对费时费力。利用无人机飞行平台搭载倾斜相机，获取沿线密集房屋区的倾斜影像并通过影像建模生成真实度极高的房屋模型（见图1），能够帮助现场施工人员快速锁定目标，提高工作效率。工程开工后定期对通道进行航飞取证，可以让建设单位及时跟进通道清理进度，掌握清理工作难点，同时线路开工前及工程竣工后的通道影像对比也可对工程结算及移交做出有效的数据支撑。
图1?无人机拍摄的密集房屋区的倾斜影像
傳统林木砍伐图的主要缺点是只能反映林木砍伐范围，具体砍伐工程量多是根据现场林木株距和行距进行估算，无法做到精确统计。通过地面三维激光扫描技术获取通道内林木区段三维点云数据，在方便设计人员对林木砍伐范围校核的同时也可以精确统计林木砍伐数量，避免后续工程竣工阶段发生现场砍伐量与设计量不一致的问题。
2?利用三维设计成果提高运维管理水平
根据国网公司《输变电工程三维设计成果数字化移交导则第2部分、架空线路部分》的要求，本工程后续设计完成后应利用三维建模技术和三维可视化技术，结合地理信息和工程信息，以数字化模型的形式，整合输电线路工程的地理数据，设备数字化模型数据，设计数据，移交给相关使用或管理部门，实现对输电线路工程数字化模型的直观展示和工程资料的综合管理。因此，工程在三维设计阶段需同步考虑工程数据接口应尽可能满足后期运维单位的生产需求。
2.1?利用三维成果开展运行状态校核
2.1.1?开展重要交跨校核
线路的通道情况随着时间的推移可能不断发生变化，对于新增重要交叉跨越，如电力线路，高速公路，铁路，民房等设施应在建设前对其进行安全距离的校验。以往设计单位移交资料均为纸质版本，运行单位需对平断面图中导线对地距离进行测量及比例换算后确认交跨安全距离，部分特殊情况要求按特定温度开展校核工作更是需要进行复杂换算，专业性强，不易运行人员操作。而采用三维数字化移交后，可在运维平台内预留数据导入通道及指定导线运行温度，将新增交跨信息一键导入后即时显示交跨电气距离，从而极大减轻运维人员工作量，同时校核结果也更加准确可靠。
2.1.2?开展林木跨越电气距离校核
从以往我院及其他设计单位承担的工程经验来看，线路投运后另一个对运行可能产生重要隐患的因素为林木。尤其对于通道内部分电气安全距离裕度不大的区段，由于树木仍在不断生长，需要经常性开展现场高度测量统计及电气距离校核工作，这一过程费时费力。采用三维平台加在线监测的方案可以有效减少现场工作量。具体方案为针对需要重点关注的林木区段，在线路邻近塔位安装林木高度在线监测设备，监控树木高度并定期向三维平台传输数据，平台根据林木位置和高度分别开展高温及大风工况下电气距离校核，一旦接近安全限制，平台自动报警并显示具体数值，方便运维人员拟定后续处理方案。
2.2?辅助自然灾害预警检测
2.2.1?建立地质灾害数据库
首先通过北斗定位自然灾害所威胁的对象，并通过高分遥感影像标识入库。其次将降水预报等气象数据接入系统数据库。雨量站均由北斗定位。
2.2.2?建立输电线路地质灾害预警平台
依据地质灾害与降水关系的历史统计数据，结合预报降水量，进行预警判断。当达到预警级别后，快速发布预警信息，通知相关责任人，确保启动相关级别的应急预案，针对地质灾害发生风险较大的情况及时采取避让措施。
2.2.3?建立输电线路地质灾害监测平台
根据区域预警结果及线路分布情况，列出位于地质灾害风险区段的杆塔风险等级情况。逐基建立三维地质模型，同时在重点关注区域利用传感器进行长期的自动化精密监测。实现了根据现场监测数据变化的三维地质模型的协同动态变化，体现了模型的可视化、协调性、模拟性等特点，为有限元地质灾害分析奠定了基础。
2.2.4?建立气象灾害预警监测机制
通过将设计平台与本地气象台站进行数据连接，获取气象预测成果。当未来可能发生覆冰，风速等气象要素超设计条件的情况时，平台将自动开展杆塔，基础，导地线，金具荷载计算和线路电气距离校验工作，并对可能无法满足安全运行要求的危险点发出风险提示，提醒运维人员提前谋划应对措施。
3?结?论
通过对三维设计及工程项目管理的有机结合，能够实现基于三维设计的工程项目全寿命周期的统一管理，更有利于项目最终目标的实现。三维设计技术的发展，不仅有利于技术的更新与换代，更将促使生产组织模式和管理方式的转型，并长远的影响人们对于项目的思维模式。
参考文献：
[1]刘检华，孙连胜，张旭，等.三维数字化设计制造技术内涵及关键问题[J].计算机集成制造系统，2014，20（3）：494-504.
