CN104298800A - 一种智能变电站的三维集成化模型 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能变电站的三维集成化模型，属于智能变电站数字化技术领域。本发明通过在DirectX9中引入专门编辑Shader代码的编程语言进行编程建立可视化的三维模型，减少了复杂的实体三维空间和二维图纸在设计师头脑里的转换过程，提高了效率。利用三维集成技术建立碰撞检查模块、安全距离校核模块、三维抽图模块、电气计算模块、防雷保护设计模块和表格生成模块，实现了实时碰撞检查，带电距离检查，可以尽早地发现问题，制定出更合理的设计方案，减少了设计变更数量，从而间接地提高了施工效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能变电站的三维集成化模型，属于智能变电站数字化技术领域。
背景技术
随着中国经济的迅猛发展，对电力的需求也呈现飞速增长。在促进电力工业发展的同时，也对电力设备和电力基础设施建设和运行提出了更高的要求，使得电力基础设施从设计、建设到维护成为了一项系统而又复杂的工程，牵涉到多个方面环节，如：线路走廊布置，大型电力建筑物的选址建造，电力设备的运送和安装等。每一个项目的启动都必须经过规划、设计、论证，审批。需要与电力主管部门、政府规划部门、建设单位协调沟通。经过复杂慎密的程序，必然生成大量分散的专业图纸、文档、数据。同时由于电力工程涉及多个专业、领域，而各相关部门大多属于不同行业、领域，知识储备、技术类别差异较大，对同一问题认识各不相同。面对如此繁复的杂乱的信息，必然要经过多次现场调研、开会的形式进行沟通和磋商。不但不直观，难以互相理解，费时费力，还容易造成失误，也不容易在图纸阶段发现问题。常导致进度缓慢，效率低下，影响科学的评价，难以产生高质量的方案。
随着信息技术应用的迅速发展，三维设计已经成为未来电力工程设计发展的必然趋势和普遍要求。但由于三维设计的独特性以及开发应用的不完善，三维设计的理念难以迎合传统设计的需求。目前国内变电站设计基本采用AUTOCAD二维绘图平台，处于计算机辅助制图的阶段，缺乏适用的专业软件，绘图工作量大，重复劳动多。修改内容不能相关联动，容易出错，无法实现相关的专业计算与校验，设备材料需人工统计，土建资料和图纸清册由人工整理绘制。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能变电站的三维集成化模型，以取代传统设计方式中设计人员头脑里想象的模型，使设计更为方便。
本发明为解决上述技术问题而提供一种智能变电站的三维集成化模型，该三维集成化模型包括可视化三维模型和安全距离校核模块，所述的可视化三维模型通过在DirectX9中引入专门编辑Shader代码的编程语言进行编程实现，所采用的Shader用于对三维对象的表面和屏幕对象的缓存进行处理，所述的安全距离校核模块能够针对规范要求对三维模型中个电气设备间的安全距离进行校核。
所述的Shader包括两种，一种是顶点级的，称为Vertex Shader，用于取代固定渲染管线中的变换和光照部分，以实现灵活的顶点变换和光照处理，一种是像素级的，称为PixelShader，用于取代固定渲染管线中的光栅化部分，以实现灵活的像素颜色控制和纹理采样。
所述的三维集成化模型还包括三维抽图模块，该三维抽图模块用于根据所建立三维模型的三维布置得到其所对应二维平断面布置图。
所述的三维集成化模型还包括碰撞检查模块，该碰撞检查模块能够通过对所建立的可视化三维模型的浏览发现错、漏、碰、缺，空间布置的合理与否，也可以借助程序自动进行检查。
所述的三维集成化模型还包括电气计算模块，该计算模块用于从所建立可视化的三维模型中提取相应的电气参数计算内嵌短路电流、导线张力弧锤、入地电流、接地电阻、跨步电压和接触电势。
所述的三维集成化模型还包括防雷保护设计模块，该模块用于对于所建立的可视化三维模型进行三维防雷设计及保护范围校核，包括避雷针、避雷线及联合保护范围的三维效果。
所述的三维集成化模型还包括表格生成模块，所述表格生成模块能够根据自动生成卷册材料表及工程设备材料汇总表。
本发明的有益效果是:本发明通过在DirectX9中引入专门编辑Shader代码的编程语言进行编程建立可视化的三维模型，减少了复杂的实体三维空间和二维图纸在设计师头脑里的转换过程，提高了效率。利用三维集成技术建立碰撞检查模块、安全距离校核模块、三维抽图模块、电气计算模块、防雷保护设计模块和表格生成模块，实现了实时碰撞检查，带电距离检查，可以尽早地发现问题，制定出更合理的设计方案，减少了设计变更数量，从而间接地提高了施工效率。
具体实施方式
变电站对象的数字化主要是由三维设计管理系统来实现，三维设计系统及其数据库管理系统的应用均以数据库为核心，以三维、二维或一维的形式来反映变电站的真实情况和逻辑关系，所有的图、表都是数据库数据的映射，图数一体，保持一致。将变电站从设计、采购、制造、施工、调试、运行、检修、退役各个阶段的所有信息，在设计阶段就进行统一规划，并统一保留在一个数据仓库之中，用以实现变电站的建设和运营过程的高效管理。在设计阶段建立如此庞大的数据库，必须依靠全面高效的三维设计系统以及高度集成的数据库管理系统。本发明的智能变电站的三维集成化模型是以国家电网公司通用设计中主接线和配电装置典型方案为基础，根据具体工程选用合适的通用设计方案在根据工程规模进行适当调整主接线，再根据国家电网公司通用设备接口适当调整工程设计的设备类型及相关参数，使设计人员选择线路出线方向和进站大门位置，自动生成电气总平面和配电装置的间隔断面图、平面图，并能完成设备安全净距校验、导线力学计算、防雷及接地设计、设备材料统计等工作。
为实现上述功能本发明的三维集成化模型包括可视化三维模型、碰撞检查模块、安全距离校核模块、三维抽图模块、电气计算模块、防雷保护设计模块和表格生成模块。各模块之间相互独立，使用标准化的参数传递数据，保证了结构的清晰，也方便了修改和维护。本发明的智能变电站三维集成化模型的图库结构采用三维图库与二维图库相结合的方式，既满足三维设计要求，也能够满足二维施工图设计要求，数据库采用ACCESS数据结构，不用额外附加数据库软件；图库与数据库相结合，可通过设备型号等字段直接检索所有性能参数与图库，图形库及数据库完全开放，可任意添加修改。
其中，可视化三维模型通过在DirectX9中引入专门编辑Shader代码的编程语言——高级着色器语言(HLSL：High-Level Shading Language)，并引入了保存独立代码的文件格式。Fx独立与程序，通过更换不同的Fx文件，无需重新编译程序，就可以方便的改善程序的视觉效果。所采用的Shader用于对三维对象的表面和屏幕对象的缓存进行处理，这里采用的Shader包括两种，一种是顶点级的，称为Vertex Shader，用于取代固定渲染管线中的变换和光照部分，以实现灵活的顶点变换和光照处理，一种是像素级的，称为PixelShader，用于取代固定渲染管线中的光栅化部分，以实现灵活的像素颜色控制和纹理采样。在本发明中，使用Shader来为模型赋予材质，一方面改良了光照算法，优化了纹理混合。另一方面有利于以后方便的修改材质效果，将渲染管线从固定流水线改造成可编程流水线，提升视觉效果，优化可编程硬件的执行性能，同时通过光照算法的研究，按照每个物体使用相应的光照技术，增加光照灵活性，提高了光照质量。通过分离渲染组的应用，优化渲染顺序，提升Z缓冲性能，提高引擎性能。
安全距离校核模块能够针对规范要求对三维模型中个电气设备间的安全距离进行校核。利用三维设计软件碰撞检查功能检查布置设计过程中的位置冲突，并分别通过三维空间测距、硬碰撞模拟带电距离空间、软碰撞模拟带电距离空间的方法进行三维带电距离校验。
碰撞检查模块，为保证各参与专业所提交的模型的正确性，必须建立有效的、切实可行的检查制度，模型的检查可以分为专业内部自查及专业间配合检查，本发明利用三维设计即时性的特点，可以通过简单的模型浏览发现错、漏、碰、缺，空间布置的合理与否，也可以借助程序自动进行检查。设计人员在三维环境中，利用软件工具输入相关数据后，立即可在三维环境中实时的看到设计决策的结果，能够迅速掌握有效的空间位置，合理的完成布置设计，各参与专业，必须通过三维的即时性和软件附带的功能完成模型的提交模型的自查。
三维抽图模块，由三维布置获得的二维平断面布置图，而不包括电气主接线图、控制保护等原理图。通过三维模型提取二维图纸，一定要在三维模型检查完毕，保证其正确后再进行，否则将会浪费大量的图纸修改时间。如此才能利用三维设计、二维图纸自动生成的优势，并实现一处修改、处处修改，即在修改模型之后，二维图纸、各类材料统计数据也都自动更新，这样才能有效地提高设计人员在设计修改阶段的工作效率。
电气计算模块用于从所建立可视化的三维模型中提取电气参数计算相应的指标。其包含的计算功能有：(1)短路电流计算及设备选择；(2)变电站动态接地计箅；(3)导线拉力计算；(4)站用电计算；(5)二次回路全站继电保护整定计算；(6)电缆敷设统计.(7)悬吊管母计算。
防雷保护设计模块用于对于所建立的可视化三维模型进行三维防雷设计及保护范围校核，包括避雷针、避雷线及联合保护范围的三维效果。防雷计算是变电站的平面图绘制过程之一，平台提供了三维防雷的绘制.设计人员根据需要在不同的地方布置避雷针.只要输人避雷针的位置和高度，平靠会自动生成三维防雷图，如果有构架和没备暴露在范围外，设计就会发现避雷针不满足要求.同时会生成计算书，直观明了。
表格生成模块能够根据自动生成卷册材料表及工程设备材料汇总表。设备材料统计作为工程采购的依据，直接影响到工程成本，本发明能够准确的开列设备材料统计表，将有效的控制工程成本，保证工程的顺利进行。
Claims (7)
1.一种智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，该三维集成化模型包括可视化三维模型和安全距离校核模块，所述的可视化三维模型通过在DirectX9中引入专门编辑Shader代码的编程语言进行编程实现，所采用的Shader用于对三维对象的表面和屏幕对象的缓存进行处理，所述的安全距离校核模块能够针对规范要求对三维模型中个电气设备间的安全距离进行校核。
2.根据权利要求1所述的智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，所述的Shader包括两种，一种是顶点级的，称为Vertex Shader，用于取代固定渲染管线中的变换和光照部分，以实现灵活的顶点变换和光照处理，一种是像素级的，称为PixelShader，用于取代固定渲染管线中的光栅化部分，以实现灵活的像素颜色控制和纹理采样。
3.根据权利要求2所述的智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，所述的三维集成化模型还包括三维抽图模块，该三维抽图模块用于根据所建立三维模型的三维布置得到其所对应二维平断面布置图。
4.根据权利要求2所述的智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，所述的三维集成化模型还包括碰撞检查模块，该碰撞检查模块能够通过对所建立的可视化三维模型的浏览发现错、漏、碰、缺，空间布置的合理与否，也可以借助程序自动进行检查。
5.根据权利要求2所述的智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，所述的三维集成化模型还包括电气计算模块，该计算模块用于从所建立可视化的三维模型中提取相应的电气参数计算内嵌短路电流、导线张力弧锤、入地电流、接地电阻、跨步电压和接触电势。
6.根据权利要求2所述的智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，所述的三维集成化模型还包括防雷保护设计模块，该模块用于对于所建立的可视化三维模型进行三维防雷设计及保护范围校核，包括避雷针、避雷线及联合保护范围的三维效果。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的智能变电站的三维集成化模型，其特征在于，所述的三维集成化模型还包括表格生成模块，所述表格生成模块能够根据自动生成卷册材料表及工程设备材料汇总表。
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