一種電力鐵塔單線模型快速生成方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電力鐵塔單線模型快速生成方法，其包括以下步驟：1)分別建立電力鐵塔的塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)、橫隔的模板庫，各模板庫中的模板均通過向固定的外輪廓框架內(nèi)填充斜材和補助材的方式建立；2)根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置，形成相應(yīng)部分的單線模型；3)根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將步驟2)所建立的鐵塔各部分單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型。
【專利說明】 一種電力鐵塔單線模型快速生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵塔模型生成方法，特別是關(guān)于一種電力鐵塔單線模型快速生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力鐵塔是架空輸電線路常用的結(jié)構(gòu)型式，不同地域的線路條件，例如電壓等級、回路個數(shù)、地形類別、覆冰、海拔、污穢等級，鐵塔的尺寸、外形、補材方案等均有所不同。設(shè)計鐵塔時要根據(jù)實際條件，力求結(jié)構(gòu)簡單，傳力路徑清晰，在保證其安全性的前提下，最大限度節(jié)省鋼材。為此，就需要對電力鐵塔進行三維受力分析計算，進行受力分析時最關(guān)鍵也是最耗時的工作就是建立完整正確、能夠準確反映鐵塔主要受力情況的三維模型。
[0003]傳統(tǒng)建立鐵塔模型的方法流程是:1)首先由專業(yè)人員繪制草圖；2)在草圖上對節(jié)點分組并編寫點號；3)在文本編輯系統(tǒng)內(nèi)輸入點、桿(起始點的連線)及對應(yīng)屬性等數(shù)據(jù)；
4)嘗試計算并反復(fù)修改輸入數(shù)據(jù)的錯誤?，F(xiàn)有的這種建模方法由于沒有直觀有效的圖形參考，建模過程繁瑣，工作量大，且很難對模型質(zhì)量進行控制，如果沒有嚴格的審查工作，就有可能導(dǎo)致設(shè)計人員獲得錯誤的計算成果，使得受力分析的結(jié)果不準確，最終造成財產(chǎn)損失。因此傳統(tǒng)電力鐵塔主要有以下幾個顯著缺點:工作量大，耗時長；不能實時查看電力鐵塔三維模型的情況，極易出錯；具有相似結(jié)構(gòu)的部位不能與其他鐵塔共用，工作內(nèi)容反復(fù)重復(fù)，時間消耗較多，缺乏方便于審核校驗的輸出內(nèi)容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種采用模塊化方式進行精確建模的電力鐵塔單線模型快速生成方法，能夠大幅度縮短了設(shè)計人員用于建模的時間，方便人員進行模型的核查和修改。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種電力鐵塔單線模型快速生成方法，其包括以下步驟:1)分別建立電力鐵塔的塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)、橫隔的模板庫，各模板庫中的模板均通過向固定的外輪廓框架內(nèi)填充斜材和補助材的方式建立；2)根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置，形成電力鐵塔相應(yīng)部分的單線模型；3)根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將步驟2)所建立的鐵塔各部分的單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型。
[0006]所述2)根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置形成相應(yīng)部分的單線模型，具體過程為:①建立塔身時塔身的每個節(jié)間從塔身模板庫中選擇不同的塔身正、側(cè)面模板和塔身型式，確定每個節(jié)間的模板之后輸入實際的尺寸參數(shù)，包括上口寬、下口寬和高度，形成一段節(jié)間的單線模型，然后按照自上而下的順序?qū)⒏鞴?jié)間搭接形成塔身單線模型；②建立橫隔時從橫隔模板庫中選定相應(yīng)的橫隔模板后根據(jù)塔身節(jié)間的口寬對橫隔模板的尺寸進行調(diào)整，形成橫隔單線模型；③建立塔頭時首先從塔頭模板庫中選定相應(yīng)的塔頭模板，然后根據(jù)塔身最上部的口寬調(diào)整塔頭與塔身連接處的尺寸，形成塔頭單線模型；④建立橫擔(dān)時首先從橫擔(dān)模型庫中選定相應(yīng)的橫擔(dān)模板，然后根據(jù)此處橫擔(dān)與塔身接面對模板進行等比例縮放，形成橫擔(dān)單線模型；⑤建立塔腿模型時首先從塔腿模板庫中選定相應(yīng)的塔腿模板，并指定塔腿高度，然后根據(jù)塔身最下部口寬將四個塔腿縮放到剛好能夠?qū)ΨQ安裝的尺寸，形成塔腿單線模型。
[0007]所述步驟3)根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將步驟2)所建立的鐵塔各部分單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型，具體搭接過程為:①將塔頭單線模型安裝在塔身單線模型的上方；②將橫隔單線模型安裝在塔身單線模型的兩節(jié)間相接處；③將橫擔(dān)單線模型安裝在塔身單線模型指定位置的側(cè)方將塔腿單線模型安裝在塔身單線模型的下方。
[0008]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:1、本發(fā)明分別建立電力鐵塔的塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)、橫隔的模板庫，根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置，形成電力鐵塔相應(yīng)部分的單線模型；根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將所建立的鐵塔各部分的單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型，因此本發(fā)明采用模塊化的積木式搭接方式，減少了工作量，大幅度縮短了設(shè)計人員用于建模的時間，原本需要幾天才能完成的工作，現(xiàn)在僅需幾個小時，甚至幾十分鐘就可以完成了。2、本發(fā)明生成的電力鐵塔三維模型可以及時進行三維圖形顯示，方便人員進行模型的核查和修改，完善的錯誤處理機制，基本祛除了因模型問題導(dǎo)致的計算錯誤，因此在采用該模型進行電力鐵塔受力分析時能夠較為精確地得到受力分析結(jié)果，有效避免了財產(chǎn)損失。3、本發(fā)明減少了手工輸入數(shù)據(jù)的數(shù)量，錯誤率大幅度降低，通過少量參數(shù)就能對模型進行外觀進行控制，增加了模型的可修改性。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于對電力鐵塔進行準確受受力分析的模型生成中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]以下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進行詳細的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅為了更好地理解本發(fā)明，它們不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。
[0010]圖1是現(xiàn)有電力鐵塔結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。
[0012]如圖1所示，電力鐵塔一般可以按照塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)、橫隔等部分來區(qū)分其主要結(jié)構(gòu)，根據(jù)連接關(guān)系可以將上述這幾個部分中的桿件細分為主材、斜材和補助材。它們在不同的鐵塔中擁有基本相同的結(jié)構(gòu)特點，基于上述特性就可以將鐵塔各組成部分歸為一類具有相同性質(zhì)、可重復(fù)使用的模板，通過對斜材/補助材型式進行定義，并給出控制外輪廓的尺寸，使用者就可以通過選擇已經(jīng)建立的斜材/補助材型式和尺寸快速地建立鐵塔的各部分。電力鐵塔各部分結(jié)構(gòu)特征及定義如下:塔腿是鐵塔基礎(chǔ)上面的第一個段落，通常一個塔由四個塔腿構(gòu)成，分別落在四個象限并對稱存在；塔頭與塔腿之間的部分稱之為塔身，塔身具有四根處于不同象限的主材，且不同象限的主材對稱存在；塔頭是指從塔腿向上塔架截面急劇變化(出現(xiàn)折現(xiàn))處以上的部分，如果沒有截面急劇變化，塔頭是指下橫擔(dān)的下弦以上部分；橫擔(dān)是指安裝在塔身側(cè)面起支撐架空電線和安裝絕緣子及金具作用的部分；橫隔是指水平安裝在兩段塔身之間橫截面起支撐作用的部分。
[0013]本發(fā)明采用自上而下的組建方式快速建立三維鐵塔單線模型，三維鐵塔單線模型是在進行鐵塔受力分析時使用的模型，鐵塔中的桿件被抽象為一根根的直線，沒有節(jié)點板等具體的連接信息。本發(fā)明通過建立分別用于建造鐵塔的塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)和橫隔的模板庫，使用者在使用時僅僅根據(jù)所要建立的鐵塔樣式填寫鐵塔尺寸以及各種模板所在的位置、重復(fù)次數(shù)、所選擇的模板型式，通過自上而下的組建方式進行分段拼接就能夠迅速獲得符合要求的鐵塔單線模型，采用此單線模型就可以對該鐵塔的進行受力情況分析。
[0014]本發(fā)明按照電力鐵塔的組成部分建立不同的模板庫并以此為基礎(chǔ)快速生成電力鐵塔單線模型，包括以下步驟:
[0015]1、分別建立電力鐵塔的塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)、橫隔的模板庫，各模板庫中的模板均可以通過向固定的外輪廓框架內(nèi)填充斜材和補助材的方式建立，具體建立模板時只需要給出框架點外其它點的位置以及連線即可，下面對塔腿模板庫、塔身模板庫、塔頭模板庫、橫擔(dān)模板庫和橫隔模板庫的建立過程分別進行說明:
[0016]I)建立塔腿和塔身模板庫。
[0017]由于塔腿和塔身部分的外框架均采用四根對稱主材，模板建立過程基本相同，故將兩部分模板庫的建立合并說明，本發(fā)明以建立塔腿模板庫進行說明:根據(jù)電力鐵塔的結(jié)構(gòu)特性按照三個面建立塔腿模板:分別為正面、側(cè)面和V面，與橫擔(dān)在同一平面上的面為正面模板，與橫擔(dān)垂直的面為側(cè)面模板，單個塔腿兩斜材對應(yīng)的面為V面。建立某個面的模板時首先要確定所建立面的外輪廓，通常選用主材作為外輪廓線，即首先根據(jù)現(xiàn)有的電力鐵塔塔腿的實際形狀，建立以主材作為模板框架的外輪廓線；然后根據(jù)對現(xiàn)有的電力鐵塔的塔腿斜材和補助材的型式的統(tǒng)計結(jié)果，采用等分點法、定比分點法和等高法確定中間的斜材和補助材的兩個端點與其他桿件的連接位置，從而確定各種可能的塔腿型式；將構(gòu)建塔腿的三個面與所構(gòu)建的塔腿型式進行組合形成塔腿模板庫，塔腿模板庫包括了現(xiàn)有電力鐵塔的塔腿的所有型式。
[0018]2)建立橫隔模板庫。
[0019]首先根據(jù)現(xiàn)有的電力鐵塔橫隔的實際形狀，建立以四根斜材組成的正方形作為橫隔模板的外輪廓線；在建立模板時，首先選定斜材或補助材兩個端點，選定方法采用等分點法或定比分點法；根據(jù)對現(xiàn)有的電力鐵塔的橫隔型式的統(tǒng)計結(jié)果，在確定桿件端點后將兩端點連接并對賦予該桿件參數(shù)信息；將構(gòu)建的外輪廓線與桿件參數(shù)信息進行組合形成橫隔模板庫，橫隔模板庫包括了現(xiàn)有電力鐵塔的橫隔的所有型式；在實際使用時由于中間的斜材和補助材采用的分點方法使得桿件端點可以根據(jù)外輪廓尺寸等比例進行調(diào)整，也可以將橫隔拉伸為長方形。
[0020]3)建立橫擔(dān)模板庫。
[0021]首先根據(jù)現(xiàn)有的電力鐵塔橫擔(dān)的實際形狀，以左右對稱的四根主材作為橫擔(dān)模板的外輪廓線；按照橫擔(dān)的結(jié)構(gòu)分為頂面/底面模板和側(cè)面模板，分別用于橫擔(dān)兩側(cè)面和上下底面；根據(jù)對現(xiàn)有的電力鐵塔的橫擔(dān)型式的統(tǒng)計結(jié)果，在確定頂面/底面模板斜材和補助材的端點時采用等分點法或定比分點法，側(cè)面模板斜材和補助材的端點除了上述兩種方法還可以使用等高法進行確定；將構(gòu)建的橫擔(dān)的外輪廓線與所構(gòu)建的橫擔(dān)型式進行組合形成橫擔(dān)模板庫，橫擔(dān)模板庫包括了現(xiàn)有電力鐵塔的橫擔(dān)的所有型式。
[0022]4)建立塔頭模板庫。
[0023]由于實際使用的電力鐵塔的塔頭復(fù)雜多變，控制尺寸眾多，缺乏統(tǒng)一的框架結(jié)構(gòu)，使得無法通過添點連線式方法進行建立。所以根據(jù)常用塔頭的外觀特性，利用模板組合方式進行塔頭模板的建立。首先通過對現(xiàn)有電力鐵塔的鐵塔形狀進行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計的各種塔頭實際形狀分別建立各種形狀塔頭作為各種塔頭模板的外輪廓線；然后根據(jù)統(tǒng)計的各種塔頭型式，通過引用橫擔(dān)模板中的頂面/底面模板和側(cè)面模板，按照任意組合的方式形成塔頭各種型式；將各種塔頭的外輪廓線與各種塔頭型式進行組合形成塔頭模板庫，塔頭模板庫中包括了現(xiàn)有電力鐵塔的塔頭的各種型式。在塔頭模板型式定義中，首先從橫擔(dān)模板庫中選擇所需要的模板，通過將所選模板進行尺寸縮放，按照需要組合形成新的塔頭模板型式。
[0024]2、根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置，形成相應(yīng)部分的單線模型，具體過程為:
[0025]I)塔身一般由一段或多段塔身組合而成，其中每段塔身被稱為節(jié)間。每個節(jié)間可以從塔身模板庫中選擇不同的塔身正、側(cè)面模板和塔身型式，確定每個節(jié)間的模板之后輸入實際的尺寸參數(shù)，包括上口寬、下口寬和高度，形成一段節(jié)間的單線模型；然后按照自上而下的順序?qū)⒏鞴?jié)間搭接形成塔身單線模型。
[0026]2)建立橫隔時從橫隔模板庫中選定相應(yīng)的橫隔模板后根據(jù)塔身節(jié)間的口寬對橫隔模板的尺寸進行調(diào)整，形成塔橫隔單線模型。
[0027]3)建立塔頭時首先從塔頭模板庫選擇相應(yīng)的塔頭模板，然后根據(jù)塔身最上部的口寬調(diào)整塔頭與塔身連接處的尺寸，形成塔頭單線模型。塔頭其他部分的尺寸按照等比例原貝U，根據(jù)與塔身連接處的尺寸縮放比例進行縮放，對于關(guān)鍵節(jié)點可以根據(jù)實際情況進行調(diào)
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[0028]4)建立橫擔(dān)時首先從橫擔(dān)模板庫中選定相應(yīng)的橫擔(dān)模板，然后根據(jù)此處橫擔(dān)與塔身接面對模板進行等比例縮放，形成橫擔(dān)單線模型。由于縮放時候會導(dǎo)致橫擔(dān)模板的頂面、底面和側(cè)面產(chǎn)生傾斜。根據(jù)這個傾斜角度將各個面的模板進行調(diào)整。
[0029]5)建立塔腿時首先從塔腿模板庫中選定相應(yīng)的塔腿模板，并指定塔腿高度，然后根據(jù)塔身最下部口寬將四個塔腿縮放到剛好能夠?qū)ΨQ安裝的尺寸，形成塔腿單線模型。
[0030]3、根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將步驟2所建立的鐵塔各部分單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型，采用得到電力鐵塔單線模型可以用于對實際鐵塔的受力分析，具體搭接過程為:
[0031]I)將塔頭單線模型安裝在塔身單線模型的上方；
[0032]2)將橫隔單線模型安裝在塔身單線模型的兩節(jié)間相接處；
[0033]3)將橫擔(dān)單線模型安裝在塔身單線模型指定位置的側(cè)方；
[0034]4)將塔腿單線模型安裝在塔身單線模型的下方。
[0035]上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中方法各步驟等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種電力鐵塔單線模型快速生成方法，其包括以下步驟: 1)分別建立電力鐵塔的塔腿、塔身、塔頭、橫擔(dān)、橫隔的模板庫，各模板庫中的模板均通過向固定的外輪廓框架內(nèi)填充斜材和補助材的方式建立； 2)根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置，形成電力鐵塔相應(yīng)部分的單線模型； 3)根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將步驟2)所建立的鐵塔各部分的單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電力鐵塔單線模型快速生成方法，其特征在于:所述2)根據(jù)實際要建立的鐵塔設(shè)計資料，分別從各模板庫中選擇電力鐵塔各部分的模板，并對各部分模板的相關(guān)尺寸參數(shù)進行設(shè)置形成相應(yīng)部分的單線模型，具體過程為: ①建立塔身時塔身的每個節(jié)間從塔身模板庫中選擇不同的塔身正、側(cè)面模板和塔身型式，確定每個節(jié)間的模板之后輸入實際的尺寸參數(shù)，包括上口寬、下口寬和高度，形成一段節(jié)間的單線模型，然后按照自上而下的順序?qū)⒏鞴?jié)間搭接形成塔身單線模型； ②建立橫隔時從橫隔模板庫中選定相應(yīng)的橫隔模板后根據(jù)塔身節(jié)間的口寬對橫隔模板的尺寸進行調(diào)整，形成橫隔單線模型； ③建立塔頭時首先從塔頭模板庫中選定相應(yīng)的塔頭模板，然后根據(jù)塔身最上部的口寬調(diào)整塔頭與塔身連接處的尺寸，形成塔頭單線模型； ④建立橫擔(dān)時首先從橫擔(dān)模型庫中選定相應(yīng)的橫擔(dān)模板，然后根據(jù)此處橫擔(dān)與塔身接面對模板進行等比例縮放，形成橫擔(dān)單線模型； ⑤建立塔腿模型時首先從塔腿模板庫中選定相應(yīng)的塔腿模板，并指定塔腿高度，然后根據(jù)塔身最下部口寬將四個塔腿縮放到剛好能夠?qū)ΨQ安裝的尺寸，形成塔腿單線模型。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電力鐵塔單線模型快速生成方法，其特征在于:所述步驟3)根據(jù)實際要建立的電力鐵塔，將步驟2)所建立的鐵塔各部分單線模型按照自上而下方式進行積木式搭接快速得到該電力鐵塔的單線模型，具體搭接過程為: ①將塔頭單線模型安裝在塔身單線模型的上方； ②將橫隔單線模型安裝在塔身單線模型的兩節(jié)間相接處； ③將橫擔(dān)單線模型安裝在塔身單線模型指定位置的側(cè)方； ④將塔腿單線模型安裝在塔身單線模型的下方。
【文檔編號】G06F17/50GK103914589SQ201410088580
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】盛大凱, 隗剛, 齊立忠, 胡勁松, 胡君慧, 郄鑫, 李晉 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)北京經(jīng)濟技術(shù)研究院, 北京道亨時代科技有限公司