中國電科院研發(fā)地下電纜信息化模型 為地下電纜裝上“透視眼”

    在我國許多城市，尤其是一些大都市或者城市新區(qū)，基本看不見電力鐵塔和電線，但是千家萬戶卻能正常用電，人們用的電究竟從何而來呢？其實，這主要靠地下電纜來輸送電能。

    地下電纜是一種重要的輸電方式，通過在地下建立通道、敷設(shè)電纜來實現(xiàn)電力的持續(xù)供應(yīng)。近年來，科技人員對地下電纜的管控能力越來越強，不斷有新技術(shù)問世、并被推廣應(yīng)用，這給地下電纜的全面發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

地下電纜是城市發(fā)展趨勢

    隨著我國經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程加快，電力設(shè)施和城市發(fā)展的矛盾也日趨凸顯。為了保障城市居民的用電安全、保持市容整潔美觀，就需要減少城市上空星羅密布的架空輸電線，將其設(shè)置到地下，發(fā)展地下電纜。

    據(jù)統(tǒng)計，世界上一些現(xiàn)代化都市，如柏林、東京、大阪、哥本哈根等，采用地下輸電方式的比例已超過70%。目前，我國也在不斷加速架空電線入地、地下電纜工程和地下綜合管廊的建設(shè)步伐。截至2017年，北京地下電纜隧道總長約800千米，預(yù)計在“十三五”末，北京核心區(qū)地下電纜化率將提升至94%，供電可靠率提升至99.999%。

    2014年，國務(wù)院印發(fā)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》，2016年，住建部印發(fā)《城市地下空間開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，這些文件提出，要求部署加強城市地下管線建設(shè)管理，保障城市安全運行。雄安新區(qū)作為國家級新區(qū)規(guī)劃，地下管網(wǎng)建設(shè)將采用地下管廊模式，將水電氣、城市交通等都部署到地下空間。

    國家電網(wǎng)有限公司響應(yīng)國家號召，于2014年發(fā)布了1459號文《城市電力電纜通道規(guī)劃與使用管理規(guī)范和城市綜合管廊電力艙規(guī)劃建設(shè)指導(dǎo)意見的通知》，面對逐漸增多的地下輸電線路，國家電網(wǎng)有限公司進一步規(guī)范和加強地下電纜管理工作。

    隨著地下電纜的快速發(fā)展，地下管線的數(shù)量也會越來越龐大、空間越來越擁擠，建設(shè)、運維、管理等各方都會面臨巨大的困難和壓力，因此，亟需一種有效的方法來解決這個問題。隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，三維數(shù)字化技術(shù)脫穎而出，利用該技術(shù)可以實現(xiàn)對地下電纜的“透視”和智慧管理。

    什么是三維數(shù)字化技術(shù)？

    所謂“三維數(shù)字化”，就是運用三維工具（軟件或儀器）來實現(xiàn)模型的虛擬創(chuàng)建、修改、完善、分析等一系列數(shù)字化操作。通俗地說，就是利用計算機技術(shù)，在電腦中虛擬出現(xiàn)實生活中的任意場景、對象等，實現(xiàn)現(xiàn)實真實世界到電腦虛擬世界的無差別映射。

    傳統(tǒng)的三維數(shù)字化技術(shù)主要停留于實物外觀的建模，基于建模軟件，利用實體構(gòu)建和渲染技術(shù)，在計算機中模擬塑造實體外觀，主要滿足展示的需求。現(xiàn)階段的三維數(shù)字化技術(shù)已在原有基礎(chǔ)上實現(xiàn)升級，除了能真實模擬實物的外觀，還包括精確的尺寸、體積、重量、材質(zhì)、管理等一系列相關(guān)信息。以此方式構(gòu)建的三維數(shù)字化模型屬于信息化模型，既能滿足可視化需求，還可以進行一系列計算、分析和管理。

    今年8月，國家電網(wǎng)有限公司直屬科研機構(gòu)中國電力科學(xué)研究院有限公司利用三維數(shù)字化技術(shù)，搭建了電力電纜工程數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持構(gòu)建35千伏到500千伏電壓等級的地下電纜信息化模型，包括排管、隧道、綜合管廊（電力艙）、電纜溝、橋架、直埋等不同類型地下電纜線路，不僅實現(xiàn)了地下電纜工程本體的三維數(shù)字化，還支持電力走廊帶中地上建構(gòu)筑物、地下其他類型管線等工程周邊環(huán)境的三維可視化。基于構(gòu)建完成的三維數(shù)字化模型，可以進行地下電纜工程本體與周邊環(huán)境的安全距離計算，開展電纜工程本體規(guī)劃、設(shè)計、施工、管理等一系列工作。此外，為節(jié)省地下電纜信息化模型構(gòu)建時間，提高模型精度，該系統(tǒng)依據(jù)國家電網(wǎng)通用設(shè)計庫搭建了排管、隧道、電纜溝、橋架、工作井等三維通用模型庫，提供了排管、隧道、綜合管廊（電力艙）、電纜溝、橋架、直埋等參數(shù)化建模工具，具備通過輸入?yún)?shù)自動構(gòu)建三維模型的能力。

    實現(xiàn)地下電纜的“透視”管理

    基于中國電科院研發(fā)的地下電纜信息化模型，開展地下電纜“透視”管理可以實現(xiàn)地下電纜線路設(shè)計、施工、運維和管理水平的顯著提升。

    首先，該技術(shù)可使地下電纜工程線路規(guī)劃設(shè)計更合理。利用三維技術(shù)，技術(shù)人員可以隨時查看地下電纜工程及周邊管線敷設(shè)情況，開展電磁環(huán)境、結(jié)構(gòu)荷載、安全距離等計算分析工作，實現(xiàn)地下空間安全、有效、合理利用。

    其次，該技術(shù)可指導(dǎo)精準施工。地下電纜由于其隱蔽性，維修難度、成本和時間相較于架空輸電線路更大更多，但最大困難是故障點的精準定位。借助三維數(shù)字化與傳感器技術(shù)，可以在遠端控制中心監(jiān)測地下電纜線路運行情況，對故障實時監(jiān)測預(yù)警，指導(dǎo)施工隊快速準確定位故障，避免地面反復(fù)開挖，節(jié)省施工時間，保障居民安全用電和正常生活。

    再次，該技術(shù)能實現(xiàn)跨部門、跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同辦公。保障一條電力電纜工程線路的建設(shè)和安全運行，需要規(guī)劃、設(shè)計、施工、監(jiān)理、運維、管理等多部門配合，需要系統(tǒng)、電氣、結(jié)構(gòu)、勘測等多專業(yè)人員共同努力，對于有上下游關(guān)系的部門和專業(yè)，三維數(shù)字化模型可以直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；對于需要多方智慧協(xié)商完成的工作，可以基于同一地下電纜信息模型開展三維可視化討論，實現(xiàn)協(xié)同辦公，這些都有利于工程建設(shè)質(zhì)量和效率的提升。

    現(xiàn)階段，三維數(shù)字化技術(shù)已在地下電纜建設(shè)各領(lǐng)域有不同程度的應(yīng)用，但是要擴展到地下電纜線路建設(shè)全過程，深入到建設(shè)各方業(yè)務(wù)需求以及跨領(lǐng)域數(shù)據(jù)共享等層面，仍需繼續(xù)深入開展數(shù)字化應(yīng)用研究工作；中國電科院在已構(gòu)建的電力電纜工程數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將繼續(xù)探索地下電纜工程建設(shè)全壽命周期的應(yīng)用研究，為構(gòu)建輸變電工程大數(shù)據(jù)中心提供技術(shù)支持。