隨著國家電網(wǎng)公司在輸電工程領(lǐng)域的不斷探索與創(chuàng)新，變電站數(shù)字化建設(shè)正迎來新的里程碑。從早期的幾何實(shí)體建模，到如今的參數(shù)化建模和地面激光掃描建模，變電站三維建模方式不斷演進(jìn)，為電力行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力和動(dòng)力。

三維數(shù)字化移交概念的提出

自2010年國家電網(wǎng)公司建設(shè)的寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程提出“三維數(shù)字化移交”概念以來，變電站數(shù)字化建模進(jìn)入了全新的階段。該工程首次采用幾何實(shí)體建模方法，為線路和換流站進(jìn)行了三維建模，標(biāo)志著電網(wǎng)工程管理實(shí)現(xiàn)了重大突破。

變電站三維建模方式

1、幾何實(shí)體建模

幾何實(shí)體建模是最早應(yīng)用于變電站建模的方法之一。它以工程竣工圖設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)備照片為依據(jù)，按照1:1的比例構(gòu)建變電站三維模型。這種建模方式需要利用商業(yè)化三維軟件，如MicroStation、3DMax、AutoCAD和SolidWorks等。通過資料收集、單個(gè)模型構(gòu)建、模型紋理貼圖以及模型空間布置等步驟，實(shí)現(xiàn)對變電站的數(shù)字化表達(dá)。幾何實(shí)體建模主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)交底、施工組織設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工進(jìn)度模擬以及物資管理等方面。



2、參數(shù)化建模

隨著電力行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的深入推進(jìn)，參數(shù)化建模逐漸成為主流。這種建模方式通過一組幾何約束和參數(shù)來約束圖形的幾何元素之間的關(guān)系和尺寸，實(shí)現(xiàn)對不同尺寸和拓?fù)潢P(guān)系的幾何圖形的自動(dòng)生成。國家電網(wǎng)公司自2017年起開始推廣應(yīng)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，常用的變電站三維設(shè)計(jì)軟件有Substation和STD(R)軟件平臺(tái)等。參數(shù)化建模具有運(yùn)行速度快、模型包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息以及實(shí)物為參照等優(yōu)勢，使其在變電站設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。



3、地面激光掃描建模

地面激光掃描建模是一種新興的建模方式，利用Trimble三維激光掃描儀設(shè)備對變電站設(shè)備設(shè)施建構(gòu)筑物進(jìn)行激光掃描，再利用ContextCapture三維實(shí)景建模軟件構(gòu)建三維模型。通過現(xiàn)場勘探與方案布設(shè)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、點(diǎn)云數(shù)據(jù)建模以及紋理映射等步驟，實(shí)現(xiàn)對變電站現(xiàn)場的真實(shí)還原。地面激光掃描建模方式適用于展示效果和細(xì)節(jié)要求更高的場合，為電力行業(yè)的精細(xì)化管理提供了重要支持。

激光點(diǎn)云建模的方法有兩種：

一種是點(diǎn)云數(shù)據(jù)表面模型制作，即通過構(gòu)造三角網(wǎng)格逼近掃描物體表面來建立實(shí)體的三維模型。

另一種是幾何模型制作，通過分割點(diǎn)云數(shù)據(jù)來提取實(shí)體的幾何輪廓，進(jìn)而進(jìn)行模型重建。

第一種方法通常用于復(fù)雜曲面的精細(xì)化表達(dá)，例如地形模擬、佛像重建、古建筑保護(hù)等方面。

變電站三維建模主要采用第二種方法，即根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)提取實(shí)體的幾何輪廓進(jìn)行逆向建模。

激光掃描設(shè)備及三維建模軟件推薦：

Trimble（天寶）X7 激光掃描儀

Trimble X7專為測量，建筑，工業(yè)和法證應(yīng)用而設(shè)計(jì)。掃描儀具有Trimble X-Drive技術(shù)，測量級自動(dòng)整平和智能校準(zhǔn)系統(tǒng)。集成了簡化的工作流程，使用Trimble Registration Assist能在現(xiàn)場自動(dòng)注冊點(diǎn)云數(shù)據(jù)。


Trimble X7

Trimble（天寶） X9 三維激光掃描儀

Trimble X9三維激光掃描系統(tǒng) ——面向測量、建筑和工程專業(yè)人士的新型多功能現(xiàn)實(shí)捕捉高速三維激光掃描系統(tǒng)。依托 Trimble 成熟的激光掃描技術(shù)，包括自動(dòng)儀器校準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)平和用于地理配準(zhǔn)的激光指示器等，Trimble X9 協(xié)同 Trimble Perspective 軟件，提供從外業(yè)到內(nèi)業(yè)全流程的可靠表現(xiàn)。


Trimble X9

Trimble (天寶) X12 三維激光掃描儀

Trimble X12 是一款高端3D激光掃描儀，具有卓越的速度、精度、范圍和圖像質(zhì)量，適用于要求苛刻的掃描項(xiàng)目。Trimble X12性能。憑借無與倫比的易用性、更高的效率、卓越的點(diǎn)云和影像質(zhì)量，Trimble X12 掃描系統(tǒng)現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更簡單易用。



ContextCapture三維實(shí)景建模軟件

ContextCapture 是一款可由簡單的照片和/或點(diǎn)云自動(dòng)生成詳細(xì)三維實(shí)景模型的軟件。ContextCapture 的高兼容性，能對各種對象各種數(shù)據(jù)源進(jìn)行精確無縫重建，從厘米級到公里級，從地面或從空中拍攝。只要輸入照片的分辨率和精度足夠，生成的三維模型是可以實(shí)現(xiàn)無限精細(xì)的細(xì)節(jié)。


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