（宁波电力设计院有限公司）
摘要：采用三维建模方法，在变电专业内的全过程流通和对变电站总平面布置进行优化设计是非常必要的，这对于工程设计行业来说既是机遇，也是挑战本文在分析变电站三维建模可视化需求的基础上，对变电站三维建模方法进行探索。
关键词：变电站；三维建模；方法
1变电站三维建模可视化需求分析
变电站可视化需求，针对于变电站监控人员，对变电站进行建模，使用的传统的基于图形的建模方法，为了达到基本的虚拟现实体验，就需要对模型进行更为精确的建模，相对来说就需要投入更多的工作量。由于各个变电站内的布局和设备类型往往各不相同，通过基于图像的建模方法对变电站建模往往无法复用。对新站建模往往需要重复付出大量工作创建设备或者场景模型，这样的方法无法适应大量变电站的建模需求。快速建模的方法结合了三维建模技术与全景技术。首先通过全景技术釆集场景照片，然后进行全景拼接，合成度全景照片，以全景照片作为背景构建变电站场景。在设备模型方面，通过透明模型区域覆盖的方式，可以代替具体的设备。这样的方式可以保证虚拟现实的真实体验，同时避免了逆向建模的复杂耗时。当然这样的方式模型的精确程度会降低，无法为具体设备的每个部件进行建模，但是对于变电站监控人员需求来说，已经足够。
2变电站三维建模方法
2.1基于VRML的变电站建模方法
VRML是虚拟现实建模语言(Virtual RealityModeling Language)的简称，其不仅是一种建模语言，也是一种描绘3D场景中对象行为的场景语言。VRML通过编程语言以立方体、圆锥体、圆柱体、球体等为原始对象构造变压器、隔离开关、断路器、电压与电流互感器等电气设备模型，并给模型贴上特定材质，然后拼接这些模型以完成整个变电站的三维场景建模。VRML脚本节点(script)对应的JAVA语言可以利用变电站模型进行人机交互，进而实现变电站虚拟现实系统。
2.2基于几何造型的变电站建模方法
几何造型建模方法依据变电站数码图片、设计图纸和厂家设备图纸，利用AutoCAD、3dMax、Maya等专业软件，按照一定比例采用立方体、圆柱体、圆锥体、圆环等建立变电站各种电气设备的三维模型，然后设置模型贴图与材质，拼接电气设备模型完成变电站三维场景建模，该建模方法获取的模型主要有三种：线框模型、表面模型与实体模型。
2.3 基于地面激光雷达的变电站建模方法
地面激光雷达采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据，快速将现实世界的信息转换成可以处理的点云数据，为空间三维信息的获取与空间信息数字化发展提供了全新的技术手段”。其工作原理是：首先由激光脉冲二极管发射出激光脉冲信号，经过旋转棱镜射向目标，并同时通过步进电机改变激光束的角度；然后通过探测器，接收返回的激光脉冲信号，并由记录器记录，最后转换成能够直接识别处理的数据信息。
利用地面激光雷达扫描变电站，获取密集的三维点云数据。将变电站点云数据与CCD相机采集的现场图片进行融合后得到彩色点云数据，其包含物体的尺寸、结构、材质等信息，使三维点云数据的场景具有较强真实感，为变电站点云数据的分类提供了有效依据，并可提高变电站三维建模的效率和准确性。
理论分析和实验结果表明利用基于地面激光雷达建立的变电站三维模型可实现变电设备的模拟测量和三维实景重构。由于地面激光雷达建立的变电站三维实景模型用途广泛，故利用部分三维建模软件进行了相应的变电站三维建模方法研究。目前，基于点云数据建立变电站三维模型的主要软件有Cy.clone、3dMax、Pointcloud等，cyclone与3dMax建模的方法基本一致。
3变电站三维建模方法要点
①标高和轴网，模型创建首先从绘制标高和轴网开始，二者是建筑定位的基准，标高、轴网创建准确与否将直接影响整个模型的准确性。在立面视图中绘制标高，软件将自动为各个标高创建平面视图，之后在平面视图中绘制轴网。如果软件没有自动创建平面视图，用户可以在视图选项卡中手动添加平面视图。创建完成标高、轴网后，要确保在东、南、西、北四个立面视图中，轴网均穿过所有的标高，否则在某一平面视图中将无法显示完整的轴网，影响后期工作。在结构样板中，轴网的设定对精确度要求高，可以使用“复制/监视”工具准确复制建筑轴网，方便后期模型链接。②主体建筑，变电站的主体建筑物即为变电楼，它是员工生活和工作的场所。变电楼中包含开关室、接地变室、电容器室、二次设备室、生活间、值守间等房间，其中首层开关室底部需要铺设电缆，所以要在变电楼底部设计电缆沟。电缆沟既是变电站的一大特色，也是建筑设计、工程量统计部分的难点。我们可以使用墙体、楼板来构造电缆沟，绘制过程较为繁琐。在概算定额中，电缆沟的取费子目是复杂地面，取费基础是建筑物轴线尺寸面积，无需扣除电缆沟的洞口面积，工程量统计规则与楼板一致，但是在预算定额中，电缆沟是按照沟体的体积来统计工程量的，但是无论是楼板还是墙体都无法计算出电缆沟的体积，最合适的办法是使用体量来计算体积。体量是一种不具有任何建筑属性的族类型，使用体量建模后可以直接统计出体量的体积和表面积，满足了统计电缆沟体积的需求。另外，主体结构、附属建筑物、族库建设、工程量统计等都是建模的要点。
4变电站图形化三维模型实现方法及变电站三维设计布置
利用电气设备三维模型，通过三维软件在模型上加入设备属性创建电气设备的模型库。设备属性中可加入额定电压、额定电流、动热稳定电流等电气设备的重要参数；也可根据国网物资部编码原则，在模型中加入设备的物料编码，以便在后期移交时与项目单位的ERP系统对接。以下说明主要设备的建模要求：①主变压器。主变压器可采用长方体及其组合来表示。各电压等级套管可采用圆柱体或圆台体表示。一次接线端子板采用长方体（或圆柱体）表示。②GIS。GIS的建模应以间隔为单位，不同间隔可采用相同的部件拼接。本体可采用圆柱体（母线部分）与长方体（设备部分）的组合来模拟。进出线套管可采用圆柱体或圆台体来表示。一次接线端子板采用球体表示。智能汇控柜一般采用长方体表示。③软导线。软导线采用单线或多线模型模拟，间隔棒采用线段表示。跨线、设备间连线及引下线可采用样条曲线表。
三维模型总装，建筑、结构、电气、线路等各专业各自建立三维模型，完成专业内部校对审核后，各专业在同一设计平台协同合作，模拟电网工程施工建设流程，完成变电站总装工作，呈现变电站真实风貌，为安全设计测试工作奠定基础。
5结语
总之，变电站三维设计的前景无疑是光明的，但在大规模推广应用之前，仍然有一些设计方法问题需要解决和完善。随着三维设计应用的不断增多，模型标准化工作的深入开展，相信变电站三维设计会取得更大更多的成果。
参考文献：
[1]何关培，王轶群，应宇垦. BIM总论[M].中国建筑工业出版社.
[2]沈华麟.基于BIM 技术的变电站建模及工程量统计[D].北京:华北电力大学，2014.