中国电科院研发地下电缆信息化模型 为地下电缆装上“透视眼”

    在我国许多城市，尤其是一些大都市或者城市新区，基本看不见电力铁塔和电线，但是千家万户却能正常用电，人们用的电究竟从何而来呢？其实，这主要靠地下电缆来输送电能。

    地下电缆是一种重要的输电方式，通过在地下建立通道、敷设电缆来实现电力的持续供应。近年来，科技人员对地下电缆的管控能力越来越强，不断有新技术问世、并被推广应用，这给地下电缆的全面发展奠定了坚实基础。

地下电缆是城市发展趋势

    随着我国经济发展和城市化进程加快，电力设施和城市发展的矛盾也日趋凸显。为了保障城市居民的用电安全、保持市容整洁美观，就需要减少城市上空星罗密布的架空输电线，将其设置到地下，发展地下电缆。

    据统计，世界上一些现代化都市，如柏林、东京、大阪、哥本哈根等，采用地下输电方式的比例已超过70%。目前，我国也在不断加速架空电线入地、地下电缆工程和地下综合管廊的建设步伐。截至2017年，北京地下电缆隧道总长约800千米，预计在“十三五”末，北京核心区地下电缆化率将提升至94%，供电可靠率提升至99.999%。

    2014年，国务院印发《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，2016年，住建部印发《城市地下空间开发利用“十三五”规划》，这些文件提出，要求部署加强城市地下管线建设管理，保障城市安全运行。雄安新区作为国家级新区规划，地下管网建设将采用地下管廊模式，将水电气、城市交通等都部署到地下空间。

    国家电网有限公司响应国家号召，于2014年发布了1459号文《城市电力电缆通道规划与使用管理规范和城市综合管廊电力舱规划建设指导意见的通知》，面对逐渐增多的地下输电线路，国家电网有限公司进一步规范和加强地下电缆管理工作。

    随着地下电缆的快速发展，地下管线的数量也会越来越庞大、空间越来越拥挤，建设、运维、管理等各方都会面临巨大的困难和压力，因此，亟需一种有效的方法来解决这个问题。随着信息化技术的快速发展，三维数字化技术脱颖而出，利用该技术可以实现对地下电缆的“透视”和智慧管理。

    什么是三维数字化技术？

    所谓“三维数字化”，就是运用三维工具（软件或仪器）来实现模型的虚拟创建、修改、完善、分析等一系列数字化操作。通俗地说，就是利用计算机技术，在电脑中虚拟出现实生活中的任意场景、对象等，实现现实真实世界到电脑虚拟世界的无差别映射。

    传统的三维数字化技术主要停留于实物外观的建模，基于建模软件，利用实体构建和渲染技术，在计算机中模拟塑造实体外观，主要满足展示的需求。现阶段的三维数字化技术已在原有基础上实现升级，除了能真实模拟实物的外观，还包括精确的尺寸、体积、重量、材质、管理等一系列相关信息。以此方式构建的三维数字化模型属于信息化模型，既能满足可视化需求，还可以进行一系列计算、分析和管理。

    今年8月，国家电网有限公司直属科研机构中国电力科学研究院有限公司利用三维数字化技术，搭建了电力电缆工程数字化设计系统。该系统支持构建35千伏到500千伏电压等级的地下电缆信息化模型，包括排管、隧道、综合管廊（电力舱）、电缆沟、桥架、直埋等不同类型地下电缆线路，不仅实现了地下电缆工程本体的三维数字化，还支持电力走廊带中地上建构筑物、地下其他类型管线等工程周边环境的三维可视化。基于构建完成的三维数字化模型，可以进行地下电缆工程本体与周边环境的安全距离计算，开展电缆工程本体规划、设计、施工、管理等一系列工作。此外，为节省地下电缆信息化模型构建时间，提高模型精度，该系统依据国家电网通用设计库搭建了排管、隧道、电缆沟、桥架、工作井等三维通用模型库，提供了排管、隧道、综合管廊（电力舱）、电缆沟、桥架、直埋等参数化建模工具，具备通过输入参数自动构建三维模型的能力。

    实现地下电缆的“透视”管理

    基于中国电科院研发的地下电缆信息化模型，开展地下电缆“透视”管理可以实现地下电缆线路设计、施工、运维和管理水平的显著提升。

    首先，该技术可使地下电缆工程线路规划设计更合理。利用三维技术，技术人员可以随时查看地下电缆工程及周边管线敷设情况，开展电磁环境、结构荷载、安全距离等计算分析工作，实现地下空间安全、有效、合理利用。

    其次，该技术可指导精准施工。地下电缆由于其隐蔽性，维修难度、成本和时间相较于架空输电线路更大更多，但最大困难是故障点的精准定位。借助三维数字化与传感器技术，可以在远端控制中心监测地下电缆线路运行情况，对故障实时监测预警，指导施工队快速准确定位故障，避免地面反复开挖，节省施工时间，保障居民安全用电和正常生活。

    再次，该技术能实现跨部门、跨专业数据共享和协同办公。保障一条电力电缆工程线路的建设和安全运行，需要规划、设计、施工、监理、运维、管理等多部门配合，需要系统、电气、结构、勘测等多专业人员共同努力，对于有上下游关系的部门和专业，三维数字化模型可以直接实现数据共享；对于需要多方智慧协商完成的工作，可以基于同一地下电缆信息模型开展三维可视化讨论，实现协同办公，这些都有利于工程建设质量和效率的提升。

    现阶段，三维数字化技术已在地下电缆建设各领域有不同程度的应用，但是要扩展到地下电缆线路建设全过程，深入到建设各方业务需求以及跨领域数据共享等层面，仍需继续深入开展数字化应用研究工作；中国电科院在已构建的电力电缆工程数字化设计系统基础上，将继续探索地下电缆工程建设全寿命周期的应用研究，为构建输变电工程大数据中心提供技术支持。