CN109117496A - 一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法和系统，用于对变电站工程进行临建布置的三维显示，包括：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；对设计要素进行要素过滤优化；选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；对三维模型进行碰撞检查；将临建设施数据输入三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处理；对三维模型进行合理性检查，直至检查合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。本方法和系统将三维模拟技术真正用于变电站建设项目全过程临建规划设计，为施工技术人员提供从投标阶段到施工阶段的现场布置设计，解决传统设计方法绘制慢、不直观、调整多的缺点，避免施工后的环保、消防及安全隐患。

Description

一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法和系统

技术领域

本发明涉及变电站设计领域，尤其是涉及一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法 和系统。

背景技术

我国建筑业规模巨大，长久以来，粗放式的建设方式导致在建设过程中对各参建单位 的各种管理约束流于形式。以施工总平面布置为例，目前通常采用传统的CAD二维图纸，如遇到施工场地周围复杂的情况，在CAD二维图纸上难以表现完整的施工场地，再 加上施工场地内临建管网、临时施工设施的布置，单独依靠二维图纸及凭借施工人员的经 验来施工，造成施工难度大，导致部分项目施工总平面布置不合理，给后续施工带来困 难，造成不必要的损失。

在输变电工程行业，目前国内输变电工程施工仿真应用较少，尤其是在临建设计方 面，几乎是变电站施工设计方面的短缺部分。基于三维可视化仿真技术，在变电站施工前，施工单位在设计临时建筑，能够在原有三维设计成果基础上叠加施工设计三维临建。然而国内对于基于三维仿真技术输变电工程施工临建设计仿真研究应用尚属空白。

为了彻底改变这种被动局面，更好地服务于智能电网建设，亟需能够实现变电站工程 临建布置三维模拟设计的技术。

发明内容

针对现有的缺陷或不足，本发明提供了一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法， 用于对变电站工程进行临建布置的三维显示，其特征在于：

步骤1：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；

步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；

步骤3：选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；

步骤4：对变电站三维模型进行碰撞检查；

步骤5：将临建设施数据输入所述三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处理；

步骤6：对所述变电站三维模型进行合理性检查；

步骤7：如检查发现存在临建设施数据不合理，调整相关数据后重新进行合理性检查，直至合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。

还提供了一种变电站工程临建布置三维模拟设计系统，用于对变电站工程进行临建布 置的三维显示，其特征在于：

采集单元：用于变电站二维设计图纸上采集设计要素；

过滤单元：用于对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；

建模单元：用于选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模 型；

碰撞单元：用于对变电站三维模型进行碰撞检查；

叠加单元：用于将临建设施数据输入所述三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处 理；

检查单元：用于对所述变电站三维模型进行合理性检查；

展示单元：用于如检查发现存在临建设施数据不合理，调整相关数据后重新进行合理 性检查，直至合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。

本发明的有益效果在于，首先，基于三维设计模型，根据变电站的平面图和相应剖面 图、楼层高度、楼层特点等信息，通过交互手段生成三维的变电站模型，为变电站工程展示提供便利。其次，将三维模拟技术真正用于变电站建设项目全过程临建规划设计，为施工技术人员提供从投标阶段到施工阶段的现场布置设计，解决传统设计方法的绘制慢、不直观、调整多的缺点，并避免施工后的环保、消防及安全隐患。最后，对于三维模型的生 成，其精确程度取决于构造该模型的样本集的好坏，复杂的变电站工程设计问题，建模计 算是非常耗时的，在设计空间搜索最优设计参数时，无论是传统的基于梯度信息的优化算 法还是启发式算法，都要进行多次的迭代计算。而本发明在建模前预先进行了要素过滤优 化，选择过滤优化后的要素进行建模，使得建模计算量小、又最大程度上能够保证预测精 度的模型，用以代替建模设计过程中耗时的真实物理量的数值，以提高设计效率。尤其 是，本发明提出的特征点过滤和特征线段过滤，很好地满足了以下两个特性：第一，空间 填充特性：所有的样本点尽可能地充满整个设计空间，以捕捉到尽可能多的关于模型的信 息；以及第二，投影特性：在低维空间，样本点的投影尽可能地均匀分布，避免出现重 叠。

附图说明

图1本发明所提出的方法流程框架。

图2本发明所提出的系统构成框架。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图参考实施例的描述，对本发明的方法进行进一 步的说明。

为了全面理解本发明，在以下详细描述中提到了众多具体细节。但是本领域技术人员 应该理解，本发明可以无需这些具体细节而实现。在实施例中，不详细描述公知的方法、 过程、组件，以免不必要地使实施例繁琐。

参见图1所示，本发明的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，用于对变电站 工程进行临建布置的三维显示，其特征在于：

步骤1：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；

步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；

步骤3：选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；

步骤4：对变电站三维模型进行碰撞检查；

步骤5：将临建设施数据输入所述三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处理；

步骤6：对所述变电站三维模型进行合理性检查；

步骤7：如检查发现存在临建设施数据不合理，调整相关数据后重新进行合理性检查，直至合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。

其中，所述设计要素包含特征点、特征线段、变电站平面图、剖面图、楼层高度、土建设计等。

其中，步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化，包括对特征点的 过滤优化，以及对特征线段的过滤优化。

其中，所述对特征点的过滤优化具体包括：

步骤2-1，提取二维设计图纸的原始设计空间V₀，在原始设计空间V₀范围内，进行特征点采样；

步骤2-2，在特征点采样过程中，获取已有的特征点在各维度方向上构成的闭合空间，要求新的特征点不能落入这些闭合空间中；闭合空间的形式多种多样，本领域技术人员可以根据实际需要来设计。例如，可以是以特征点为球心，一定长度为半径的球体空 间，也可以是以特征点为中心，一定长度为边长的立方体空间，一定长度可以是根据特征 点数目或稀疏要求、或模型粒度要求等来确定的。闭合空间表达新采样的特征线段不能落 入其中的含义。

步骤2-3，将已有的特征点加入特征点集C_P；

步骤2-4，将原始设计空间V₀减去特征点集中已有的特征点在各维度方向上构成的闭 合空间，得到过滤后的空闲设计空间V₁；

步骤2-5，在过滤后的空闲设计空间V₁中生成大量的随机点；

步骤2-6，将这些位于空闲设计空间V₁上的随机点映射到原始设计空间V₀；

步骤2-7，计算随机点与已有特征点之间的空间距离，选择一定数量空间填充特性最 优的随机点作为随机特征点集C_PR；

步骤2-8，识别随机特征点集C_PR中各随机点所在的可行区域，在这些可行区域上沿搜 索边界线进行搜索，得到一系列备选特征点，针对每个随机点，选取其中未落入已有特征 点构成的闭合空间的最优解，作为新的特征点加入特征点集C_P；

步骤2-9，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4至2-9。

其中，所述算法的终止条件是预定的特征点数目或三维模型的粒度要求。

其中，所述对特征线段的过滤优化，具体包括：

步骤2-1’，提取二维设计图纸的原始设计空间V₀，在原始设计空间V₀范围内，进行特征线段采样；

步骤2-2’，在特征线段采样过程中，获取已有的特征线段由其所在平面上构成的闭合 平面，要求新的特征线段不能落入这些闭合平面中；闭合平面表达新采样的特征线段不能 落入其中的含义。

步骤2-3’，将现有的特征线段加入特征线段集C_L；

步骤2-4’，判断特征线段集C_L中现有的特征线段所构成的闭合平面是否可构成的闭合 空间，如果否，则继续进行特征线段采样；如果是，则获取由现有闭合平面构成的闭合空 间；是否可构成的闭合空间的要求多种多样，本领域技术人员可以根据实际需要来设计。 例如，作为楼房，可以要求具备立方体的六个相交平面时才可以构成一个特定的闭合空 间，也可以要求构成的空间不一定是立方体，比如可以具备相互不成直角相对倾斜的两个 面，或者要求只要多个平面相交可构成封闭空间，就认为达到可构成的闭合空间的要求。 闭合空间表达新采样的特征线段不能落入其中的含义。

步骤2-5’，将原始设计空间V₀减去现有闭合平面构成的闭合空间，得到过滤后的空闲 设计空间V₂；

步骤2-6’，在过滤后的空闲设计空间V₂中生成大量的随机线段；

步骤2-7’，将这些位于空闲设计空间V₂上的随机线段映射到原始设计空间V₀，获取这些随机线段所在的平面，若所述随机线段所在的平面与原始设计空间V₀中的任一所述现有闭合平面重合，则删除该随机线段，得到过滤优化后的随机线段，加入并更新特征线段集C_L；

步骤2-8’，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4’至2-8’。

其中，所述算法的终止条件是预定的特征线段数目或三维模型的粒度要求。

其中，所述临建设施包括管理部、停车场、进出道路、宿舍区、管网等临时建筑。

其中，所述方法还包括：利用软件渲染效果出图，产生变电站工程临建布置图，为施 工布置提供依据。

参见图1所示，本发明的一种变电站工程临建布置三维模拟设计系统，用于对变电站 工程进行临建布置的三维显示，其特征在于：

采集单元：用于变电站二维设计图纸上采集设计要素；

过滤单元：用于对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；

建模单元：用于选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模 型；

碰撞单元：用于对变电站三维模型进行碰撞检查；

叠加单元：用于将临建设施数据输入所述三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处 理；

检查单元：用于对所述变电站三维模型进行合理性检查；

展示单元：用于如检查发现存在临建设施数据不合理，调整相关数据后重新进行合理 性检查，直至合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。

本发明的有益效果在于，首先，基于三维设计模型，根据变电站的平面图和相应剖面 图、楼层高度、楼层特点等信息，通过交互手段生成三维的变电站模型，为变电站工程展示提供便利。其次，将三维模拟技术真正用于变电站建设项目全过程临建规划设计，为施工技术人员提供从投标阶段到施工阶段的现场布置设计，解决传统设计方法的绘制慢、不直观、调整多的缺点，并避免施工后的环保、消防及安全隐患。最后，对于三维模型的生 成，其精确程度取决于构造该模型的样本集的好坏，复杂的变电站工程设计问题，建模计 算是非常耗时的，在设计空间搜索最优设计参数时，无论是传统的基于梯度信息的优化算 法还是启发式算法，都要进行多次的迭代计算。而本发明在建模前预先进行了要素过滤优 化，选择过滤优化后的要素进行建模，使得建模计算量小、又最大程度上能够保证预测精 度的模型，用以代替建模设计过程中耗时的真实物理量的数值，以提高设计效率。尤其 是，本发明提出的特征点过滤和特征线段过滤，很好地满足了以下两个特性：第一，空间 填充特性：所有的样本点尽可能地充满整个设计空间，以捕捉到尽可能多的关于模型的信 息；以及第二，投影特性：在低维空间，样本点的投影尽可能地均匀分布，避免出现重 叠。

这里只说明了本发明的优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。 相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利 要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。

Claims (10)

1.一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，用于对变电站工程进行临建布置的三维显示，其特征在于：

步骤1：从变电站二维设计图纸上采集设计要素；

步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；

步骤3：选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；

步骤4：对变电站三维模型进行碰撞检查；

步骤5：将临建设施数据输入所述三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处理；

步骤6：对所述变电站三维模型进行合理性检查；

步骤7：如检查发现存在临建设施数据不合理，调整相关数据后重新进行合理性检查，直至合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。

2.根据权利要求1所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述设计要素包含特征点、特征线段、变电站平面图、剖面图、楼层高度、土建设计等。

3.根据权利要求2所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，步骤2：对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化，包括对特征点的过滤优化，以及对特征线段的过滤优化。

4.根据权利要求3所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述对特征点的过滤优化具体包括：

步骤2-1，提取二维设计图纸的原始设计空间V₀，在原始设计空间V₀范围内，进行特征点采样；

步骤2-2，在特征点采样过程中，获取已有的特征点在各维度方向上构成的闭合空间，要求新的特征点不能落入这些闭合空间中；

步骤2-3，将已有的特征点加入特征点集C_P；

步骤2-4，将原始设计空间V₀减去特征点集中已有的特征点在各维度方向上构成的闭合空间，得到过滤后的空闲设计空间V₁；

步骤2-5，在过滤后的空闲设计空间V₁中生成大量的随机点；

步骤2-6，将这些位于空闲设计空间V₁上的随机点映射到原始设计空间V₀；

步骤2-7，计算随机点与已有特征点之间的空间距离，选择一定数量空间填充特性最优的随机点作为随机特征点集C_PR；

步骤2-8，识别随机特征点集C_PR中各随机点所在的可行区域，在这些可行区域上沿搜索边界线进行搜索，得到一系列备选特征点，针对每个随机点，选取其中未落入已有特征点构成的闭合空间的最优解，作为新的特征点加入特征点集C_P；

步骤2-9，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4至2-9。

5.根据权利要求4所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述算法的终止条件是预定的特征点数目或三维模型的粒度要求。

6.根据权利要求3-5之一所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述对特征线段的过滤优化，具体包括：

步骤2-1’，提取二维设计图纸的原始设计空间V₀，在原始设计空间V₀范围内，进行特征线段采样；

步骤2-2’，在特征线段采样过程中，获取已有的特征线段由其所在平面上构成的闭合平面，要求新的特征线段不能落入这些闭合平面中；

步骤2-3’，将现有的特征线段加入特征线段集C_L；

步骤2-4’，判断特征线段集C_L中现有的特征线段所构成的闭合平面是否可构成的闭合空间，如果否，则继续进行特征线段采样；如果是，则获取由现有闭合平面构成的闭合空间；

步骤2-5’，将原始设计空间V₀减去现有闭合平面构成的闭合空间，得到过滤后的空闲设计空间V₂；

步骤2-6’，在过滤后的空闲设计空间V₂中生成大量的随机线段；

步骤2-7’，将这些位于空闲设计空间V₂上的随机线段映射到原始设计空间V₀，获取这些随机线段所在的平面，若所述随机线段所在的平面与原始设计空间V₀中的任一所述现有闭合平面重合，则删除该随机线段，得到过滤优化后的随机线段，加入并更新特征线段集C_L；

步骤2-8’，检查算法是否达到终止条件，若是，采样结束；否则，重复步骤2-4’至2-8’。

7.根据权利要求6所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述算法的终止条件是预定的特征线段数目或三维模型的粒度要求。

8.根据权利要求1所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述临建设施包括管理部、停车场、进出道路、宿舍区、管网等临时建筑。

9.根据权利要求1所述的一种变电站工程临建布置三维模拟设计方法，其中，所述方法还包括：利用软件渲染效果出图，产生变电站工程临建布置图，为施工布置提供依据。

10.一种变电站工程临建布置三维模拟设计系统，用于对变电站工程进行临建布置的三维显示，其特征在于：

采集单元：用于变电站二维设计图纸上采集设计要素；

过滤单元：用于对所述二维设计图纸的设计要素进行要素过滤优化；

建模单元：用于选取过滤优化后的设计要素，通过三维建模软件生成变电站三维模型；

碰撞单元：用于对变电站三维模型进行碰撞检查；

叠加单元：用于将临建设施数据输入所述三维模型，并与变电站工程数据进行叠加处理；

检查单元：用于对所述变电站三维模型进行合理性检查；

展示单元：用于如检查发现存在临建设施数据不合理，调整相关数据后重新进行合理性检查，直至合理，得到并展示变电站工程临建布置三维设计模型。