科创中国

城建规划

架空输电线路三维协同设计技术依托于国家电网公司科技项目“架空输电线路协同设计技术”，计划编号:GC71-13-042。研究起始日期2013年1月，终止日期2016年7月。本项目属于电气技术学科，涉及输电线路设计、信息技术领域。 项目主要成果为架空输电线路三维协同设计系统。系统包含工程数据库、地理信息数据库、三维通用设计模型库等数据库，可实现线路路径优化设计、二三维联动排位、杆塔设计、基础设计、工程量自动统计、平断面绘制、数字化移交等线路设计功能，在此基础上实现架空输电线路全专业协同设计，适用架空输电线路工程可研、初设、施工图、竣工图四个设计阶段。 创新性（重点阐明如何区别于传统技术，专利等知识产权状况） 架空输电线路作为整个电网的核心组成部分，设计是龙头，线路设计的质量直接决定电网能否安全稳定运行以及企业和个人用户用电质量。在现有架空输电线路设计过程中，多专业设计人员共同设计，设计资料移交以设计成果为主，对设计过程、设计变更缺乏标准化的移交系统；设计成果部分实现三维数字化，但以展示为主，未能将三维手段应用于设计过程，未能提升设计精度和广度。因此，迫切需要开展架空输电线路三维数字化协同设计技术和工程应用研究。 为攻克以上难题，项目组历经4年攻关，从协同流程控制体系、三维计算方法、二、三维可视化设计场景构建三个方面实现了架空输电线路三维数字化协同设计技术的重大创新： ①首创架空输电线路协同设计流程控制体系, 实现电气、结构、地质、水文、测量、技经专业等输电线路全专业协同设计。②基于三维场景，提出跳线计算、交跨校核、三维基础场景构建等输电线路三维校核计算方法，实现设计全过程三维可视化。③基于CAD、GIS构建二、三维场景，形成二、三维场景联动技术，实现杆塔排位、地物标绘等设计过程二、三维设计场景联动。 本项目共受理发明专利10项，其中已授权发明专利7项；授权实用新型专利1项；登记软件著作权7项；发表论文11篇 独占性（重点阐明技术上是否难以获取或复制） 项目的协同流程控制体系、三维计算方法、二、三维可视化设计场景构建技术均为独占性领先技术，其中协同流程控制体系是采用多层次、异构、分布式的协同设计共享信息数据库，实现线路全专业设计过程及成果线上提交，全线同步等功能，难以复制。三维计算方法中的间隙球计算、长短腿高地基础三维计算等技术均为全自主独立研发，难以复制。二三维可视化设计场景构建技术在显示效率、精细化程度、自动化程度方面均处于领先水平，且技术壁垒较高，难以复制。 综上，本项目核心技术均难以复制，具有独占性。 盈利性（重点阐明是否带来成本下降或性能提高） 在成本节支方面，通过应用系统中的高清全国影像、高程数据、电网矢量专题图及平断面自动生成技术，节省了大量工程地理信息数据购买费用，并减少外业勘测工程量，降低设计成本的同时减少野外作业；采用系统内置的三维模型数据库及地面建筑物模型库等大量标准三维模型、地物、规程库，极大节省三维设计、投标过程中三维建模人工费用；通过本系统进行设计流程线上整合、协同工作，实现设计效率的提升，节支设计人工费用；通过系统中的线路路径优化设计模块，可在设计阶段减少对房屋、树木、经济作物的占用、砍伐，减少拆迁砍伐量，降低工程建设成本的同时减少对线路周边环境的破坏。系统在我国五大区域设计院中（华北院、西北院、华东院、西南院、东北院）完成推广及工程应用。在江苏、安徽、湖南、江西、陕西、四川、青海、浙江、福建、甘肃、云南、贵州、新疆、宁夏等14个省份的省设计院、经研院及地市级设计单位完成推广及工程应用。工程应用当中节支总额达6亿元，极大降低了架空输电线路工程的设计、建设成本。 持续性（重点阐明技术储备和持续创新能力） 中国电力科学研究院有限公司是国家电网公司直属科研单位，是中国电力行业多学科、综合性的科研机构。主要从事超/特高压交直流输变电技术、电网规划分析及安全控制技术、输变电工程设计与施工技术、配用电技术以及新能源、新材料、电力电子、信息与通信、能效测评及节能等技术的研究，研究范围涵盖电力科学及其相关领域的各个方面。一直以来，中国电科院围绕电力科学及其相关领域的各个方面，攻克了一系列重大核心技术，显著提升了自主创新能力，在我国电力事业的发展过程中发挥了不可替代的作用。在架空输电线路三维设计方面具备相当的技术储备和持续创新能力。 先进性（重点阐明技术水平，主要性能指标国内外比较，替代技术发展趋势和现状等） 1.全专业协同设计技术 （1）技术内容：1）实现电气、结构、地质等全专业在系统中同时进行协同设计；2）实现线路全专业设计过程及成果线上提交，设计变更全线同步。 （2）国内技术指标：国内现有协同设计技术尚不能实现多人员同时设计，且不能实现专业间数据实时协同共享。 （3）国外技术指标：线路设计软件为单机版软件，无全专业协同设计功能 （4）对比结论：国际领先。 2.设计校核全过程三维可视化 （1）技术内容：1）三维间隙球算法；2）三维交跨校核，实现设计校核全过程三维可视化。3）三维自动基础配置。 （2）国内技术指标：国内尚未实现。 （3）国外技术指标：国外尚无相关技术报道。 （4）对比结论：国际领先。 3.三维场景构建及二、三维联动技术 （1）技术内容：基于CAD、GIS构建二、三维场景，并形成二、三维场景联动技术，显示速率达到每秒30帧以上并实现场景实时联动，模型精度达加工图级别。 （2）国内技术指标：国内现有三维平台在显示速率、联动程度均距离本系统有较大差距。 （3）国外技术指标：包含三维场景，但显示模型仅达单线级别，精度较低。 （4）对比结论：国际领先 综上所述，通过本项目主要创新点与国内外最先进同类技术的全面比较，本项目在多专业协同设计技术、设计校核全过程三维可视化、三维场景构建及二、三维联动技术方面均达到国际领先水平，项目总体达到国际领先水平