變電站數字化之三維建模方式方法

隨著國家電網公司在輸電工程領域的不斷探索與創新，變電站數字化建設正迎來新的里程碑。從早期的幾何實體建模，到如今的參數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，為電力行業的發展注入了新的活力和動力。

三維數字化移交概念的提出

自2010年國家電網公司建設的寧東—山東±660 kV直流輸電示范工程提出“三維數字化移交”概念以來，變電站數字化建模進入了全新的階段。該工程首次采用幾何實體建模方法，為線路和換流站進行了三維建模，標志著電網工程管理實現了重大突破。

變電站三維建模方式

1、幾何實體建模

幾何實體建模是最早應用于變電站建模的方法之一。它以工程竣工圖設計圖紙和設備照片為依據，按照1:1的比例構建變電站三維模型。這種建模方式需要利用商業化三維軟件，如MicroStation、3DMax、AutoCAD和SolidWorks等。通過資料收集、單個模型構建、模型紋理貼圖以及模型空間布置等步驟，實現對變電站的數字化表達。幾何實體建模主要應用于設計交底、施工組織設計、現場施工進度模擬以及物資管理等方面。



2、參數化建模

隨著電力行業數字化轉型的深入推進，參數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來約束圖形的幾何元素之間的關系和尺寸，實現對不同尺寸和拓撲關系的幾何圖形的自動生成。國家電網公司自2017年起開始推廣應用三維設計技術，常用的變電站三維設計軟件有Substation和STD(R)軟件平臺等。參數化建模具有運行速度快、模型包含結構化數據信息以及實物為參照等優勢，使其在變電站設計領域得到了廣泛應用。



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三維激光掃描儀設備對變電站設備設施建構筑物進行激光掃描，再利用ContextCapture三維實景建模軟件構建三維模型。通過現場勘探與方案布設、外業數據采集、點云數據處理、點云數據建模以及紋理映射等步驟，實現對變電站現場的真實還原。地面激光掃描建模方式適用于展示效果和細節要求更高的場合，為電力行業的精細化管理提供了重要支持。

激光點云建模的方法有兩種：

一種是點云數據表面模型制作，即通過構造三角網格逼近掃描物體表面來建立實體的三維模型。

另一種是幾何模型制作，通過分割點云數據來提取實體的幾何輪廓，進而進行模型重建。

第一種方法通常用于復雜曲面的精細化表達，例如地形模擬、佛像重建、古建筑保護等方面。

變電站三維建模主要采用第二種方法，即根據點云數據提取實體的幾何輪廓進行逆向建模。

激光掃描設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，工業和法證應用而設計。掃描儀具有Trimble X-Drive技術，測量級自動整平和智能校準系統。集成了簡化的工作流程，使用Trimble Registration Assist能在現場自動注冊點云數據。


Trimble X7

Trimble（天寶） X9 三維激光掃描儀

Trimble X9三維激光掃描系統 ——面向測量、建筑和工程專業人士的新型多功能現實捕捉高速三維激光掃描系統。依托 Trimble 成熟的激光掃描技術，包括自動儀器校準、自動調平和用于地理配準的激光指示器等，Trimble X9 協同 Trimble Perspective 軟件，提供從外業到內業全流程的可靠表現。


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、范圍和圖像質量，適用于要求苛刻的掃描項目。Trimble X12性能。憑借無與倫比的易用性、更高的效率、卓越的點云和影像質量，Trimble X12 掃描系統現在比以往任何時候都更簡單易用。



ContextCapture三維實景建模軟件

ContextCapture 是一款可由簡單的照片和/或點云自動生成詳細三維實景模型的軟件。ContextCapture 的高兼容性，能對各種對象各種數據源進行精確無縫重建，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現無限精細的細節。


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