CN113722892A - 基于ifc数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其该方法包括以下步骤：步骤1：根据架空线路参数化设计的需求，基于IFC数据格式建立架空线路构件之间的连接关系；步骤2：根据架空线路构件之间的连接关系，通过架空线路快速组建软件进行三维参数化建模并组建架空线路；步骤3：整体组建后再进行局部细节的计算与修改，完成架空线路构件三维数字化表达。与现有技术相比，本发明具有精确表达架空线路设计、快速地将设计成果可视化以及为后续的电气计算与分析提供数据基础等优点。

Description

基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法

技术领域

本发明涉及架空线路设计领域，尤其是涉及一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法。

背景技术

目前电网工程架空线路的设计仍旧以二维设计为主，架空线路中的杆塔、绝缘子串、金具等都以图纸的方式表达其外观与尺寸，再以明细表的形式表达这些构件之间的连接关系，这样的表达方式简单便捷，重要的设计参数也能通过示意图清晰呈现，但由于图纸之间无法联动、构件之间未形成参照，基于各个构件之间位置关系的分析，如间隙圆的计算、导线风偏等，会耗费较多的时间，在设计变更时则更为耗费人力及时间成本。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据架空线路参数化设计的需求，基于IFC数据格式建立架空线路构件之间的连接关系；

步骤2：根据架空线路构件之间的连接关系，通过架空线路快速组建软件进行三维参数化建模并组建架空线路；

步骤3：整体组建后再进行局部细节的计算与修改，完成架空线路构件三维数字化表达。

所述的步骤1中，建立构件之间的连接关系的过程具体为：

步骤101：引入杆塔定位点，用以在杆塔排位设计中对杆塔进行定位；

步骤102：根据杆塔定位点的位置和朝向生成杆塔单线；

步骤103：根据杆塔单线生成架空线路构件。

所述的步骤101中，杆塔定位点的信息包括杆塔的位置信息和杆塔之间的先后连接顺序信息，所述的位置信息包括坐标、朝向、高程和埋深，所述的先后连接顺序信息包括线路代号和编号。

所述的架空线路构件包括钢管杆、铁塔、金具、绝缘子、以及架空线组，所述的架空线路构件具有相应杆塔单线的线路代号与编号的属性，以便于查询与排序。

所述的钢管杆由钢管杆单线组、杆身、横担、法兰以及附属构件组成，所述的钢管杆单线组为一组具有不同线型和组合关系的线，代表杆身、横担和法兰的位置，所述的附属构件通过钢管杆单线组与钢管杆连接，所述的钢管杆通过横担、挂线板和挂线孔之间的多层组合关系与绝缘子连接。

所述的铁塔由铁塔单线组、杆件、挂线板以及附属构件组成，铁塔单线组为一组代表杆件位置的具有不同线型的线，铁塔的挂线板和附属构件通过铁塔单线组与铁塔连接，所述的挂线板开设挂线孔，与绝缘子连接。

所述的绝缘子设有悬挂点与挂线点，所述的悬挂点与杆塔上的挂线点对应连接，所述的金具根据其安装位置与功能的不同并参照不同的构件进行放置。

所述的架空线组由定位线与架空线组成，定位线的两端设有挂线点，与绝缘子的挂线点对应连接，所述的定位线根据挂线点的位置通过悬链线公式计算得到，所述的架空线根据定位线的位置及属性信息得到。

所述的步骤2中，架空线路快速组建软件包括标准设计模块、通道路径模块、钢管杆模块、铁塔模块和导线模块。

所述的步骤2中，架空线路快速组建的过程具体为：

步骤201：载入所需模板族，对当前项目文件进行唯一性检验是否含有已创建的ISP族，若当前文件中未创建ISP族，在点选位置创建，ISP根据数字化交付标准记录定位点的坐标以及在项目中的坐标，并填充到对应的属性中，便于项目文件的交付过程中的定位；

步骤202：创建二维路径点，对于所选路径点的朝向进行自动调整，架空线路的路径点较多且同一个项目中可能出现多条线路，在点选完路径点后使用生成辅助路径功能查看杆塔的连接顺序是否和预期一致，确认连接顺序；

步骤203：根据二维路径点生成由钢管杆杆身单线和钢管杆横担单线构成的钢管杆单线组，进而根据钢管杆单线生成钢管杆模型，模型的尺寸参数从钢管杆单线中读取，钢管杆绝缘子基于钢管杆模型生成；

步骤204：根据二维路径点生成铁塔单线组，根据铁塔单线创建并放置挂线板，挂线板继承铁塔单线组的路径代号与编号信息，铁塔绝缘子根据挂线板标准族创建，进而基于铁塔单线组创建铁塔模型；

步骤205：钢管杆绝缘子和铁塔绝缘子上记录挂线点的信息，通过挂线点数量判断导线的分裂数量并创建，创建地线与创建导线操作一致，进而根据导线进行放样生成模型，完成架空线路的建模。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明着重于IFC数据格式中构件之间的连接关系，并且通过三维参数化建模的方式表达构件，能够精确表达架空线路设计，通过构件之间的连接关系进行架空线路的快速组建；以Revit平台为基础图形平台，通过创建标准化族库以及对平台进行二次开发，完成了架空线路快速组建软件，用于架空线路的辅助设计，在架空线路设计过程中，能够快速地将设计成果可视化；同时杆塔、绝缘子在生成的同时，也记录了真实准确的设计数据，能够直观地帮助设计人员在三维中验证，同时也为后续的电气计算与分析，以及自动生成图纸提供数据基础。

附图说明

图1为架空线路组建的流程图。

图2为钢管杆杆身单线草图。

图3为钢管杆横担单线草图。

图4为复制钢管杆效果图。

图5为添加挂线板效果图。

图6为钢管杆模型效果图。

图7为铁塔单线组效果图。

图8为创建挂线板的功能界面及效果图。

图9为自动放置铁塔挂线板效果图。

图10为铁塔模型效果图。

图11为创建导线效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图所示，本发明公开一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，针对架空线路参数化设计的需求，本发明基于IFC数据格式，参照IfcProduct，对架空线路主要构件(杆、塔、绝缘子与金具、架空线)定义新的表达形式，在保留这些构件在电气专业领域的属性时，添加IFC格式中的组合与连接关系。

首先引入杆塔定位点，用于杆塔排位设计中杆塔的定位，杆塔定位点记录杆塔的坐标、朝向、高程、埋深、线路代号与编号，坐标、朝向、高程与埋深定义杆塔的具体位置，线路代号与编号定义杆塔之间的先后连接顺序，并且所有参照杆塔生成的构件都继承线路代号与编号的属性，以便于构件的查询与排序。

本发明采用杆塔定位点、杆塔单线、杆塔、绝缘子、架空线的流程进行架空线路的组建，整体组建后再进行局部细节的计算与修改，其中杆塔定位点与杆塔单线是整个过程的核心，钢管杆单线与铁塔单线根据杆塔定位点的位置、朝向来生成，基于杆塔的所有构件都基于杆塔单线生成，能够快速直观地表达杆塔的信息，且保证在三维视角下整个设计过程的流畅。

钢管杆由钢管杆单线组、杆身、横担、法兰以及附属构件组成，钢管杆单线组是一组具有不同线型和组合关系的线，代表杆身、横担、法兰的位置，线型代表构件的类型、线与线之间的连接关系代表钢管杆的组成构件之间的连接关系，钢管杆的附属构件基于钢管杆单线组放置且通过钢管杆单线组与钢管杆连接，挂线板设有挂线孔，钢管杆通过横担、挂线板、挂线孔之间的多层组合关系与绝缘子形成连接关系。

铁塔类型为角钢塔或钢管塔，铁塔由铁塔单线组、杆件、挂线板以及附属构件组成，铁塔单线组是一组具有不同线型的线，代表杆件的位置，其线型记录铁塔杆件的尺寸、类型等属性，线与线之间的连接关系代表铁塔杆件之间的连接关系，铁塔的挂线板与附属构件基于铁塔单线组放置，通过与铁塔单线组与铁塔连接，和钢管杆相同，铁塔通过挂线板上的挂线孔与绝缘子连接。

绝缘子除其本身的外形尺寸信息与电气属性外，还设有悬挂点与挂线点，根据不同类型的绝缘子，悬挂点与挂线点的数量不同，绝缘子的挂线点与架空线之间形成连接关系。

金具根据其安装位置与功能的不同，参照不同的已定义构件放置。

架空线包括定位线与架空线，定位线的两段为挂线点，与绝缘子上的挂线点一对一连接，定位线由两段挂线点的位置，参照悬链线公式计算得到，架空线基于定位线的位置及定位线上的属性信息生成。

本发明采用Revit作为基础图形绘制平台，通过对Revit平台的二次开发，完成了包含了标准设计模块、通道路径模块、钢管杆模块、铁塔模块、导线模块的架空线路快速组建软件，用于辅助线路设计。

标准设计模块的功能包括载入模板族、创建ISP、更新ISP和全局变量，用以在设计开始前载入所需模板族，自动创建交付标准中需要的工程信息代理模型并填入信息，标准设计模块的功能具体操作如下：

载入模板族：本功能为线路设计的通用功能，根据所属专业的不同，该功能将识别不同的模板族库并自动载入，模板族包括上文所提到的杆塔定位点(实际案例中名称为二维路径点)以及挂线点等当前专业辅助设计功能必要的辅助模板族；

创建ISP：创建ISP首先识别当前项目文件中是否含有已创建的ISP族，并对其唯一性进行检验，若当前文件中仍未创建ISP族，将自动在点选位置创建；

更新ISP：根据数字化交付标准，ISP记录定位点的GPS坐标以及在项目中的坐标，更新ISP会自动将其在项目中的坐标值填充到对应的属性中，便于项目文件的交付过程中的定位；

全局变量：对项目文件中的ISP唯一性进行检验，并且弹出对话框，待用户手动输入工程名称与编号后，将这些信息写入对应的ISP属性中。

通道路径设计模块的功能包括创建路径点、旋转路径点、标号批处理、生成辅助路径和关闭辅助路径，用以设计通道路径，具体操作如下：

创建路径点：在架空线路中，二维路径点的类型有杆、塔、登杆三种，每个路径点将具有路径代号、编号、高程、埋深属性，用于杆塔的定位与排序，该功能支持循环点选，每次点选都将记录上一次的路径点类型、路径代号、高程、埋深并保持不变，编号自动递进1，在实际操作过程中，可随时修改任意路径点的位置；

旋转路径点：在创建路径点的过程中，由于无法确定路径点的具体数量，无法在创建时及时调整路径点的朝向，因此开发旋转路径点功能，对于所选路径点的朝向进行自动调整(默认调整至前后路径点的角平分线位置)，可以选择框选同一路径代号下的部分路径点进行自动旋转，也可以选择指定路径代号下的所有路径点进行操作，部分非角平分线的情况采用Revit原生的旋转命令；

编号批处理：编号批处理功能一般用于架空线路设计变更时涉及到杆塔的增减，或者是设计过程中的疏忽导致的编号错乱，框选需要操作的二维路径点后输入数值(若需减小编号输入负值)，可对其编号进行批量的增减；

生成辅助路径：架空线路的路径点较多并且同一个项目中出现多条线路时，在点选完二维路径点后使用生成辅助路径功能，查看杆塔的连接顺序是否和预期一致，该功能将按照同一路径代号，编号由小到大的原则，自动生成红色虚线作为辅助路径；

关闭辅助路径：在确认连接顺序后，删除所有的辅助路径线。

钢管杆设计模块的功能包括生成钢管杆单线组、复制钢管杆、添加挂线板、建立钢管杆模型、生成钢管杆绝缘子以及复制杆上布局，用以建立钢管杆模型，钢管杆设计模块的功能具体操作如下；

生成钢管杆单线组：钢管杆单线基于类型为“杆”的二维路径点生成，采用参数化绘制的方式生成，钢管杆单线由杆身单线与横担单线组成，杆身由总高度、上直径、下直径、分段数量及分段长度确定，在杆身设置的界面中，有预览、自动分段、添加分段、删除分段四个功能，自动分段、添加分段、删除分段用于对杆身的分段数量及长度进行设置，预览功能根据现有的杆身参数，在项目文件中基于所选二维路径点创建钢管杆杆身单线草图，如图2所示；横担由左侧长度及开断位置、右侧长度及开断位置和标高确定，在横担设置界面上有自动设置、添加横担、删除横担、旋转横担和预览五个功能，自动设置(自动添加四个横担)、添加横担、删除横担、旋转横担用于对横担的位置、参数及数量进行设置，预览功能根据现有的横担参数，在项目文件中基于所选二维路径点创建钢管杆横担单线草图，如图3所示。在完成杆身与横担的设置后，点击确认，即可生成钢管杆单线组，用于后续钢管杆模型的生成；

复制钢管杆：对于架空线路中同一杆型重复使用的情况，可以使用复制钢管杆功能进行复制，复制钢管杆时，在平面视图下选择被复制的钢管杆单线组所对应的路径点，再框选所需操作的路径点，即可完成复制，复制生成的钢管杆单线组所有参数与原单线组保持一致，但路径代号与编号与各自对应的路径点保持一致，效果如图4所示；

添加挂线板：添加挂线板功能用于同一横担上出现多个挂线板的情况，在横担单线上选点即可生成代表挂线板的符号，效果如图5所示；

钢管杆模型：如图6所示，钢管杆模型基于钢管杆单线生成，模型的尺寸参数将自动从钢管杆单线中读取，输入钢管杆设计参数(悬垂杆/耐张杆、设计编号、塔型)以及选择钢管杆杆身界面类型(圆形界面、多边形截面及边数)，点击确认后，程序将自动根据输入的参数及钢管杆单线组自动生成钢管杆模型；

钢管杆绝缘子：钢管杆绝缘子基于钢管杆模型生成，选择电压等级后，自动读取该电压等级所对应的标准化族库，并显示所有族的文件名称，选择所需类型，输入回路、相位、左侧/右侧挂线(用于架空线的自动生成)，点击创建后选择钢管杆模型，点选挂线点后即可完成绝缘子的创建，钢管杆模型在生成的时候加载一个标准化横担族，根据横担挂线板的位置及横担族，自动计算钢管杆上每个挂线点的位置，在创建横担时显示，便于用户的选点操作。

复制杆上布局：常规架空线路中，相序与回路在杆塔上的排布一致，因此为简化操作，在不同钢管杆上的绝缘子布局使用复制杆上布局的功能进行批量布置绝缘子，(该功能要求所选钢管杆的挂线点数量一致)复制杆上布局和复制塔上布局采用同一个对于三维点的排序算法。

铁塔设计模块包括创建铁塔单线模型、创建挂线板、自动放置挂线板、创建绝缘子、复制塔上布局以及创建铁塔模型，用以创建铁塔模型，具体操作如下。

创建铁塔单线模型：如图7所示，铁塔单线组基于类型为“塔”的二维路径点生成，采用导入现有铁塔单线文件的方式生成，每个铁塔单线的文件都是通过解析SmartTower铁塔设计软件的结构计算成果文件生成，通过结果计算文件内的.dat，.IA0，.NODE这三个文件，提取铁塔的塔型、呼高、总高度，以及节点坐标、杆件的连接信息、尺寸与形状信息，生成的文件存放于线路族库中，用于铁塔单线的生成，选择塔型、呼高，输入设计编号后即可创建铁塔单线组，铁塔单线组中的每一根线都代表铁塔杆件，线上记录该杆件的尺寸信息，以及所属铁塔的路径代号与编号；

创建挂线板：铁塔结构计算文件中并未包含挂线板信息，因此需要根据铁塔单线创建生成，选择相应的挂线板类型以及挂线板所在的杆件单线即可完成创建，创建的挂线板继承铁塔单线组的路径代号与编号信息，功能界面及创建效果如图8所示；

自动放置挂线板：常规的铁塔放置挂线板的位置比较有规律，为简化操作，自动放置挂线板功能，通过读取铁塔单线组的呼高、朝向，识别呼高以上的挂线板所在的杆件单线，并且根据杆件单线的方向，确定其放置的挂线板种类(悬垂挂线板以及耐张挂线板)，创建的挂线板继承铁塔单线组的路径代号与编号信息，效果如图9所示；

复制塔上布局：复制塔上布局要求所选铁塔单线组上放置的挂线板数量相同，不同的塔型，只要挂线板的数量相同，就能完成塔上绝缘子布局的复制，复制后的绝缘子的路径代号与编号自动根据对应的铁塔单线组对应，其朝向根据铁塔单线组的朝向调整；

创建铁塔模型：铁塔模型基于铁塔单线组创建，根据杆件的尺寸信息，自动创建对应尺寸的杆件，根据铁塔主材部分与铁塔中心位置的关系自动调整朝向，铁塔的杆件数量较多，生成的铁塔模型较多容易导致卡顿，因此最后再创建铁塔模型，创建效果如图10所示。

导线设计模块的功能包括查看及修改回路相序、创建导线、创建地线和导线建模，用以创建架空线路模型，导线设计模块的功能具体操作如下：

查看及修改回路相序：修改回路相序功能主要用于绝缘子回路相序的误操作，查看当前所选绝缘子的回路、相序、左侧/右侧挂线信息并修改；

创建导线：导线基于绝缘子创建，绝缘子上记录挂线点的信息，通过挂线点数量判断导线的分裂数量，在创建导线的过程中，绝缘子的朝向根据前后杆塔的位置自动旋转，创建效果如图11所示；

创建地线：创建地线与创建导线相同；

导线建模：根据导线进行放样生成模型。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据架空线路参数化设计的需求，基于IFC数据格式建立架空线路构件之间的连接关系；

步骤2：根据架空线路构件之间的连接关系，通过架空线路快速组建软件进行三维参数化建模并组建架空线路；

步骤3：整体组建后进行局部细节的计算与修改，完成架空线路构件三维数字化表达。

2.根据权利要求1所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的步骤1中，建立构件之间的连接关系的过程具体为：

步骤101：引入杆塔定位点，用以在杆塔排位设计中对杆塔进行定位；

步骤102：根据杆塔定位点的位置和朝向生成杆塔单线；

步骤103：根据杆塔单线生成架空线路构件。

3.根据权利要求2所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的步骤101中，杆塔定位点的信息包括杆塔的位置信息和杆塔之间的先后连接顺序信息，所述的位置信息包括坐标、朝向、高程和埋深，所述的先后连接顺序信息包括线路代号和编号。

4.根据权利要求3所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的架空线路构件包括钢管杆、铁塔、金具、绝缘子、以及架空线组，所述的架空线路构件具有相应杆塔单线的线路代号与编号的属性，以便于查询与排序。

5.根据权利要求4所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，所述的钢管杆由钢管杆单线组、杆身、横担、法兰以及附属构件组成，所述的钢管杆单线组为一组具有不同线型和组合关系的线，代表杆身、横担和法兰的位置，所述的附属构件通过钢管杆单线组与钢管杆连接，所述的钢管杆通过横担、挂线板和挂线孔之间的多层组合关系与绝缘子连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的铁塔由铁塔单线组、杆件、挂线板以及附属构件组成，铁塔单线组为一组代表杆件位置的具有不同线型的线，铁塔的挂线板和附属构件通过铁塔单线组与铁塔连接，所述的挂线板开设挂线孔，与绝缘子连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的绝缘子设有悬挂点与挂线点，所述的悬挂点与杆塔上的挂线点对应连接，所述的金具根据其安装位置与功能的不同并参照不同的构件进行放置。

8.根据权利要求7所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的架空线组由定位线与架空线组成，定位线的两端设有挂线点，与绝缘子的挂线点对应连接，所述的定位线根据挂线点的位置通过悬链线公式计算得到，所述的架空线根据定位线的位置及属性信息得到。

9.根据权利要求1所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的步骤2中，架空线路快速组建软件包括标准设计模块、通道路径模块、钢管杆模块、铁塔模块和导线模块。

10.根据权利要求9所述的一种基于IFC数据格式的架空线路构件三维数字化表达方法，其特征在于，所述的步骤2中，架空线路快速组建的过程具体为：

步骤201：载入所需模板族，对当前项目文件进行唯一性检验是否含有已创建的ISP族，若当前文件中未创建ISP族，在点选位置创建，ISP根据数字化交付标准记录定位点的坐标以及在项目中的坐标，并填充到对应的属性中，便于项目文件的交付过程中的定位；

步骤202：创建二维路径点，对于所选路径点的朝向进行自动调整，架空线路的路径点较多且同一个项目中可能出现多条线路，在点选完路径点后使用生成辅助路径功能查看杆塔的连接顺序是否和预期一致，确认连接顺序；

步骤203：根据二维路径点生成由钢管杆杆身单线和钢管杆横担单线构成的钢管杆单线组，进而根据钢管杆单线生成钢管杆模型，模型的尺寸参数从钢管杆单线中读取，钢管杆绝缘子基于钢管杆模型生成；

步骤204：根据二维路径点生成铁塔单线组，根据铁塔单线创建并放置挂线板，挂线板继承铁塔单线组的路径代号与编号信息，铁塔绝缘子根据挂线板标准族创建，进而基于铁塔单线组创建铁塔模型；

步骤205：钢管杆绝缘子和铁塔绝缘子上记录挂线点的信息，通过挂线点数量判断导线的分裂数量并创建，创建地线与创建导线操作一致，进而根据导线进行放样生成模型，完成架空线路的建模。

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