一种基于BIM技术的电力排管三维建模方法与流程

一种基于bim技术的电力排管三维建模方法
技术领域
1.本发明属于电力管线设计及规划领域，尤其涉及一种用于电力排管的三维建模方法。


背景技术：

2.城市配电网规划主要目的是在满足城市电力负荷需求和城市整体规划的前提下，采用科学的方法来确定规划区未来的电力设施改造或建设项目。城市配电网络结构的科学性和合理性不仅关系到电网运行的安全性和经济性，也直接影响着城市的环境、美观和地方经济的发展，更关系到广大人民群众物质文化生活的质量和水平。
3.做好城市配电网规划工作，在节约投资和运行费用的同时，又能满足用户对供电可靠性的要求，可以获得巨大的经济效益和社会效益。随着电力企业改革和现代企业制度的建立，电力企业更加重视经济效益和投资回报。科学的电网规划将是保证电网投资回报的前提，这一点更体现在规划对项目决策的作用上，规划的失误将直接导致经济利益的损失。
4.城市电网规划与建设所涉及的部门和专业领域多，除了要满足安全性与可靠性、投资成本等经济技术方面的要求外，尤其是要与市政规划等部门协调，需要考虑规划区内的电量、负荷及其分布情况、负荷曲线预测、中压配电站位置、高压变、配电站站址及容量、计算各变电站的供电范围等，城市配电网规划是一个复杂的问题，需要多个部门进行配合，然而电力公司、市政规划等部门规模庞大，协调工作比较困难，另外配电网规划工作本身的不确定性因素较多，使得规划的结果也具有确定性。
5.此外，城市的发展使得未来的土地资源越来越稀缺，给电力部门重新布点及新增线路走廊的空间十分有限，各方面制约因素也增大了建设线路走廊的难度。目前，我国已经有城市出现电源点布点不足、电力线路走廊有限，而由于空间的限制，周围几乎无再建电源点或新出线的可能。
6.城市配电网规划按电压等级不同，可分为城市高压配电网规划和城市中低压配电网规划。
7.现阶段，城市配电网电力电缆排管规划方法主要依靠规划人员的手工规划：规划人员依据个人经验和局部计算来进行，在有限条件下解决负荷增加、线路过载、电压偏低等不断出现的新问题，完全依赖规划人员的知识经验，对方案的分析仅限于定性分析，不仅工作量大，而且容易出现问题，该方法一般能提供较简单的规划文本及方案图纸，通常规划结果质量较低，且工作效率也较低。目前缺乏更加可视化和智能化的先进电力排管敷设规划办法。
8.国内超大城市的中心城区大多存在电力通道紧张的问题，随着近年来电源优化类工程大批开工建设，在完善网架结构提高可靠性的同时，也占用了大量的通道资源存量，加剧了通道需求压力。一方面，地铁、河流、铁路等在局部地区形成了通道死角，电力通道难以逾越。另一方面，由于以往配电通信通道缺少规划指导，配电通信光缆落地困难、或者通信
通道资源利用效率低下，制约配电网的智能化发展水平。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于bim技术的电力排管三维建模方法。其将传统方法定性分析的问题进行量化，结合近远期负荷预测结果和变电站的布点，基于bim技术，将电力电缆排管敷设二维数据进行可视化处理，得到排管规划三维仿真建模图像，且有效区分现状设备与规划排管，提高了当前电力电缆排管规划工作的智能化和工作质量，弥补了现有城市配电网电力电缆排管规划工作方法的缺陷。
10.本发明的技术方案是：提供一种基于bim技术的电力排管三维建模方法，其特征是：
11.1)通过电力公司外业人员的gps定位反馈数据汇总和人工输入的方式，采集包括电力电缆排管中电缆及其附属设备的基础属性数据、位置信息和gis地理信息在内的数据；
12.2)通过规划和设计单位获取规划中的电力电缆排管的路径、规模等基础属性数据及位置信息数据；
13.3)建立电力电缆排管规划中各地下电力电缆设备二维数据库、电缆排管二维数据库、电力非开挖管道数据库、电力工井的二维数据库、电缆及其附件二维数据库以及控规数据库，并将数据类型选择为三维建模软件可识别数据类型；
14.4)通过三维建模软件平台建立电力电缆通道中排管、非开挖、工井等设备的三维元器件模型数据库以及元器件位置关系数据库；
15.5)根据电缆排管敷设及配套设备的设计规范、安装要求及控规要求等情况，对建模边界条件条件进行设置；
16.6)设计、建设、运检专业协同作业，使三维仿真建模图像更加科学合理，一方面提高各部门沟通效果，显著缩短建设周期，优化建设时序，另一方面在规划阶段对建设项目进行实时监测和调整，便于各部门协同完善；
17.7)根据设定的边界条件及各部门协同作业，完成三维建模条件设定，导出三维仿真建模图像。
18.具体的，所述的电力排管三维建模方法，通过分析电力排管规划区域现状，并结合规划方向和目标，从规划阶段入手，在规划前期构建三维可视化模型，结合传统的城市配电网规划方法，综合评价包括地区定位、用电负荷、道路空间、建设时序、投资成本控制在内的要素，将空间三维及边界模型算法应用于传统管网规划中，将传统方法定性分析的问题进行定量化，实现由经验判断型向数据分析型的转变，有效区分现状设备与规划排管，提高了当前电力电缆排管规划工作的智能化和工作质量，贯穿应用于电力排管敷设规划的全生命周期，提升企业管理的精细化水平。
19.进一步的，所述的地下电力电缆设备二维数据库至少包括：电力排管数据库、电力非开挖管道数据库、电缆过路管数据库、电力工井二维数据库、电缆及其附件二维数据库；所述的电缆排管二维数据库至少包括：电缆排管的经纬度坐标信息、规模尺寸信息、孔位信息、埋设深度数据；电力非开挖管道数据库至少包括：非开挖管道的三维坐标信息、非开挖管道的规模信息、管道使用情况信息；电力工井的二维数据库至少包括：工井的经纬坐标信息、工井高程信息和孔位信息；电缆及其附件二维数据库至少包括：电缆附属设备的坐标信
息和类型、电缆附属设备的基础属性信息。
20.具体的，所述的建模边界条件至少包括：电力排管三维模型生成规则、电力非开挖管道模型生成规则、电缆过路管三维模型生成规则、电力工井模型生成规则和电缆附属设备三维模型生成规则。
21.进一步的，所述的电力排管三维模型生成规则为：首先以电力排管二维矢量数据为三维隧道的底部中心线向两边延伸1/4电缆隧道宽度形成电力排管底面，然后以排管底部高程值为底面高程，向上延伸形成电力排管立面，最后，结合三维元件模型数据库中的电缆道的元件模型，生成电力排管三维数据。
22.进一步的的，所述的电缆排管三维模型生成规则为：首先根据电缆的二维矢量数据和电缆高度数据，然后结合三维元件模型数据库中的相匹配电缆元件模型，生成电缆的三维数据；电缆附属设备三维模型生成规则为:根据电缆附属设备的坐标、高程等二维数据，结合三维元件模型数据库中的相匹配电缆附属设备元件模型生成电缆附属设备的三维数据。
23.进一步的，所述的电缆附属设备至少包括：支架、电缆正中间接头、电缆终端接头。
24.更进一步的，所述的电力排管三维建模方法，对三维图像进行包括路牌标记、管线深度对比在内的多维度操作，丰富了排管规划决策的多角度性和多元性，能够有效区分现状设备与规划排管，提高当前电力电缆排管规划工作的智能化和工作质量，弥补现有城市配电网电力电缆排管规划工作方法的缺陷。
25.与现有技术比较，本发明的优点是：
26.1.本发明的技术方案，将传统方法定性分析的问题进行量化，结合近远期负荷预测结果和变电站的布点，基于bim技术，将电力电缆排管敷设二维数据进行可视化处理，得到排管规划三维仿真建模图像；
27.2.本发明的技术方案，通过分析电力排管规划区域现状，并结合规划方向和目标，从规划阶段入手，在规划前期构建三维可视化模型，结合传统的城市配电网规划方法，综合评价包括地区定位、用电负荷、道路空间、建设时序、投资成本控制在内的要素，将空间三维及边界模型算法应用于传统管网规划中，将传统方法定性分析的问题进行定量化，实现由经验判断型向数据分析型的转变；
28.3.采用本发明的技术方案，能够有效区分现状设备与规划排管，提高了当前电力电缆排管规划工作的智能化和工作质量，贯穿应用于电力排管敷设规划的全生命周期，提升了企业管理的精细化水平。
附图说明
29.图1是本发明基于bim技术的电力排管三维建模方法的流程方框示意图；
30.图2是x村大居的二维平面规划图；
31.图3是x村大居部分道路排管二维规划示意图；
32.图4、图5、图6是x村大居部分三维仿真建模排管示意图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明做进一步说明。
34.本发明的技术方案，采用bim技术对电力排管进行三维建模，确定了三维可视化建模在中压配电网排管规划中的有效性。
35.bim是building information modeling的英文缩写，其中文含义是建筑信息模型。bim技术具有可视化、协同性、仿真性、模拟性等诸多优点，且计算功能强大，可进行虚拟建造和信息集成，让多部门智能化协同作业成为可能。
36.本发明的技术方案，通过分析电力排管规划区域现状，并结合规划方向和目标，从规划阶段入手，在规划前期构建三维可视化模型，结合传统的城市配电网规划方法，综合评价地区定位、用电负荷、道路空间、建设时序、投资成本控制等要素，将空间三维及边界模型算法应用于传统管网规划中，实现了由经验判断型向数据分析型的转变。三维建模也可贯穿应用于电力排管敷设规划的全生命周期，提升企业管理的精细化水平。
37.基于bim技术的电力排管三维建模流程可以概况为：采用bim技术，对现有电力公司的电力电缆排管规划的中台pms系统(power production management system，工程生产管理系统)数据进行收集和提取，通过建立电力排管数据库及边界条件的设置及其他协同步骤，对电力排管数据进行三维建模，最终导出电力电缆排管三维仿真建模图像，其三维建模方法的流程示意如图1中所示。
38.具体的，本发明所述基于bim技术的电力排管三维建模方法包括下列步骤：
39.1)通过电力公司外业人员的gps定位反馈数据汇总和人工输入的方式，采集电力电缆排管中电缆及其附属设备的基础属性数据、位置信息和gis地理信息数据等；
40.2)通过规划和设计单位获取规划中的电力电缆排管的路径、规模等基础属性数据及位置信息数据；
41.3)建立电力电缆排管规划中各设备二维数据库、设备位置关系数据库、电力系统网络拓扑数据库以及控规数据库，并将数据类型选择为三维建模软件可识别数据类型；
42.其中地下电力电缆设备二维数据库包括：电力排管数据库、电力非开挖管道数据库、电缆过路管数据库、电力工井二维数据库、电缆及其附件二维数据库；电缆排管二维数据库包括：电缆排管的经纬度坐标信息、规模尺寸信息、孔位信息、埋设深度数据；电力非开挖管道数据库包括：非开挖管道的三维坐标信息、非开挖管道的规模信息、管道使用情况信息；电力工井的二维数据库包括：工井的经纬坐标信息、工井高程信息和孔位信息；电缆及其附件二维数据库包括：电缆附属设备的坐标信息和类型，电缆附属设备的基础属性信息；
43.4)通过三维建模软件平台建立电力电缆通道中排管、非开挖、工井等设备的三维元器件模型数据库以及元器件位置关系数据库；
44.5)根据电缆排管敷设及配套设备的设计规范、安装要求及控规要求等情况，对建模边界条件进行设置；
45.所需设置的边界条件包括:电力排管三维模型生成规则、电力非开挖管道模型生成规则、电缆过路管三维模型生成规则、电力工井模型生成规则和电缆附属设备三维模型生成规则；
46.其中，电力排管三维模型生成规则为：首先以电力排管二维矢量数据为三维隧道的底部中心线向两边延伸1/4电缆隧道宽度形成电力排管底面，然后以排管底部高程值为底面高程，向上延伸形成电力排管立面，最后，结合三维元件模型数据库中的电缆道的元件模型，生成电力排管三维数据；
47.电缆排管三维模型生成规则为：首先根据电缆的二维矢量数据和电缆高度数据，然后结合三维元件模型数据库中的相匹配电缆元件模型，生成电缆的三维数据。电缆附属设备三维模型生成规则为:根据电缆附属设备的坐标、高程等二维数据，结合三维元件模型数据库中的相匹配电缆附属设备元件模型生成电缆附属设备的三维数据；
48.电缆附属设备包括:支架、电缆正中间接头、电缆终端接头；
49.6)设计、建设、运检专业协同作业，使三维仿真建模图像更加科学合理，是电力排管规划三维仿真建模建立的关键步骤，一方面可以提高各部门沟通效果，显著缩短建设周期，优化建设时序，另一方面又可在规划阶段对建设项目进行实时监测和调整，便于各部门协同完善；
50.7)根据设定的边界条件及各部门协同作业，完成三维建模条件设定，导出三维仿真建模图像。
51.实施例：
52.x村大居三维建模实例：
53.1、x村大居电力排管规划现状分析：
54.本发明以上海市x村大型居住社区为例，考察排管规划优化方法，对x村大居区域现状和规划目标分析如下：
55.规划范围：沪x路一瑞xx路一x路一宝x公路—sx高速公路一g1xx公路所围合的区域，总用地面积约8.3平方公里。
56.规划功能定位：依托轨道交通和外环沿线绿地的良好生态景观环境，形成配套高标准、功能有特色、宜居多元化、产城相融合的新城居组团。
57.发展规模：规划建设用地面积xxxx公顷；规划总建筑面积xxx万平方米，其中住宅面积xxx万平方米，商办建筑面积xxx万平方米；规划人口规模xx万人。
58.整体规划结构：一核一带两园四片区。一“核”新x城将结合产业社区、区级文化设施和大型绿化及两个地铁车站，统筹地上地下开发，打造一个建筑规模百万平方米级的地区级公共活力空间，成为区域的“市中心”。一“带”，则是沿郊环线和sx高速公路布置的大型绿。南北各有两个产业园区。新x城主体面积，突破传统的“兵营式”布局，顺道路自然分割成四个片区，单个片区呈围合式，农民动迁房、市属保障房、商品房融合分布。
59.有轨电车：区域规划2条有轨电车线路，其中沿潘x路设t1线，沿陆x路、联x路设t2线，按照道路网格“密、窄、弯”划分、小街坊布局的特点，新x城道路网格不超过200米，地块占地面积大多小于3万平方米，建立尺度更宜人的街叉空间。
60.按照市政示范工程中道路、河道、绿化带三线合一设计理念，围绕邻里中心，周边绿化、水打造步行、慢跑、踦行三重慢行系统。同时，选取部分道路打造为林道、繁花大道等特色道路；配置独立的机动车道、非机动车道和步行道，通过绿化进行隔离。产城融合以产城融合创造宜居宜业氛围，通过建设研发、居住、体闲娱乐为一体的综合产业社区，提升区域城市功能，促进当地经济发展。启动区録化内设置儿童乐园、健身场地慢行步道等，着力打造“参与其中”的多样化社区公共活动空间。
61.通过分析x村大居区域现状情况，并结合x村规划方向和目标，采用bim技术对x村大居部分道路排管数据进行仿真建模处理，代替传统的二维人工绘图，考察三维建模技术在电力排管规划中的实际应用效果。
62.2、建立x村大居电力排管三维模型：
63.x村大居d传统二维平面规划示意图如图2所示。
64.x村大居部分道路的排管二维规划示意图如图3所示。
65.采用bim技术对x村大居部分道路进行三维仿真建模后获得的三维仿真建模排管效果如图4～图6所示。
66.通过对x村大居部分道路及管综等数据的三维建模结果进行分析，得到x村大居部分道路电力排管规划路径如下：
67.于xx路(潘x路-白堰河)按规划管位新建(3
×
7-1)孔电力排管497米，新建(10+9)孔电力排管395米，新建(2
×
6)孔电力排管24米，6处过河新建(20)孔非开挖过河768米。
68.天x路(潘x路～言x路)按规划管位新建(3
×
7)孔电力排管共122米，新建(3
×
7)mpp孔电力排管共208米，新建(2
×
10)孔电力排管共15米，3处过河新建(21)孔非开挖过河337米。
69.言x路(白x河-天x路)按规划管位新建(2
×
7)孔电力排管232米，新建(2
×
7)mpp孔电力排管102米，1处过河新建(14)孔非开挖过河97米。
70.言x路(言x路-飞x路)按规划管位新建(3
×
7)孔电力排管145米，新建(3
×
7)mpp孔电力排管617米，新建(2
×
10)孔电力排管39米，新建(2
×
10)mpp孔电力排管66米，新建(2
×
6)孔电力排管100米。
71.鄱xx路(言x河-陆x路)按规划管位新建(3
×
7)孔电力排管450米，新建(3
×
7)mpp孔电力排管396米，新建(2
×
10)孔电力排管72米，新建(2
×
10)mpp孔电力排管73米，新建(2
×
6)孔电力排管66米，2处过河新建(3
×
7)孔非开挖过河227米。
72.根据道路管理部门提供的管位定位数据，新建排管设计路径如下：
73.沿尚x路(潘x路～白x河以北)道路两侧分别新建3*7-1孔电力排管，其中东侧人行道下，排管中心位距离东侧道路红线1.0米新建3*7-1孔电力排管；西侧非机动车道下，管中心位距离西侧道路红线4.3米新建3*7-1孔电力排管。
74.于联x路按规划管位新建3
×
7孔电力排管路径长673米，新建3
×
7孔mpp电力排管路径长160米，新建2
×
10孔电力排管路径长138米，新建2
×
6孔电力排管路径长63米，4处过河新建21孔非开挖过河路径长617米。每个路口新建1
×
8孔过路管共237米，桥面新建10孔过桥管共73米。
75.于瑞x江路按规划管位新建3
×
7孔电力排管路径长556米，新建3
×
7孔mpp电力排管路径长1174米，新建2
×
10孔电力排管路径长322米，新建2
×
6孔电力排管路径长68米，4处过河新建21孔非开挖过河路径长695米。每个路口新建1
×
8孔过路管共335米，桥面新建10孔过桥管共155米。
76.根据道路管理部门提供的管位定位数据，新建排管设计路径如下：
77.沿联x路(潘x路～桩号x1+900)道路两侧分别新建3*7孔电力排管，其中东侧人行道下，排管中心位距离东侧道路红线1.5米新建3*7孔电力排管；西侧非机动车道下，管中心位距离西侧道路红线6米新建3*7孔电力排管。
78.从上述结果可以看出，通过三维仿真建模得到的3dx村大居排管规划图，可以得出科学合理的规划决策，并能充分满足现状需求及未来规划目标。
79.对比x村大居局部道路平面规划图(见图3)和三维仿真建模排管图(见图4～图6)，
得出三维仿真建模优势如下：可视性强，省去人工手工绘图，提升制图效率及准确性，并可以对三维图像进行路牌标记、管线深度对比等多维度操作，丰富了排管规划决策的多角度性和多元性，且有效区分现状设备与规划排管，提高了当前电力电缆排管规划工作的智能化和工作质量，弥补了现有城市配电网电力电缆排管规划工作方法的缺陷。
80.本发明的技术方案，通过三维仿真建模后的排管规划模式，可以得出科学合理的规划决策，并能充分满足现状需求及未来规划目标。采用bim技术在电力排管规划中的应用具有可视性强、省去人工手工绘图以及提升制图效率和准确性等诸多优点。此外，还可以对电力排管三维图像进行路牌标记、管线深度对比等多维度操作，丰富了排管规划决策的多角度性和多元性。且能有效区分现状设备与规划排管，提高了当前电力电缆排管规划工作的智能化和工作质量，弥补现有城市配电网电力电缆排管规划工作方法的缺陷，让电力排管规划向智能化方向发展成为可能。
81.本发明可广泛用于电力排管的规划及设计领域。