90设计网三维虚拟仿真在配电网工程典型设计中的应用探究
  摘要：我国电力行业最近几年发展非常迅速。为实现配电网工程建设的标准化，以“统一规划、统一标准、安全可靠、坚固耐用”为原则，在遴选《配电网典型设计》的基础上，梳理施工流程作业工序、作业方法和工艺要求，运用三维虚拟仿真来形象生动地描述配电网架空线路和配电变压器等工程的施工工艺、管控要点和注意事项，促进国网典型设计标准化建设工艺落地生根，从而最大程度降低工程建设管控成本。
        关键词：三维虚拟仿真；配电网工程典型设计；应用
        引言
        我国经济建设的快速发展离不开电力行业的大力支持。三维虚拟仿真技术简称为虚拟仿真技术，又称为虚拟现实技术或者模拟技术。它就是利用一个虚拟系统来模仿一个真实系统的技术。虚拟仿真技术实际上是一种计算机技术，能够实现创造和体验虚拟世界。
        1三维虚拟仿真技术虚拟现实
        虚拟现实技术，简称VR，是虚拟仿真技术中一个重要的发展方向。在20世纪80年代，虚拟现实技术开始出现，它是一种综合性的集成技术，涉及到计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等。虚拟现实技术利用电脑模拟生成一个三维的虚拟世界，可以逼
真地模拟现实世界（甚至是不存在的）的事物和环境，为用户提供视觉、听觉、触觉等感官上的仿真，使用者在这个虚拟世界中观察事物而不受限制，并且可以通过人体的肢体运动来操作，从而与虚拟环境进行交互。在VR设备上，由于虚拟现实是一个纯虚拟场景，所以VR设备主要用于用户和虚拟场景之间的交互，包括位置跟踪器、数据手套、动态捕捉系统、数据头盔等。该技术在医学中的应用具有重要意义，比如在实际动手术之前，外科医生可以使用虚拟现实技术在显示器上反复模拟手术，移动虚拟人体器官，探索最佳手术方案，提高手术的精准度。
        2实物三维模型轻量化处理
        经过装配结构简化、几何外形简化后，三维模型数据中依然包括大量的冗余数据，如实物属性信息（名称、重量等），因此简化后的模型仍需要轻量化处理，进一步减少模型的数据量，提高模型的显示速度。具体操作为：采用非几何信息过滤算法来剔除复杂冗余的非几何约束信息，只保留几何数据，此时实物模型中主要包括属性信息和结构信息；遍历实物结构，提取所有子装配体和组件信息，获得各模型对象的装配相对位置（相对变换矩阵）以及装配配合关系，以支持轻量化模型的精确显示；对几何模型中的面和边进行三角化，其作用是为了提高三维模型的显示速度，模型的显示数据包括三角化面、三角化边
和以及点信息；对曲线、曲面进行简化，抛弃模型几何信息的精确数学表达，采用三角形网格表达实体。
        3设备3D操作演示
        3D仿真软件能够模拟配电网实际系统中重要设备、管线、仪器、仪表、阀门、开关等设备。当操作者对某个设备进行操作时，3D仿真软件将操作数据发送到电站仿真机软件，电站仿真机软件根据用户的操作产生对应的仿真结果。同时，3D仿真软件读取电站仿真机软件的仿真结果并将这些数据反映到对应的仪表、指示灯等设备上。3D仿真软件与火电厂仿真系统软件通讯，在3D场景中可以与各种虚拟设备进行交互，既可以看到仿真数据在设备上的变化，又可以通过对仿真设备的操作来改变仿真过程。
        4积极开展创新研究
        典型设计方案和标准施工工艺规范并非是对所有配电网工程的统一要求，而是最低要求。在工程建设中，各项目部及单位应以典型设计和标准工艺为基础，根据工程实际情况，策力，组织编写适用于本项目的设计及工艺应用方案，分析典型设计和标准工艺应用工作中的不足和问题，研究改进措施和提升方法。
        5配电网工程典型设计三维虚拟仿真系统的详细设计
        根据应用需要和服务层次，整体划分为硬件设施层、数据层、应用层和界面层，其中硬件设施层是系统构建的基础；数据层主要用于存取、维护和管理系统运行过程中的工艺数据、生产数据、三维简化模型等，是进行配电网工程典型设计三维可视化的基础（数据层主要包括两部分数据，一部分如施工工艺数据等存储在数据库当中，另一部分如三维简化模型数据等通过文件服务器来进行管理）；应用层是系统应用功能实现的核心，主要包括可视化装配结构管理、三维简化模型管理以及配电网工程典型设计展示；而实现操作人员与系统简单交互的界面层，主要包含配电网工程典型设计三维可视化界面、可视化装配结构重构界面、三维简化模型提交界面。第一，可视化装配结构管理。作为配电网工程典型设计三维虚拟仿真系统的基础模块，可视化装配结构管理主要用于构建实物可视化装配结构（可视化装配结构以结构树的形式存在），并且可执行实物可视化装配结构的添加、修改和删除操作。第二，三维简化模型管理。三维简化模型管理主要将简化后的模型导人到系统中并与其他相关模型关联起来，构成完整的施工工艺流程。三维简化模型管理模块包括提交简化模型、删除简化模型等，所有模型只需导人一次即可在系统中共用。第三，配电网工程典型设计展示。在配电网工程典型设计三维虚拟仿真系统中，用户可以实现施工工艺展示、三维简化模型查看和三维仿真动画展示，通过生动丰富的工艺展示手段来完
整有序的展示施工工艺信息、管控要点和注意事项，从而增加施工工艺的可理解性和可执行性。第四，用户管理。配电网工程典型设计三维虚拟仿真系统具有较高的保密性要求，因此采用基于角的访问控制技术，只有被赋予相应的角才可以操作本系统的相关模块功能或浏览相关信息，而用户管理模块主要管理用户基本信息、给用户分配角、划定角的权限等功能。
        6做好工程验收评价
        工程竣工验收时，由业主、施工、监理项目部以及设计单位共同对典型设计和标准工艺的应用情况进行验收评价，主要评价指标是典设和标准工艺的应用率和应用效果，应用率主要反应典设和标准工艺在实际工程中的覆盖率，而应用效果用于评价工程的实体设计、工艺与典设方案和标准工艺库的符合程度。验收评价是工程项目投产前的最后一个环节，也是确保工程零缺陷移交运行的重要环节。
        7数据传输的安全性
        为确保配电网工程典型设计三维虚拟仿真系统运行中数据传输的安全性，采取了如下措施：数据加密技术的应用，即将加密校验的数据域（由密钥对原始数据经特定加密算法获得）植人到数据包传输过程中，一旦数据传输过程中发生篡改现象，那么接收端收到的
数据将无法通过合法性校验；多重校对机制的运用，即为了防止数据传输中发生丢失问题，在数据端上操作记录后，将联机明细和操作明细与后台进行校对。
        结语
        综上所述，在三维虚拟仿真技术的支持下，虚拟配电网工程典型设计代替了传统的抽象图纸以及用来解释、分析和讨论设计思想的描述注文件，将配电网工程典型设计的信息收集、整理和归纳起来，并以作业流程为主线，以工艺质量为重点，将配电网典型设计的施工工艺、管控要点和注意事项等以生动的三维图形环境展示在用户面前，使用户能认识特定的元素并根据空间位置和比例尺大小等调整视线，以达到最大限度降低工程参建者文化水平和业务能力要求、减少管控成本的目标。
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