CN103914589A - 一种电力铁塔单线模型快速生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力铁塔单线模型快速生成方法，其包括以下步骤：1)分别建立电力铁塔的塔腿、塔身、塔头、横担、横隔的模板库，各模板库中的模板均通过向固定的外轮廓框架内填充斜材和补助材的方式建立；2)根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置，形成相应部分的单线模型；3)根据实际要建立的电力铁塔，将步骤2)所建立的铁塔各部分单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型。

Description

一种电力铁塔单线模型快速生成方法

技术领域

本发明涉及一种铁塔模型生成方法，特别是关于一种电力铁塔单线模型快速生成方法。

背景技术

电力铁塔是架空输电线路常用的结构型式，不同地域的线路条件，例如电压等级、回路个数、地形类别、覆冰、海拔、污秽等级，铁塔的尺寸、外形、补材方案等均有所不同。设计铁塔时要根据实际条件，力求结构简单，传力路径清晰，在保证其安全性的前提下，最大限度节省钢材。为此，就需要对电力铁塔进行三维受力分析计算，进行受力分析时最关键也是最耗时的工作就是建立完整正确、能够准确反映铁塔主要受力情况的三维模型。

传统建立铁塔模型的方法流程是：1)首先由专业人员绘制草图；2)在草图上对节点分组并编写点号；3)在文本编辑系统内输入点、杆(起始点的连线)及对应属性等数据；4)尝试计算并反复修改输入数据的错误。现有的这种建模方法由于没有直观有效的图形参考，建模过程繁琐，工作量大，且很难对模型质量进行控制，如果没有严格的审查工作，就有可能导致设计人员获得错误的计算成果，使得受力分析的结果不准确，最终造成财产损失。因此传统电力铁塔主要有以下几个显著缺点：工作量大，耗时长；不能实时查看电力铁塔三维模型的情况，极易出错；具有相似结构的部位不能与其他铁塔共用，工作内容反复重复，时间消耗较多，缺乏方便于审核校验的输出内容。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种采用模块化方式进行精确建模的电力铁塔单线模型快速生成方法，能够大幅度缩短了设计人员用于建模的时间，方便人员进行模型的核查和修改。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电力铁塔单线模型快速生成方法，其包括以下步骤：1)分别建立电力铁塔的塔腿、塔身、塔头、横担、横隔的模板库，各模板库中的模板均通过向固定的外轮廓框架内填充斜材和补助材的方式建立；2)根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置，形成电力铁塔相应部分的单线模型；3)根据实际要建立的电力铁塔，将步骤2)所建立的铁塔各部分的单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型。

所述2)根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置形成相应部分的单线模型，具体过程为：①建立塔身时塔身的每个节间从塔身模板库中选择不同的塔身正、侧面模板和塔身型式，确定每个节间的模板之后输入实际的尺寸参数，包括上口宽、下口宽和高度，形成一段节间的单线模型，然后按照自上而下的顺序将各节间搭接形成塔身单线模型；②建立横隔时从横隔模板库中选定相应的横隔模板后根据塔身节间的口宽对横隔模板的尺寸进行调整，形成横隔单线模型；③建立塔头时首先从塔头模板库中选定相应的塔头模板，然后根据塔身最上部的口宽调整塔头与塔身连接处的尺寸，形成塔头单线模型；④建立横担时首先从横担模型库中选定相应的横担模板，然后根据此处横担与塔身接面对模板进行等比例缩放，形成横担单线模型；⑤建立塔腿模型时首先从塔腿模板库中选定相应的塔腿模板，并指定塔腿高度，然后根据塔身最下部口宽将四个塔腿缩放到刚好能够对称安装的尺寸，形成塔腿单线模型。

所述步骤3)根据实际要建立的电力铁塔，将步骤2)所建立的铁塔各部分单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型，具体搭接过程为：①将塔头单线模型安装在塔身单线模型的上方；②将横隔单线模型安装在塔身单线模型的两节间相接处；③将横担单线模型安装在塔身单线模型指定位置的侧方；④将塔腿单线模型安装在塔身单线模型的下方。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明分别建立电力铁塔的塔腿、塔身、塔头、横担、横隔的模板库，根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置，形成电力铁塔相应部分的单线模型；根据实际要建立的电力铁塔，将所建立的铁塔各部分的单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型，因此本发明采用模块化的积木式搭接方式，减少了工作量，大幅度缩短了设计人员用于建模的时间，原本需要几天才能完成的工作，现在仅需几个小时，甚至几十分钟就可以完成了。2、本发明生成的电力铁塔三维模型可以及时进行三维图形显示，方便人员进行模型的核查和修改，完善的错误处理机制，基本祛除了因模型问题导致的计算错误，因此在采用该模型进行电力铁塔受力分析时能够较为精确地得到受力分析结果，有效避免了财产损失。3、本发明减少了手工输入数据的数量，错误率大幅度降低，通过少量参数就能对模型进行外观进行控制，增加了模型的可修改性。本发明可以广泛应用于对电力铁塔进行准确受受力分析的模型生成中。

附图说明

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

图1是现有电力铁塔结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，电力铁塔一般可以按照塔腿、塔身、塔头、横担、横隔等部分来区分其主要结构，根据连接关系可以将上述这几个部分中的杆件细分为主材、斜材和补助材。它们在不同的铁塔中拥有基本相同的结构特点，基于上述特性就可以将铁塔各组成部分归为一类具有相同性质、可重复使用的模板，通过对斜材／补助材型式进行定义，并给出控制外轮廓的尺寸，使用者就可以通过选择已经建立的斜材／补助材型式和尺寸快速地建立铁塔的各部分。电力铁塔各部分结构特征及定义如下：塔腿是铁塔基础上面的第一个段落，通常一个塔由四个塔腿构成，分别落在四个象限并对称存在；塔头与塔腿之间的部分称之为塔身，塔身具有四根处于不同象限的主材，且不同象限的主材对称存在；塔头是指从塔腿向上塔架截面急剧变化(出现折现)处以上的部分，如果没有截面急剧变化，塔头是指下横担的下弦以上部分；横担是指安装在塔身侧面起支撑架空电线和安装绝缘子及金具作用的部分；横隔是指水平安装在两段塔身之间横截面起支撑作用的部分。

本发明采用自上而下的组建方式快速建立三维铁塔单线模型，三维铁塔单线模型是在进行铁塔受力分析时使用的模型，铁塔中的杆件被抽象为一根根的直线，没有节点板等具体的连接信息。本发明通过建立分别用于建造铁塔的塔腿、塔身、塔头、横担和横隔的模板库，使用者在使用时仅仅根据所要建立的铁塔样式填写铁塔尺寸以及各种模板所在的位置、重复次数、所选择的模板型式，通过自上而下的组建方式进行分段拼接就能够迅速获得符合要求的铁塔单线模型，采用此单线模型就可以对该铁塔的进行受力情况分析。

本发明按照电力铁塔的组成部分建立不同的模板库并以此为基础快速生成电力铁塔单线模型，包括以下步骤：

1、分别建立电力铁塔的塔腿、塔身、塔头、横担、横隔的模板库，各模板库中的模板均可以通过向固定的外轮廓框架内填充斜材和补助材的方式建立，具体建立模板时只需要给出框架点外其它点的位置以及连线即可，下面对塔腿模板库、塔身模板库、塔头模板库、横担模板库和横隔模板库的建立过程分别进行说明：

1)建立塔腿和塔身模板库。

由于塔腿和塔身部分的外框架均采用四根对称主材，模板建立过程基本相同，故将两部分模板库的建立合并说明，本发明以建立塔腿模板库进行说明：根据电力铁塔的结构特性按照三个面建立塔腿模板：分别为正面、侧面和V面，与横担在同一平面上的面为正面模板，与横担垂直的面为侧面模板，单个塔腿两斜材对应的面为V面。建立某个面的模板时首先要确定所建立面的外轮廓，通常选用主材作为外轮廓线，即首先根据现有的电力铁塔塔腿的实际形状，建立以主材作为模板框架的外轮廓线；然后根据对现有的电力铁塔的塔腿斜材和补助材的型式的统计结果，采用等分点法、定比分点法和等高法确定中间的斜材和补助材的两个端点与其他杆件的连接位置，从而确定各种可能的塔腿型式；将构建塔腿的三个面与所构建的塔腿型式进行组合形成塔腿模板库，塔腿模板库包括了现有电力铁塔的塔腿的所有型式。

2)建立横隔模板库。

首先根据现有的电力铁塔横隔的实际形状，建立以四根斜材组成的正方形作为横隔模板的外轮廓线；在建立模板时，首先选定斜材或补助材两个端点，选定方法采用等分点法或定比分点法；根据对现有的电力铁塔的横隔型式的统计结果，在确定杆件端点后将两端点连接并对赋予该杆件参数信息；将构建的外轮廓线与杆件参数信息进行组合形成横隔模板库，横隔模板库包括了现有电力铁塔的横隔的所有型式；在实际使用时由于中间的斜材和补助材采用的分点方法使得杆件端点可以根据外轮廓尺寸等比例进行调整，也可以将横隔拉伸为长方形。

3)建立横担模板库。

首先根据现有的电力铁塔横担的实际形状，以左右对称的四根主材作为横担模板的外轮廓线；按照横担的结构分为顶面／底面模板和侧面模板，分别用于横担两侧面和上下底面；根据对现有的电力铁塔的横担型式的统计结果，在确定顶面／底面模板斜材和补助材的端点时采用等分点法或定比分点法，侧面模板斜材和补助材的端点除了上述两种方法还可以使用等高法进行确定；将构建的横担的外轮廓线与所构建的横担型式进行组合形成横担模板库，横担模板库包括了现有电力铁塔的横担的所有型式。

4)建立塔头模板库。

由于实际使用的电力铁塔的塔头复杂多变，控制尺寸众多，缺乏统一的框架结构，使得无法通过添点连线式方法进行建立。所以根据常用塔头的外观特性，利用模板组合方式进行塔头模板的建立。首先通过对现有电力铁塔的铁塔形状进行统计，根据统计的各种塔头实际形状分别建立各种形状塔头作为各种塔头模板的外轮廓线；然后根据统计的各种塔头型式，通过引用横担模板中的顶面／底面模板和侧面模板，按照任意组合的方式形成塔头各种型式；将各种塔头的外轮廓线与各种塔头型式进行组合形成塔头模板库，塔头模板库中包括了现有电力铁塔的塔头的各种型式。在塔头模板型式定义中，首先从横担模板库中选择所需要的模板，通过将所选模板进行尺寸缩放，按照需要组合形成新的塔头模板型式。

2、根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置，形成相应部分的单线模型，具体过程为：

1)塔身一般由一段或多段塔身组合而成，其中每段塔身被称为节间。每个节间可以从塔身模板库中选择不同的塔身正、侧面模板和塔身型式，确定每个节间的模板之后输入实际的尺寸参数，包括上口宽、下口宽和高度，形成一段节间的单线模型；然后按照自上而下的顺序将各节间搭接形成塔身单线模型。

2)建立横隔时从横隔模板库中选定相应的横隔模板后根据塔身节间的口宽对横隔模板的尺寸进行调整，形成塔横隔单线模型。

3)建立塔头时首先从塔头模板库选择相应的塔头模板，然后根据塔身最上部的口宽调整塔头与塔身连接处的尺寸，形成塔头单线模型。塔头其他部分的尺寸按照等比例原则，根据与塔身连接处的尺寸缩放比例进行缩放，对于关键节点可以根据实际情况进行调整。

4)建立横担时首先从横担模板库中选定相应的横担模板，然后根据此处横担与塔身接面对模板进行等比例缩放，形成横担单线模型。由于缩放时候会导致横担模板的顶面、底面和侧面产生倾斜。根据这个倾斜角度将各个面的模板进行调整。

5)建立塔腿时首先从塔腿模板库中选定相应的塔腿模板，并指定塔腿高度，然后根据塔身最下部口宽将四个塔腿缩放到刚好能够对称安装的尺寸，形成塔腿单线模型。

3、根据实际要建立的电力铁塔，将步骤2所建立的铁塔各部分单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型，采用得到电力铁塔单线模型可以用于对实际铁塔的受力分析，具体搭接过程为：

1)将塔头单线模型安装在塔身单线模型的上方；

2)将横隔单线模型安装在塔身单线模型的两节间相接处；

3)将横担单线模型安装在塔身单线模型指定位置的侧方；

4)将塔腿单线模型安装在塔身单线模型的下方。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中方法各步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种电力铁塔单线模型快速生成方法，其包括以下步骤：

1)分别建立电力铁塔的塔腿、塔身、塔头、横担、横隔的模板库，各模板库中的模板均通过向固定的外轮廓框架内填充斜材和补助材的方式建立；

2)根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置，形成电力铁塔相应部分的单线模型；

3)根据实际要建立的电力铁塔，将步骤2)所建立的铁塔各部分的单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型。

2.如权利要求1所述的一种电力铁塔单线模型快速生成方法，其特征在于：所述2)根据实际要建立的铁塔设计资料，分别从各模板库中选择电力铁塔各部分的模板，并对各部分模板的相关尺寸参数进行设置形成相应部分的单线模型，具体过程为：

①建立塔身时塔身的每个节间从塔身模板库中选择不同的塔身正、侧面模板和塔身型式，确定每个节间的模板之后输入实际的尺寸参数，包括上口宽、下口宽和高度，形成一段节间的单线模型，然后按照自上而下的顺序将各节间搭接形成塔身单线模型；

②建立横隔时从横隔模板库中选定相应的横隔模板后根据塔身节间的口宽对横隔模板的尺寸进行调整，形成横隔单线模型；

③建立塔头时首先从塔头模板库中选定相应的塔头模板，然后根据塔身最上部的口宽调整塔头与塔身连接处的尺寸，形成塔头单线模型；

④建立横担时首先从横担模型库中选定相应的横担模板，然后根据此处横担与塔身接面对模板进行等比例缩放，形成横担单线模型；

⑤建立塔腿模型时首先从塔腿模板库中选定相应的塔腿模板，并指定塔腿高度，然后根据塔身最下部口宽将四个塔腿缩放到刚好能够对称安装的尺寸，形成塔腿单线模型。

3.如权利要求2所述的一种电力铁塔单线模型快速生成方法，其特征在于：所述步骤3)根据实际要建立的电力铁塔，将步骤2)所建立的铁塔各部分单线模型按照自上而下方式进行积木式搭接快速得到该电力铁塔的单线模型，具体搭接过程为：

①将塔头单线模型安装在塔身单线模型的上方；

②将横隔单线模型安装在塔身单线模型的两节间相接处；

③将横担单线模型安装在塔身单线模型指定位置的侧方；

④将塔腿单线模型安装在塔身单线模型的下方。