四川电力设计咨询有限责任公司 四川成都 610041
摘要：在进行杆塔设计时，设计资料一般以特定格式的数据文件和DWG图纸进行存储，且二者之间并无关联，设计人员在实际工作中需耗费大量人工进行数据整理。针对上述情况，可集中将设计部门的技术资料以杆塔为切入点进行逐步规范化、标准化存储和管理，统一杆塔相关技术资料存储的标准格式及方式，建立基于数据库和文件服务器的可查询、可集成调用的输电杆塔模型库管理平台，提高杆塔数据资料管理的信息化水平。
关键词：标准化存储；文档管理；信息化
引言
我们在进行杆塔设计时，大部分设计资料以纸质图纸或特定格式的数据文件形式分散存储。在工程设计中，如需使用，设计人员需要大量调阅查找相应资料，再手工汇总整理在一起，并进行编辑修订后才可使用。此外，目前国家电网已要求全国各大设计院在输电线路工程设计中全面实施以GIM标准为核心的三维数字化设计及移交工作。输电线路工程的三维数字化移交，为输变电工程设计与运维管理的发展提供了很好的实践和探索机会。
在此种大趋势和背景下，设计院有必要提高输电杆塔数据资料管理的信息化水平。信息化的关键是数据的存储、检索及使用方式。企业传统的数据存储方式，一般是文档（如 *.pdf，*.jpg，*.doc等）和关系数据库的方式。对于电力设计单位来说，数据来源和内容复杂多样，很难通过关系数据库方式存储，即使存储到数据库里，未来运维过程中也有诸多不便，所以目前大多是以文档形式进行存储。而文档形式存储的数据，在使用时，又不可避免带来很多人工操作编辑的不便，如何将设计部门多年以来积累的各种知识与技术落实为可便捷访问应用的标准化数据存档管理，是我们需要进行思考的。
1 杆塔模型的类别及需求分析
1.1 杆塔模型分类
行业内对输电杆塔三维数字化模型还没有一个统一的解释。以模型附带的信息量、精细程度和用途来区分，可将杆塔模型分为五个层次，分别是：
1）力学单线简化模型
2）MOD级三维实体杆件模型
3）三维实体精细展示模型（主要用于特高压及示范工程中展示用）
4）施工图级三维实体精细模型
5）制造级三维实体放样模型
设计单位目前更多是采用杆塔力学单线简化模型进行计算和校核，同时按国网规定，在工程数字化移交时生成MOD模型。而厂家侧重于三维实体放样模型来放样加工，统计材料。其余环节的精细程度与侧重点完全取决于服务对像，缺少严格的规范约束。由于服务对象不同，侧重点不同，导致各级别三维模型无法互相通用。随着设计加工技术的进步和工程全寿命周期管理的需要，这几种不同精细等级的模型应该会逐步结合起来。
1.2 杆塔模型存储现状
目前大多数设计院，尚未建立专门的塔型库管理平台，只是大致把塔型相关的各种文档资料按照一定的标准集中存储起来，然后通过一个管理平台查询与下载相应的文档资料。这种传统的塔型库管理，只是在查找塔型资料时提升了一些工作效率，实际用途并不是特别明显，因此在设计院中并未得到真正的普及与推广。
目前杆塔模型常见的存储格式分为如下几种：
1）计算模型文件 常见的有东北院TTA软件格式、道亨满应力软件格式，恒炬ST软件格式，西北院软件格式。其中上述格式无法直接用于国网GIM移交，更不能与杆塔施工图纸进行信息关联。
2）三维放样模型文件 目前杆塔加工市场上主要存在两种放样软件：信狐TMA软件（LDS的放样功能模块），道亨TwSolid软件。三维放样模型，无法直接转成计算模型文件，也无法直接关联图纸。放样模型文件最大的问题是格式不公开，但可以提供目前为止最为精确的三维实体模型。
1.3 杆塔模型的定位及需求分析
目前杆塔设计阶段对杆塔模型的需求包括以下几方面：
1）杆塔力学计算、输出司令图；
2）杆塔初步设计粗估原材料；
3）杆塔三维电气间隙校验、金具碰撞校验；
4）国家电网三维数字化移交；
5）GIS平台与金具、绝缘子串及地形组合在一起进行成果展示。
综合上述需求，可以看到国网GIM移交标准中提出的产品模型定位是适当的。对杆塔来说，宏观层面杆塔的主要组成构件是杆件，连接板、螺栓等属于局部设计细节中的连接构件，对于杆塔的整体外形、杆塔规划、电气校验、挂点位置及金具绝缘子串组装影响甚小。因此国网GIM移交标准中的产品模型定位中仅包含杆件的三维实体描述定位是适当的。
但是目前产品模型也存在若干问题，导致GIM产品模型的实际应用价值不高，具体如下：
1）目前各院移交的GIM文件由于mod格式限制，对杆塔中角钢位置的描述精度不足，直接影响到后续的电气校验、结构展示。据了解目前各种工程示范中高精度的杆塔模型，几乎都是由厂家制造模型产生的，令MOD文件实用价值受限。
2）GIS平台出于系统架构及展示效果考虑，对于同一级杆塔提供高精度级别的三维杆件实体产品模型是非常有必要的，这也是MOD文件的初衷，但目前因为MOD文件自身限制，导致MOD文件产生的产品模型在GIS平台展示中效果一般。
3）同样由于MOD文件规范不够严谨和规范，存在若干已知问题未能解决，进而导致各院移交的Mod格式通用性大打折扣（存在互相不能打开情况）。而且虽然MOD文件一般由杆塔计算模型转换处理而来，但由MOD文件向回反转换成杆塔的计算模型，在目前MOD技术框架下还存在很多深层决的技术困难无法解决。因此MOD文件实际不适合作为企业杆塔模型格式进行存档。
总的来说，拓展完善后的杆塔产品模型应该可用于生成杆塔计算模型文件、可应用于工程初设、杆塔规划、线路展示等诸多设计和运维环节。综合上述因素，建立一种符合以上需求，且避免MOD各种缺陷，并能与MOD互相转换的杆塔模型标准化存档方式是很有必要的。
2 新型杆塔模型库的功能要求
目前公司虽然有相当可观的杆塔设计资料，但这些数据应用起来不方便，实际应用的可能性很低。可以通过一个杆塔库的信息化管理平台，规范存储这些设计资料。并通过管理平台激活这些数据，拓展应用到实际杆塔的设计过程中。
2.1 业务功能要求
通过对当下相关领域技术发展的调研，结合公司内部杆塔设计业务的现状，杆塔模型库管理平台，应满足如下业务功能要求：
1）管理平台应实现对过往杆塔设计过程中的相关工程设计资料进行基于数据库日常管理工作。其中管理内容包括但不限于：杆塔产品模型数据、杆塔初始设计使用条件、杆塔一览图、杆塔施工图、杆塔三维精细模型等。
2）应提供与其它软件进行数据无缝集成的渠道，如二次开发SDK接口等。以便其它软件可以将管理平台内的主要数据，便捷地通过SDK查询和迁移应用，避免二次人工录入。
3）实现杆塔模型的主要设计尺寸参数的可视化预览。
4）该管理平台应实现一些产品模型、计算模型的基本重构功能。终端用户可以变更杆塔模型中的一些主要尺寸、设计条件及杆塔荷载信息等，以此为基础重构导出主流杆塔计算软件的模型数据。
5）实现杆塔设计变更后的杆件差异表的比对生成。
2.2 集成功能要求
1）管理平台提供配套SDK，以便设计部门的杆塔荷载计算软件可以便捷集成查阅，过往杆塔模型的设计条件，并可上传新的杆塔工程荷载数据。
2）管理平台提供功能，根据新设计条件变更、尺寸变更及荷载数据重构出杆塔设计计算软件的计算数据模型文件。
3）管理平台提供对套用设计塔型构件变更差异表的生成。
3 杆塔模型库管理平台的建设方案
3.1 建设目标
利用杆塔相关标准化图纸，分塔型建立信息模型，并统一管理，构建一个基于局域网的杆塔模型库管理平台。通过管理平台可以实现如下目标：
1）浏览模型库中各塔型的各种信息：设计条件、二维施工图纸、三维精细模型、制造模型信息。
2）可调取各塔型的设计使用条件、杆塔一览图、重要控制尺寸、基础等结构化数据；可直接调取杆塔计算模型数据文件复核验算。
3）将国网GIM格式由通用、产品模型扩展到精细制造模型，形成四川特色的GIM+格式，用于杆塔计算、制造模型的存储。
3.2 建设内容
1）各类信息基于数据库的结构化存储方式与格式设计
杆塔综合数据模型设计。根据已有杆塔的相关标准化图纸，分析汇总杆塔的主要设计参数及使用条件。将杆塔的模型资料进行分类，确定数据在信息管理平台中的查阅及更新方式，并根据不同类别数据应用特点确定相应的存储内容与方式，制定相应的存储格式与规范（可采特定格式物理文件与数据库表相结合的形式）。
2）杆塔库管理平台的数据层及业务逻辑设计
杆塔的所有相关资料及模型信息最终通过信息管理平台，统一提供给终端用户查阅与集成使用。杆塔管理平台主要数据基于数据库存储与查询，项目开展过程中首先需要汇总各类需要存储的杆塔信息，确定应用场景，进行数据层数据库建表。其次还需要在平台数据表的基础上，展开数据访问层和业务逻辑层的相关功能模块设计工作。此外管理平台作为终端用户的数据服务提供者，也需采用WCF为底层基于局域网访问进行架构设计。。
3）杆塔库管理平台与国网GIM移交格式的对接设计
杆塔库建设作为四川特色的GIM+应用拓展，将国网GIM格式由通用、产品模型扩展到制造模型的实践应用，可用于杆塔计算、制造模型的存储。因此项目一开始，必须从底层杆塔库数据存储层面与国网GIM格式进行兼容设计，同时积极创新，支撑塔型设计使用条件、杆塔计算模型、三维精细模型、制造工艺资料的数据查阅、场景集成验证，支撑塔型数据全领域贯通设计。
3.3 杆塔产品模型存档及数字化移交方案
基于现在的杆塔模型存储方式，可以规定一种中间格式，创建适合需要的专有杆塔产品模型存储规范，并配以其余辅助文件（如基础信息、荷载信息、电气信息等数据文件）。以此种模式规范杆塔模型的存档工作，未来可通过数据库进行数据管理，建立标准化杆塔模型库。杆塔模型库建立后，即可为电网部门人员提供各种数据服务，更可以此为基础深度挖掘，开发各种应用提升工作效率。
根据对未来行业发展的研判，我们认为应当创建杆塔产品模型标准化存档规范（可暂定为Tower Model File，简称TMF文件）。并以TMF为核心开展日常杆塔设计和移交工作，具体可参见下图。
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可以看到，TMF格式定位依然是产品模型级别精度，但是包含更多信息，可以看作是MOD文件的升级版。向下可以从TMF文件中抽取计算模型文件和满足国网移交标准的GIM文件，向上可依靠放样软件扩充为施工图级三维实体精细模型，满足评审展示和特高压工程的移交要求。
通过对设计资料的统一集成管理，规定设计资料的标准化存储格式和链接关系，可以实现如下功能：
1）合理分类，统一杆塔相关技术资料存储的标准格式及方式
对现有设计过程中杆塔及相关技术资料进行分类，并根据其用途及特点制下统一的数据存储方式及格式标准规范。新制定数据的存储的方式与格式着眼于：便于查阅及提供自动化的数据集成服务。
2）建立基于数据库和文件服务器的可查询、可集成调用的文档管理方案
底层杆塔模型文件、图纸文件等技术资料可以统一相应的存储格式标准，并作为文件服务器与新建立的以大型数据库（可理解为工程数据中心）为中心的杆塔模型库管理平台实现无缝集成。
3）既着眼于行业发展趋势，又可提供当下所需的数据服务
设计人员可以通过杆塔模型库平台，无需手工翻阅纸质图纸，也不用查找数据文件即可便捷获取相关技术资料。同时平台应面向现在及未来可能存在的各种潜在数据服务需求提供访问及输出接口规范，如：
a.杆塔套用设计时提供不同版本间数据模型的比对服务；
b.杆塔模型的快速预览服务（便于在各软件平台上集成查看）；
c.杆塔三维模型按不同格式的导出服务（如*.stl，*.3ds，*.MOD）；
d.典型塔型尺寸参数查看及模型重构服务（未来可为杆塔规划提供基础），不同软件计算模型重构生成服务。
4）深度挖掘、智能应用
以可便捷访问的数据为基础，积极探索挖掘杆塔模型的深度化、多元化应用.当今科技快速朝着高度信息化、自动化方向发展。只有根据科学分类，建立了标准化可访问数据存档，才有可能全面革新现有的工程设计过程中的各种瓶颈。
4 结语
集中将设计部门的技术资料以杆塔为切入点进行逐步规范化、标准化统一存储和管理，有利于提升技术资料重复使用的频率，并减少复用过程中低技术含量的文字整理编撰工作，提升杆塔模型（含计算模型、移交用三维模型）的“通用性”，提高每个杆塔三维模型的使用率，降低重复建模工作量，节约人力、物力、财力。杆塔数据的贯通、融合、共享可以实现现有杆塔相关技术资料的综合利用、在线服务，提高三维数据的利用率。为三维模型数据的深度挖掘和智能化应用可以实现三维数据的价值最大化。
参考文献：
[1] 张俊.基于星型审批流程的省电力设计院文档管理系统设计与实现.[硕士学位论文].南京：东南大学，2018