三维管线（共6篇）
三维管线 篇1
随着BIM概念在建筑设计行业中的推广, 各个设计单位都在尝试将BIM应用于项目设计中, 三维管线综合以其门槛较低、效果明显的优势首先被应用。本文主要介绍了三维管线综合在项目中从设计到施工全过程介入的尝试。
三维管线综合的必要性
在传统二维管线综合中, 设计师使用线条表示平面位置, 通过数字与字母的标注表示不同的管道系统与标高及管径。这种表现形式相对简单, 同时二维管综的效果也很一般。设计师只能在图纸中调开管线的平面位置, 而各种管线与桥架的标高变化与错综复杂的交叉只能在脑海中绘制, 然后判断这些管线是否合理, 是否存在碰撞。这就使设计师需要留出很大精力放在三维空间的想象上, 然后通过语言表达或者简单的手绘草图的形式与其他设计师交流自己的想法。随着工作项目体量的增加、复杂程度的提高, 对设计过程中各专业协调与配合的要求也随之更高, 这就使得机电专业传统二维管线综合已经很难胜任新形势下的要求。
何谓三维管线综合
三维管线综合是在BIM三维建筑设计的基础之上对机电专业的管线与桥架进行走向优化、标高调整以及碰撞检查。引入建筑信息模型的概念, 设计师可以通过功能强大的三维设计软件在计算机中搭建与实际工程1:1的建筑模型, 并且通过各专业协同功能可以让不同专业的设计师更全面的获取相关专业的信息, 更完整的获取其他设计师的设计意图。由于建筑信息模型的使用, 可以充分避免传统二维设计中不同设计师间信息传递的缺失与误解, 从而在设计中解决了许多以前只有在工地施工中才能碰到的问题, 极大的提高了设计与施工的质量。
三维管线综合在项目中的应用
长辛店项目位于西南五环外的卢沟桥畔丰台区河西生态发展区, 地下三层, 建筑面积为15107.88 m2;地上主体分为两部分, 西侧地上6层, 局部8层, 东侧主体地上16层, 总建筑面积31820.00 m2。在施工图设计完成后, 科研室BIM团队对其建模, 在短时间内完成了建筑、结构、设备以及电气四个专业的模型搭建。
1、管综需求
机电专业空调、通风、给水、排水、消防、喷洒、强电、弱点、消防桥架等各种系统繁多, 并且根据高度还有不同分区, 导致管线布置及其复杂。由于建筑体型的限制, 地上两个单体及地下车库管线集中于地下一层, 使该区域的管线交叉严重。为满足房间功能划分, 地上办公区域的消防给排水管道与商业的通风管道全部在设备夹层交汇。办公区域走廊净高紧张, 通过传统二维绘图方式很难排出理想的解决方案。
2、管综过程
1) 地下车库
三层的地下车库是本次管线综合难点中的重点。虽然在绘制施工图的时候设备与电气的工程师们已经经过了对图与检查, 但显然由于传统二维绘图方式的限制, 在对图过程中无法很好的协调各专业内容并达到满意的效果。BIM机电工程师按照施工图纸完成第一轮管线绘制后发现了大量碰撞 (如图1) , 其中不光包括管道间的交叉碰撞以及管线与结构专业的梁柱间的碰撞, 甚至有些不同的管道系统是排列在一起的, 这为之后的碰撞检查带来了很大的麻烦。
通过在图1中圈出不同类型的碰撞点不难发现, 仅仅一个区域的节点中就存在着各种不同程度的碰撞, 图中主要包括:
1给水、中水系统内部干支管交叉;
2给水、中水、消防管道穿梁;
3消防干管与给水干管交叉;
4喷洒干管在管井处垂直穿过电气桥架;
5给水干管垂直穿过排风干管;
6喷洒干管于排风管道重叠;
7雨水干管与桥架交叉;
8强电桥架与弱电桥架交叉;
9强弱电与消防桥架交叉。
针对以上问题我们决定先对模型管线进行全面的修改, 优化管线走向, 在消除系统性碰撞的同时使设备管线排布更加合理。首先确定电气桥架位置, 在满足设计与施工要求的同时, 给设备管线留出足够空间。然后依据“有压让无压、小管让大管”的原则, 按照各个系统调整设备管道, 并注意给电气专业留出检修空间。经过第一轮碰撞修改之后, 模型基本达到令人满意的效果 (如图2) 。
完成第一轮管线调整之后, 我们将模型导出到Navisworks软件中做碰撞检查, 以排查在第一次调整中人工很难发现的碰撞点, 最终得到满足专业及施工要求的“零碰撞”模型。
2) 地上办公走廊
看似管线较少的地上办公区域同样遇到棘手的问题, 由于走廊狭窄而设备电气的管线与桥架又集中于此, 造成此处的管线排布困难, 并且标高过低, 不能达到净高要求, 依靠简单的一字排开或者并列排布已无法满足实际需求。针对这个问题, 我们在三维模型的辅助下与绘制施工图的工程师反复讨论协商, 在模型上不断的修改实验, 终于得到完美的解决方案。
3管线综合成果初显
经过长期精心制作的模型, 一定要完美的表现出来才能体现模型的价值, 为此我们努力通过多种形式全方面展现模型。
1) 三维轴测图
轴测图可以更好的表现管线及桥架的系统划分与空间位置, 甚至通过各个专业的轴测图纸能够让非专业人员了解该专业的设计思路。而综合轴测图则充分表现了整栋建筑的机电专业复杂程度。
2) CAD平面图
为了方便模型成果指导现场施工, 我们对模型平面进行深化, 使之达到管线综合的施工图深度, 并导出CAD图纸打印最终交付施工现场。此项目中, 不仅通过调整后的模型对施工图指导修改, 还在施工交底时将各个专业的管线综合图直接交给施工方, 使其价值最大化利用。
3) 节点轴测图及剖面图
模型中不乏管线桥架交错复杂的节点, 光靠传统的平面图已无法很好的表达管线走向。这就需要节点的三维轴测图辅助平面图, 并利用Revit模型可以随意切剖的优势, 绘制剖面图与轴测图一起表达复杂节点。但在制作剖面图的过程中发现, 虽然声称剖面图本身很便捷, 但将生成的剖面深化为符合施工图标准的剖面就需要在标注上花费很长时间, 希望Revit软件能在后期更新中解决施工图深化问题。
4) 节点三维PDF
对于复杂的节点, 平面化的三维图纸的表现能力仍稍显乏力, 我们希望能够直接把三维的节点模型输出并交付, 而就这需要看图时需要配备足够的硬件能力和三维软件。经过研究, 我们制作出了pdf格式的三维模型, 只要安装了PDF看图软件的电脑都可以浏览模型。这样, 可使模型展示更充分、更灵活。
5) 节点第三人称视角视图
对于甲方等非专业设计人员, 可能对平面图纸并不熟悉, 为此我们通过Navisworks或Lumion等软件进行模型漫游, 以第三人称的视角浏览模型, 截取视图或录制视频, 以更加真实的视角了解项目。
6) Navisworks碰撞检查报告与碰撞点前后对比
碰撞检查报告与碰撞点前后对比图充分的表现出了三维管线综合的必要性。
作为住宅设计研究院科研室, 高品质的住宅项目应作为我们的工作重点及亮点。将三维管线综合应用于住宅项目必将提高住宅项目的设计质量。
三维管线综合应用于住宅项目
在户型综合图方面, 在传统二维施工图设计过程中, 为了让户内各专业设备能够分开布置, 以及建筑专业对户内设备的统一安排, 都要集中各专业相关图纸内容作出户内综合图。在图中建筑专业可以审阅散热器位置是否美观, 设备与电气专业可以检查电气插座位置是否与散热器重叠等。而引入BIM概念, 可以借助其优势制作三维户型综合图, 不仅可以表示各部件平面位置, 高度也可以直观的表现。不仅如此, 户型综合的图纸不需要再单独绘制, 只需要将各专业内容在同一视图中打开, 就可以直接生成, 设计师可以更加专注于专业内容的调整, 而不再为繁杂的图层图块烦恼。
在地下设备夹层管线综合图方面, 跟大型公建比起来, 看似相对简单的住宅楼在地下设备夹层中也是汇集了各种专业的管线与桥架。而在设计中却经常概念性的设定标高范围, 在施工中仍会遇到许多碰撞的问题。通过三维管线综合的帮助, 解决了碰撞、提高了净高。我们还利用三维模型辅助排布管井, 避免在设计时忽略了管道的最小转弯半径导致管道放不下, 也可避免管道距离过短无法安装水表阀门等问题。
不同于传统二维设计, BIM不论是从施工图设计、出图还是与工地的配合等对于我们都还处于全新的认识阶段, 很难有现成的模式供我们参考, 设计师只有不断的创新才能摸索出适合自己的道路。在施工图的绘制过程中, 看似简单的添加标注都成为了我们极大的阻力, 克服困难发挥设计师的主观能动性成为我们推进的力量。寻找新思路、新方法, 取BIM之精华不断应用于实际项目中, 一定会使建筑设计技术更上一层楼。
管线三维建模及可视化分析 篇2
关键词：管线,三维建模,三维可视化,三角剖分
传统二维的管理模式难以对海量的管线信息进行有效的描述和表达, 管线三维模型能直观地描述管线的三维特征及管线间的空间关系, 管线三维建模与可视化已成为数字城市可持续发展的必然。本文采用断面与体面三角剖分拟合方法构建弯曲管线、交叉管线的三维模型, 以OpenGL作为三维图形应用程序接口, 实现地下管线三维建模及可视化。
1 管线三维建模
1.1 弯曲管线建模
弯曲管线模型由起点断面、中间断面和终点断面共同构建, 可以看作首尾相连的直管线集合, 弯曲管线建模主要包括三维中心线插值、断面信息获取及弯曲管线模型构建。
1) 三维中心线插值。
依据管线断面信息及管线中心线数据构建管线的三维模型, 为使管线模型在弯曲拐点处平滑过渡, 需对弯曲管线中心线数据进行插值处理。将弯曲管线中心线拐点处进行插值拟合, 以圆弧平滑拟合代替中心线拐点。假设弯曲管线中心线上有相邻的三个点位Pi-1、Pi、Pi+1 (见图1) , 在拐点Pi处用一段圆弧Q1Q2拟合。拟合弧段Q1Q2随弯曲半径R变化, 若弯曲半径R确定, 则拟合弧段Q1Q2具有唯一的解。根据Pi-1、Pi、Pi+1的坐标确定弯管弧段Q1Q2的圆心角度值β、弧段的起始点Q1点坐标、弧段终点Q2点坐标、圆弧中心Qi点坐标、圆弧半径R等参数[9]。求得弯管中心线弧段的有关参数后, 将弧段进行m等分, 得到弯曲管线中心线弧段等分点坐标。
2) 断面信息获取。
对于断面S, 局部坐标可设以S的圆心O为坐标原点, S法线方向n为y轴, z轴与整体坐标Z轴平行, 由右手法螺旋法确定x轴。以x轴为起点沿逆时针方向将圆均分为n份, 则圆上任意点在局部坐标系下的值为
式中:R为圆半径, α=2π/n为离散点所处的夹角。
设断面S圆心的整体坐标为 (x0, y0, z0) , 断面法线向量n (局部坐标y轴) 与全局坐标三个轴的夹角为l、m、n。则 S 上离散点的全局坐标 (X, Y, Z) 为
当m=±1时
当m≠±1时
3) 弯曲管线模型构建。
弯曲管线模型的断面数据是一系列连续的断面数据集合, 在相邻两个断面之间采用体面三角剖分拟合的方法构造管线三维表面模型。对任意两个相邻断面S1、S2, 在每个断面圆上可均匀取n个离散点。相邻断面S1、S2之间构成一个类直管线三维模型, 则S1断面上的2个离散点与S2断面上相应的两个离散点在轴线上构成一个空间四边形, 按一定的顺序规则把该空间四边形剖分为2个三角形。循环顺序获取相邻断面数据信息, 每对相邻断面之间都采用类似方法进行体面三角剖分拟合, 直至弯曲管线体面被剖分拟合构建出准确的弯曲管线三维模型。
1.2 三连通管线建模
三连通管线建模是管网建模中较为复杂的建模。三连通管线模型构建与直管线、弯曲管线的区别主要体现在局部坐标系的建立、交叉点处断面位置的确定、三连通管线建模。
1) 局部坐标系的建立。 设连通管线交叉点P处3个支管为PP0、PP1、PP2, 管线半径为R (见图2) 。为了建立三连通管线模型, 需要在不同的计算情况下选择不同的局部坐标系。任意支管口到交叉点所构成的边PPi的向量
2) 连通交叉点处断面位置的确定及断面信息获取。 计算支管口到交叉点构成边PPi的距离
计算相邻两个支管之间的夹角的余弦值
为使连通交叉点处断面不相互交叉, 比较αi的计算值, 取得αi中的最小值αmin, 则交叉点域值L=R/tan (αmin/2) 。通过L值和局部坐标系变换就可以计算得到连通交叉点各个断面的中心点P3、P4、P5空间位置。
准确获取连通交叉点处各个断面的空间位置之后, 建立该断面处的局部坐标系, 可以采用弯曲管线建模中的断面信息获取方法得到连通交叉点处断面信息。
3) 三连通管线建模。 各支管模型的构建:各支管模型的构建相对较为简单, 从各支管口起搜寻与之相对应的断面数据, 采用由断面数据构建直管线三维模型的方法来构建各支管三维模型。
连通交叉点处模型的构建:搜寻所有的断面信息, 查找到连通交叉点处所有的断面, 并按一定方向 (逆时针或顺时针) 对其排序。相邻两个断面间, 按一定的规则搜寻断面上对应的点, 并把这些对应点连接起来, 再进行体面三角剖分拟合构建交叉点模型。
连通交叉点处顶底面的处理:搜索连通交叉点处各断面数据中的断面数据的顶点和底点, 连同交叉中心点的 (X, Y, Z) , 对顶底面进行三角拟合剖分。
1.3 管件三维建模
管件是管网的重要构成部分, 管线通过不同类型的管件相互连接构成复杂的城市管线系统, 管件三维建模是管线三维建模的组成部分。各类管件实体可以看作由主管、辅管及其他相应的数据参数组成, 因此, 可以通过主管管线实体和辅管管线实体进行求差、并、交运算来获取真实的管件三维模型 (见图3) , 并以3DS文件格式存储实体模型。
应用管件连接不同管径的管线时, 读取相应的管件实体模型, 可以通过对管件实体模型的平移、旋转、缩放方法来实现。
2 管线三维可视化
由于不同管线的空间数据和属性数据存在一定差异, 需要设计不同数据结构, 建立不同管线数据库。为管线建模、空间分析、查询提供相应的断面数据参数和基础源数据。按本文提出的管线三维建模方法, 采用Access2000作为后台主要的数据库, 利用ADO技术进行对数据库的操作, 使用Visual C++6.0程序开发语言和OpenGL三维图形应用程序接口作为主要的开发工具, 采用断面与体面三角剖分拟合方法, 实现弯曲管线、三联通管线三维建模 (见图4、图5) 及隐去三角形边线后得到的效果图 (见图6) 。可以看出, 采用断面与体面三角剖分拟合建模方法在管线截面、管线弯曲、管线连通上的处理均能达到良好的可视化效果, 且适于快速构模与显示, 为城市管线三维建模和可视化提供新的方法和思路。
3 结束语
管线三维建模和可视化是城市三维管线信息系统中重要内容, 管线三维建模算法的优劣直接关系到系统运行速度和仿真效果, 同时也影响三维缩放、平移、空间分析和查询效果。建立城市三维管线信息系统, 有利于全面反映城市管线的分布状况, 便于管线的维护、检测, 实现管线信息从无序到有序化管理。城市管线信息作为数字城市基础地理信息的重要组成部分, 为城市的施工建设提供准确、现实的资料, 为科学管理提供辅助决策的依据。
参考文献
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三维管线 篇3
南方电网公司明确提出在“十二五”期间, “以三个融合为内涵、以三个转变为导向、以四个提升为手段, 实现国内领先, 国际先进目标”。随着广州电网三维GIS的建设, 已经初步实现主网结构的多维度可视化展示和主网状态的实时监视, 为企业的规划计划、运营管理和应急指挥提供支撑, 但传统的三维管线照片建模方式已经不能满足日益发展的业务需要, 存在模型建设周期长、成本高、建模因人而异、模型精度不高、真实感较差、不可批量复制等缺点, 只有把三维管线模型建设工作经济化、精细化、批量化, 才能更好的为规划、管理与决策提供有力支撑。
2 广州供电局三维GIS建模技术现状
广州随着业务部门对三维GIS系统功能的日益依赖, 由于三维模型建设条件和管理手段的局限, 目前大部分三维模型还处在人工建立阶段, 精细化程度较差, 建模时间较长, 人工成本较高, 不能快速全面满足三维电网GIS系统的需求, 其问题主要体现在以下几点:
(1) 模型建设周期长, 往往系统功能已经开发完成, 但是模型还未建好。
(2) 模型精度不高, 时常因测量误差等原因导致模型与实际差距较大。
(3) 不能批量化建模, 人工建模往往因为细小差别导致原有模型不能复用而必须重新建立。
(4) 成本较高, 建模周期较长导致了建模成本居高不下。
以上几点恰是影响三维模型建设关键因素, 对现有三维GIS平台的发展造成了阻碍, 无法更好的发挥三维GIS平台的优势。利用广州供电局现有的三维GIS平台, 结合更先进的三维建模手段, 建立“基于三维GIS的管线模型”提高三维GIS平台利用率, 实现完全实景模拟现场环境, 有效降低电网线路的运行和维护费用, 缩短故障处理时间, 决策支持支撑力。
3 解决方案
根据以上问题分析, 其解决方向主要在以下五个方面:
(1) 建立激光扫描建模模型库。
确立采用激光扫描建模设备及技术;现场采集数据后, 自动建立三维模型, 并加入现有GIS系统, 对原有模型进行替换。
(2) 完善营配一体化系统接口。
通过高精度的配电网模型, 把营配一体化GIS平台特有的管理分析功能与业务管理应用相结合, 描述整个电力企业真实运作的环境, 更好的实现对客户、配电网的分析、维护和管理。
(3) 完善安全生产系统接口。
通过建立高精度的主网设备模型, 完善基于主网GIS系统, 更好的实现主网数据的地理位置、电网拓扑以及主配一体化管理。
(4) 完善数字供电系统接口。
建立全景准实时数字电网模型, 提供精细化管理电网规划计划、基建工程、生产运行、调度指挥、检修维护和应急指挥, 更好的促进业务由部门条块化管理向企业跨部门的企业级应用转变, 成为企业级集成应用建设的关键契机, 也为综合停电管理集成应用和综合绩效管理集成应用等高级集成应用提供了高精度的数字电网模型。
(5) 完善准实时数据平台接口。
通过准实时数据平台获取SVG图形和数据, 展示主网和配网的SVG图形, 在高精度模型基础上展示主配网的实时运行状态等数据, 更好的量化管理配网巡检, 也更好的促进电缆管理的标准化建设工作。
4 基于GIS的激光扫描建模建设方案
4.1 激光扫描建模技术
激光扫描建模技术, 是近年来发展起来的一项高新技术, 可全天候、快速、直接、高精度的采集大范围区域的三维信息, 并且随着三维激光扫描技术的不断发展和三维激光扫描仪价格的不断下降, 运用三维激光扫描仪获取点云数据并对该数据进行分析和处理并建模, 已经成为现实。
4.2 激光扫描建模技术在三维建模领域中的优势
利用激光扫描建模技术应用三维模型领域的优势在于:
(1) 扫描速度快, 每秒可以扫描上百万个点。
(2) 仪器一体化集成, 方便操作及携带。
(3) 全景化的扫描, 更加灵活并更加适合复杂的测量环境, 效率高。
(4) 高精度, 高密度扫描, 单点精度可达±2 mm, 间隔最小1 mm。
三维激光扫描仪原理工作原理:使用激光扫描技术, 由一组接收/发射设备和信息标识器及信息处理系统组成, 其工作原理见下图:
4.3 建立基于激光扫描建模应用
(1) 数据采集
数据采集主要的步骤为:踏勘现场及布设控制点、控制测量、靶标布设、扫描、靶标测量与提取。
踏勘场地, 根据场地情况估算扫描测试站的数量和位置, 尽量保证扫描区域有公共部分, 减少其他物体遮挡, 保证扫描距离在扫描仪有效范围内。控制点的布设在扫描测站初步设置完毕后, 按照扫描测站的情况进行, 重点是要保证每一控制点和至少两个其他控制点通视, 且控制点通视区域应尽可能包含所有目标扫描区域。将控制测量分为平面控制与高程控制测量, 并分别进行测量与平差计算, 获得高精度的靶标定位, 并为后续的配准提供精确的转换坐标。根据扫描后顺序码, 采用由左至右进行靶标编号。调整扫描仪分辨率至合适数值, 使之能够准确的提取靶标中心点。采用全站仪测量靶标, 以获取其在控制网坐标系的坐标。
(2) 数据过滤
原始采集的数据还不能直接应用最终的模型数据必须经过一定的处理:点云去噪与补洞、点云配准、表面重建, 原籍的原始数据质量较差, 含有较大的噪声, 先进行初略的去噪, 然后进一步细化, 在经过手工的补洞后初步去噪完成。在点云去噪和补洞后开始配准, 靶标齐全的点云, 使用控制点配准, 将点云配准到控制网坐标系下;靶标缺失的点云, 利用公共区域寻找同名点对其进行两辆配准, 当同名点缺失时, 手工进行配准。由于点云的离散型, 生成的模型存在一定的缺陷, 需要在多边形阶段对其进行修补、调整。经过上述处理后得到数字三维模型。
(3) 三维建模及渲染
利用三维处理软件对模型进行渲染和三维处理, 最终得到三维模型图。
5 精细化模型与GIS系统可视化数据接入
通过与主网生产、雷电定位、隧道在线监测、变电站数据监测等系统的整合, 建设对各种电网相关数据及指标进行多维度、多视角的展示与分析的可视化系统, 实现查询分析结果的多维展示。同时满足可扩展性要求, 能够对外提供接口和服务, 使系统与其他新增业务可以进行整合、对接。
5.1 主网安全生产系统接口
通过从主网安全生产系统中获取线路设备台账数据、生产计划、缺陷、隐患及特殊区段、工作牌、巡视任务等数据, 对这些数据按照人员和班组进行统计, 将统计结果进行展现, 并可根据展现数据链接直接显示相关明细。
5.2 雷电定位系统接口
从广东电网公司雷电定位系统定时获取雷电数据, 主要包括:雷电发生时间、雷击电流、电流极性、雷击坐标等数据, 将这些数据进行保存, 作为雷电分析所需的基础数据来源。
通过与雷电系统建立实时数据更新的接口。在用户选择好起止时间后, 会在三维系统中以雷雨云的图标显示出这段时间内发生雷电的地点, 点击雷雨云图标后, 会以气泡窗的方式展示该雷电点相关的信息, 效果图如下:
5.3 隧道在线监测接口
通过与状态监测系统接口, 获取到隧道内部监测点名称、编号等信息存储数据库并与三维隧道内部监测模型做关联。当用户需要查看各子系统数据时, 选中隧道内监测设备模型再通过页面集成方式展示监测数据。同时2-3分钟通过接口获取所有监测点的实时数据, 将数据的高低分为几个档次, 每个档次对应不同的颜色, 如过高是红色, 正常是绿色等, 然后根据每个监测点的实时数据, 将其渲染成对应的颜色。并勾勒出电缆的走向及温度监测情况。
获取到电缆温度、时间、位置、最高温度、平均温度、最大尖峰值等数据。实时展现电缆测点温度数据, 也可对指定时间范围内的电缆温度变化趋势进行查看。
5.4 变电站数据监测接口
变电站监测系统包括:油色谱图、中性点真流;电能质量在线监测系统包括:变电站谐波、电压、电流突变数据等;GIS设备在线监测包括:局放、相位、图谱等内容。
三维GIS平台与变电站在线监测系统进行集成, 在变电站、变压器等关键设备模型上建立监测信息点, 展示电压、电流、中性点直流、局放等监测数据, 并根据一个时间段的监测数据进行曲线绘制和色谱图还原。
6 试点建设案例
6.1 试点探查小结
前期广州供电局珠江新城电缆隧道选取其中100米进行激光扫描建模试点, 现场通过布设控制点、控制测量、靶标布设、扫描、靶标测量与提取, 收集到原始电缆隧道点云数据。
通过对原始电缆隧道的点云数据进行噪声过滤及补洞, 以及点云配对、表面重建等步骤, 并且利用三维设计软件后期处理, 从而形成精细化的电缆隧道三维模型。
6.2 现场实例 (珠江新城隧道)
7 结论
通过激光扫描建模技术, 结合已有的三维GIS平台, 将其他电网系统的数据集成到GIS平台内, 并将数据与精细化模型进行深度结合, 建立高仿真度的三维GIS管理平台, 对广州供电局设备监测、设备管理维护、气象预警等提供了支持, 为提高广州供电局供电可靠率的提供了技术手段。
参考文献
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三维管线 篇4
对于现代城市的中心地区, 变电站多以户内站甚至是地下站的形式建设。户内变电站与户外变电站相比, 不仅占用的场地小, 还需要增加风管、消防等众多辅助设备, 因此, 户内变电站的管线就越来越密集, 空间交叉频繁。而在安装设备和相关管线时, 由于空间有限, 经常出现管线相互交叉、挤占空间的情况, 需要拆改, 所以, 在有限的空间里, 在满足各技术要求的前提下, 如何布置众多管线就成了变电站施工过程中的一大难点。综合管线设计就是在施工前合理布置各种管线的位置, 并查看管线之间是否相互碰撞, 从而有效解决管线的空间分配问题。如今, 人们常常使用传统的二维CAD平面作图, 但是, 这种作图方式很难立体地展现出管线的复杂部位, 而且设计人员根据经验分析管线间的碰撞情况时, 不仅费时费力, 还会有疏忽。鉴于此, 根据目前三维软件的特点和发展情况引入了三维设计。引入这种设计方式后, 可以有效避免不同专业间管线的碰撞。
2 变电站综合管线的设计原则
变电站综合管线主要包括电气专业设备及线路、给排水 (包括消防) 管道及线路、通风空调设备及管道和通信线路。
针对错综复杂的管线, 在设计过程中, 应遵循以下原则: (1) 以电气设备和管线为主, 其他管道和线路均应避让, 并且满足相关规范、操作和检修的要求; (2) 压力管道避让无压管道; (3) 可弯管道避让不可弯管道; (4) 小管道避让大管道; (5) 附件少的管道避让附件多的管道; (6) 风管尽可能贴梁底安装; (7) 在综合设计时, 应充分考虑电气设备的运输通道。总之, 各专业管线的布置总则是, 尽可能错开、并排、向上、紧凑安装, 而且必须留有足够的检修空间和运输设备的空间。
在户内变电站中, 综合管线设计中常出现的问题有: (1) 母线桥与风管碰撞; (2) 电缆支架与风管或消防管碰撞; (3) 警传室内消防箱与配电箱碰撞; (4) 配电箱与吊车梁碰撞。
3 综合管线三维技术概述
综合管线三维设计技术是运用三维手段建立建筑、管线和设备的模型。在建立模型的过程中, 要不断调整、细化, 优化各专业管线的走向和设备排布, 从而达到将各专业管线模拟可视化的目的, 消除施工中发生的碰撞等不确定因素。这种设计的具体做法是: (1) 将CAD图纸导入三维软件中, 也可直接在三维软件上建模; (2) 建立各专业模型, 并叠加, 之后软件就会自动显示出碰撞点的位置、坐标; (3) 通过三维漫游检测进行动态分析, 调整综合管线的布置情况, 在模拟中达到合理安排施工布局的目的。
4 工程实例
4.1 工程概况
以广州市110 k V斗园变电站工程项目为例, 该站为地上3层、地下1层, 建筑基底面积1 024 m2, 总建筑面积2 945 m2, 建筑高度16.5 m。该站的总规模为3×63 MVA, 110 k V出线3回, 10 k V出线48回。该站的地下室部分是所有管线的中枢场所, 所有的电缆、风管、水管都是从地下室分散至各层, 因此, 地下室的管线也是最密集、施工难度最大的部分。
4.2 三维设计在综合管线中的应用
在相关应用中, 具体的实施步骤是: (1) 先深化设计各专业的平面布置图, 主要包括电气设备布置, 建筑、结构绘制, 电气、暖通、消防、给排水、电缆专业管道路径布置, 设备等参数的计算和复核。 (2) 初步叠加各专业的管线, 分析重点复杂区域的管线情况。在深化设计前, 组织一次深化设计的协调会, 明确复杂关键处各专业管线的走向、位置, 并加强配合。 (3) 应用三维软件对各专业建模, 并叠加各专业的模块。 (4) 利用软件分析全站的管线、检查碰撞。 (5) 调整碰撞部位。 (6) 在复杂的关键位置, 利用三维软件绘制剖面图, 确定并标注各专业管线的标高和定位。 (7) 如果在施工过程中发现管线定位存在问题, 应及时返回到三维软件中调整。这样, 既可以直观展现各管线之间的相对定位, 又能统筹考虑整个管线系统。
4.3 综合管线深化设计体会和建议
变电站综合管线主要涉及电气、建筑、结构、暖通、给排水、消防和电缆等专业。由于涉及的专业比较多, 所以, 需要各专业积极响应配合。变电站的电气设计人员应全盘考虑, 提前预判可能出现的问题。对于管线相对交错复杂的位置, 应该统筹规划。在遵循设计规范原则、满足各施工工艺要求的前提下, 只有各专业努力配合, 才能使综合管线设计达到最理想的状态。
5 结束语
户内变电站空间有限, 综合管线交叉频繁, 工作人员过去一直忽视变电站内各路管线的布置, 所以, 到了施工时, 经常遇到碰撞问题, 给随后的改造或扩建工程带来了很多问题。由此可见, 一个变电站综合管线的优化程度会直接影响整个变电站。因此, 必须统筹规划变电站内的综合管线。而传统的二维制图方法需要人为判断管线之间的碰撞, 单凭设计人员的经验, 不仅准确率低, 而且主观性强。基于三维设计的综合管线设计具有良好的应用价值和发展前景。使用三维设计的优势在于能够更加全面、直观地展示各专业复杂管线的走向、布置情况, 同时, 强大的空间分析功能突破了二维平面中的空间束缚, 可以更加准确地判断各专业管线的相对位置和碰撞情况, 为变电站综合布线创造良好的条件。
摘要：城市户内变电站的综合管线比较复杂, 传统的二维设计无法满足检测管线碰撞的需求, 所以, 特引入了三维软件。将该软件应用于工程中, 快速解决了变电站中综合管线冲突的技术难题, 明确了综合管线的走向, 为户内变电站的施工提供了借鉴。
关键词：户内变电站,综合管线,三维设计,设计原则
参考文献
[1]彭明祥, 闵红平, 李进红.机电管线布置综合平衡技术的应用[J].施工技术, 2006, 35 (10) :89-91.
[2]周芬.浅谈综合管线布置在大型综合建筑施工中的重要性[J].机电工程技术, 2008, 37 (8) :125-129.
三维管线 篇5
1 管线探测的研究背景
金属材质和非金属材质是当前常用的地下管线材料。目前, 我国地下管线探测领域普遍使用的探知管线在土壤中的分布的方法有预埋检测带法、示踪电磁法、探地雷达和面波法等。一般情况下, 技术人员会采用一定的方法和仪器设备测量, 以获得地下管线的位置信息。由于非金属管线自身的导电性能相对较弱, 因此, 采用常规的地下管线探测仪难以精确探测非金属管线。地质雷达和金属管线探测仪是国内地下管线探测领域进行探测工作的主要设备。
2 地下管线定位探测技术的常用方法
2.1 直接测量法
直接测量法的工作原理较为简单, 具体流程为:将发射机的一端与待测的金属管线相连, 另一端接地或连接到金属管线的触点上, 主要用于接收地下金属管线的信号, 从而探测相关通信交接箱电力变电箱等设备在金属管线周围产生的交变电磁场。该方法的优点为发射信号较强、定位准确、深度测试精度高、受周围相邻管线的干扰较小等, 缺点为在裸露点较少的区域无法直接测量。
2.2 示踪电磁法
该方法的探测原理为:将用于发射电磁信号的探头或导线送入非金属管道内部, 从而通过导线或探头发出的电磁感应信号确定地线管线的位置。由于管线会受到埋深、信号衰竭等因素的影响, 导致测量精度较低。因此, 该方法具有较大的局限性, 不适合广泛应用。
2.3 感应测量法
该方法的探测原理为:地下金属管线在磁场的作用下, 其周围会产生感应电流, 进而在管线周围产生二次磁场。此时, 可在地面上探测到二次电磁异场, 从而确定地下管线的深度和空间分布情况。该方法本身具有一定的局限性, 即会受到场地条件等的限制, 因此, 其在实际工作中的使用较少。
3 采用电磁法定位管线的原理
目前, 在我国城市现代化建设的进程中, 金属材料是大部分管线的制作材料, 但仍有少量管线采用了非金属材料。采用电磁法探测地下管线的基础为金属材料本身具有的特性。具体探测流程为:可根据相关设备探测到的固定频率的交变感应电流得出地下管线的位置及分布情况。
4 管线探测仪的定位方法及其探测误差
4.1 极小值法
采用该方法可测量电磁场垂直方向的分量。采用管线探测仪探测时, 根据相关的基本原理, 垂直分量在管线的正上方一般为0, 即极小值点。通过探测得到的极小值, 可得到管线的具体分布情况。由于垂直分量会受到附近导线异常干扰或垂直地面干扰, 因此, 在实际应用中, 极小值法常与其他方法配合使用, 从而提升探测效果。
4.2 直读法
在实际探测过程中, 直读法主要用于管线定深探测工作。该方法的具体原理为:基于固定管线仪的测量结果和相邻线圈电磁场的梯度分布情况, 并在接收机中设置相应的按钮后, 通过指针表头可直接读出地下管线的位置。该方法的操作简单, 测量之前需要测试修正系数, 从而提高深度校正的精度。
5 结束语
随着我国经济的飞速发展和地下探测技术的逐步完善, 城市三维地下管线的定位和埋深技术得到了快速发展。在城市管线的定位探测工作中, 常遇到较为复杂的管线排布等情况。因此, 在城市地下管线的探测过程中, 应运用先进的仪器设备和科学、有效的测量方法, 并有效结合现场调查的具体方式, 这对城市三维地下管线定位和埋深探测精确度的提升有较大的意义。
摘要：随着城市现代化的发展以及地下空间技术的逐步成熟, 城市三维地下管线的定位和埋深探测技术的应用得到了人们更深层次的关注。因此, 分析了管线探测的研究背景, 介绍了直接测量法、感应测量法、示踪电磁法三种常用的地下管线定位探测技术, 并阐述了采用电磁法进行相关管线定位和探测的基本原理。
关键词：地下管线,探测仪器,管线探测,发射机
参考文献
[1]刘自力, 栗苹, 闫晓鹏.地雷等效金属质量的低频电磁感应测量法[J].北京理工大学学报, 2008 (07) .
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[3]张正禄, 司少先, 李学军, 等.地下管线探测和管网信息系统[M].北京:测绘出版社, 2007.
三维管线 篇6
我国应用GPS技术已经近20年了, 基本已经运用至一个较为成熟的阶段。随着经济的发展, 测量度提高, 传统的测量方法也不再满足于管线的应用和发展, 所以GPS凭借自身的特点优势, 被大量运用于这项工程的管线测量中。
1 GPS
1.1 概述
1958年, GPS (Global Positioning System) 全球定位系统只是美国军方研究的一个项目, 到了1964年才开始投入使用。最开始GPS全球定位系统是为海陆空这3大领域提供导航服务的, 主要用于军事。经过不断发展和研究, 1994年完成了达到GPS全球覆盖率98%的卫星布设。目前GPS在生活中主要用于车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控和导航等。
1.2 特点
GPS全球定位系统的主要特点是:高精准度、全天候、多功能、高效率、操作简便、应用广泛等。
(1) 高精准度。高精准度主要体现在定位精度高。经过GPS在生活中反复应用证明, 它的相对定位精准度在50km以内可以达到10~6m, 1000km可以达到10~9m。 (2) 全天候。GPS全球定位系统靠发射的卫星来定位, 不受气候的影响, 所以不管是下雨还是下雪, GPS全球定位系统都能使用。所以, 目前GPS全球定位系统可以1天24小时不间断使用。 (3) 多功能。GPS系统不光能够用来确认位置, 还能够用于测速、测时、导航等。随着科学的发展, 许多专家学者对GPS深入研究, 使GPS应用领域不断扩张。 (4) 高效率。以GPS导航功能为例, GPS全球定位系统在互联网中应用中更加方便了人们的生活。当人们出行时, 遇到不熟悉的路, GPS能快速的帮助, 只要输入目的地, 便能指引走到目的地, 效率非常高。 (5) 操作简便。因为科技的不断发展, GPS接收机也不断完善, 为了方便GPS的运用, GPS测量的自动化程度逐渐增高, 甚至还出现了“一键操作”。
1.3 工作原理
GPS全球定位系统的工作原理是根据卫星高速运动中位置的记录, 作为开始计算的数据, 然后再利用单幅影像解析中的空间距离后方交会法, 确定要测量地点的位置。
2 GPS在管线测量三维控制网建立中的具体应用
GPS应用于管线工程起到的作用主要是测量作用, 用到了GPS的2个功能:静态功能和动态功能。通过对卫星发射出信息的接收, 确定三维坐标点, 这就是静态功能;通过卫星系统把已知的三维坐标实地放在地面上, 这就是动态功能。
2.1 建立三维控制网
(1) 位置探测。以GPS在某石化厂厂区吉安石化管线三维坐标测量中的应用为例, 某石化厂的分厂之间是由各种管线相连接起来的, 测量区域里面的管线极其复杂, 因为管线是用来传送液体、气体或粉末类的固体, 而化工厂的化学物质一般都会对人体产生伤害, 所在进行测量的时候就要尤其小心。石化厂建立管线GPS系统就可以测量弯曲、转角、高处的管线, 石化厂的管线对管线测量的精准度必须在10cm内, 且不能出现任何的差错, 因此, 在控制网建立时, 一定要按照管线的走向去测量, 可是这样测量会增加工作量, 所以必须要采用控制网分级布网的方式进行。这也就决定了GPS四等作业时要求布设GPS首控网, 基于GPS首控网上再实施二等控制网测量。最后, 基于首控网和二等控制网布设四等附合导线、四等水准加密控制网点, 达到满足三维石化管线测量的目的。在GPS布网方案的选择上, 为了加强GPS观测网的精确度, 应该选用边连式方案。 (2) 数据处理。在三维控制网的建立上, 主要就是对GPS提供的数据进行处理, 这就要求数据的精准度, 所以要求GPS各项基线精准度高。在确定其数据准确后, 就要把GPS网的坐标转换成立体的坐标系的坐标, 比如坐标转换成城市坐标系坐标, 就要选取3个以上的控制点作为基本点, 对基本点的可用性进行分析和筛选。一般可以采用Bursa转换模型:XL i=Xs+ (1+K) R (Q1, Q2, Q3) XG i
2.2 GPS在管线测量中的现状
(1) 优点。GPS在管线测量中的应用已经越来越成熟, 尤其是在建立三维控制网中运用GPS能够使GPS测量的优越性得到充分的体现。具体表现在: (1) GPS技术建立三维控制网更为简单。GPS技术比普通的测量方法适应性强, 且建立的的控制网更为简单易懂, 就算远离要测量点, 也能够通过GPS技术连接测控。GPS也解决了看不到点和位置之间的测量问题, 而且也解决了因为天气原因无法进行测量的问题, 使得在建立三维控制网上变得便捷。 (2) 精准度高。GPS本身就具有高精准度的特点, 把GPS应用于管线测量三维控制网的建立上, 就使得三维控制网精准高, 不但满足了测量的要求, 而且还具备了很大的精度储备空间。 (3) 为管线测量奠定基础。用GPS技术建立三维控制网能够使图形数据立体化呈现, 在城市管线测量比较缺少已知控制点的情况下, 能够根据建立的三维控制网对实地情况进行一个全面的解读, 然后为管线的测量打下良好的基础。 (4) 提高管线测量的速度。使用GPS有关技术进行管线测量可以提高效率一倍以上, 而且还能减少人力资源的投入, 相比原始的测量法来说, 不光是提高了效率, 还降低了投入成本。GPS观测点只需要2个相关的技术人员就可以了, 不需要指挥大量的人进行测量, 有时候一个人可以完成。特别是在测量范围大的时候, 利用GPS测量管线, 才能快速且准确的建立三维控制网, 从而提高整个工程的施工效率。 (2) 不足。虽然GPS技术目前在工程中已经应用较为成熟, 但是仍然存在着不足之处。 (1) 受大气影响计算出现小范围误差。GPS是通过卫星和接收器之间距离的计算来定位, 固定的计算方式是:距离=速度×时间, 但是从卫星到接收器测量的距离来看, 是需要一定时间的, 而在时间确定后, 电磁波在大气层受到电离层和对流层的干扰, 就会使信息在传达的过程中受到一定的影响, 在某些具体的区域, 肯定会存在一些微小的误差, 而一些地方可能会因为树木、房屋的阻挡, 也使得测量的数据出现一些误差, 到最后计算时, 这些误差也会计算入内。 (2) 需要其他仪器辅助。在GPS应用于管线测量中时, 还需要借助其他仪器的辅助, 也就是说, 如果其他仪器出现了问题, 也可能会影响到GPS测量数据的准确性。然而, GPS测量的精准性也离不开常规仪器的配合。
3 结语
通过对GPS本身的特点进行分析, 了解在管线测量建立三维控制网中, GPS起到了很大的作用, 充分证明了GPS的强大作用。但是, GPS技术也还存在着一些不足之处, 这些不足之处应该随着科学技术的不断发展而得到完善, 使以后的GPS技术更加成熟, 且运用更为广泛。
参考文献
[1]钱建国, 赵军武, 唐为刚, 等.三维激光扫描仪获取的数据处理与应用研究[J].矿山测量, 2009 (6) .
[2]陈基炜, 李锦亮, 顾卫锋.GPS在石化管线测量三维控制网建立中的应用与分析[J].上海地质, 2001 (1) .