适用于多平台的输电线路信息模型格式研究

通过对输电线路业务需求详细分析，提出标准的输电线路工程信息模型存储格式，实现信息模型文件在设计、施工、运维等阶段不同应用平台间的无缝专递。建立标准的输电线路信息模型存储格式具有重要的意义，以信息模型为信息载体达到智能化、精细化和标准化的成果数据。其特点是在虚拟的多维空间中去表达、推敲和交流设计。为设计评审、设计移交、设备采购、工程建设招标、现场施工管理、ERP资产管理系统、PMS生产管理系统等各个阶段的输输电工程管理提供数据源支撑，提高输输电工程全寿命周期管理效率和质量。

【关键词】输电线路工程 信息模型 物理存储结构 逻辑存储结构

输电线路信息模型作为输电线路设计、施工、运维全生命周期的数据载体，在输电线路工程的各个阶段具有重要的作用。在设计输电线路信息模型的存储格式时需要考虑模型使用平台间的差异和不同阶段对模型数据内容扩展性的要求。模型物理文件的逻辑结构必须符合输电线路工程特点及使用要求，物理存储结构需要满足在不同阶段进行数据扩展的要求。

目前，输电线路工程中所涉及的设备模型及各类数字化成果均以离散的文件进行存储。这些数据文件缺乏统一的存储格式，往往只能在专有的软件平台进行使用。数据成果需要在不同的软件平台间传递时只能通过人工录入的方式将数据导入，整个过程浪费大量的人力且很容易产生错误。

为了解决上述问题，本论文将针对输电线路不同阶段的业务需求，采用多层级模型存储结构实现设备几何模型和属性参数的统一存储，以此为基础建立输电线路信息物理存储的标准格式。通过建立标准的信息模型物理存储格式，各个软件平台只需要针对真个标准开发相应的数据接口就可以实现对输电线路信息模型数据的共享和传递。

1 输电线路工程现阶段数据情况分析

输电线路工程数据主要包括设备模型、属性参数、图纸及附属文件等。这些数据在输电线路设计、建设、运行阶段中被广泛的使用。由于这些数据没有统一的数据结构和标准的数据打包方式，所有数据文件以离散方式存储。在不同阶段的软件平台中传递时往往需要根据不同的软件平台要求进行数据的录入，这个过程既耗费人力又容易产生错误。

目前国内对于信息模型存储格式的研究主要集中于系统架构的理论研究上，且对于标准存储格式的认识还停留于简单的数据文件堆砌层面，尚未提出一个符合输电线路工程应用要求的设备信息分层分类体系与信息交互体系存储框架。

本论文从对输电线路信息模型逻辑结构分析入手，对信息模型的物理存储结构设计和模型数据打包方法展开论述。最终形成适用于多平台的输电线路信息模型存储格式标准定义。对输电线路信息模型逻辑结构的准确分析能够为构建物理模型存储格式提供依据，输电线路呈现出复杂的网状结构特性，不同设备间的从属关系和拓扑结构是信息模型的关键。通过分析理清输电线路工程中各个设备的关系脉络，并以此为基础设计信息模型的物理存储结构。

2 输电线路信息模型逻辑结构分析

信息模型中数据存储格式的定义需要充分考虑输电线路工程本身的技术特点。输电线路工程是由多个线路段组成，每个线路段包含若干耐张段。耐张段按照档进行划分，由杆塔、导地线、基础、金具及各类附属设备设施构成。输电线路信息模型逻辑结构应当符合输电线路工程本身的特点，根据系统分类、设备分类、部件分类的层级关系，形成输电线路工程设备对象的逻辑结构树状图。分类方法参考现行的各类设备编码规范，界定和规范电网工程中涉及到的需要描述的设备对象和层次划分方法。

输电线路设备模型对象由具体的特征属性、三维模型和非结构化数据组成，这些数据描述了同种类型设备自身的特征。在输电线路工程中通过引用输电线路设备模型对象的方式实现对设备模型对象的复用。通过模型对象引用的方法实现对输电线路信息模型的分层管理。输电线路设备模型对象层只关注设备本身的特征。在输电线路工程应用层关注设计、施工、运维等相关信息与分类，从而达到分层细化管理，减少最终数据冗余的目的。如图1所示。

该逻辑框架中每层次分别处理相应的数据，属性链中描述设备族、设备模型、工程模型中使用的基本属性以及属性组合，包括设备族引用的自身物资属性，设备模型层引用的三维属性和厂家属性，工程模型层引用的设计、运维属性等。设备族使用属性链描述了具体设备本身所具有的特性以及设备逻辑层次关系。设备模型引用具体设备族中设备并确定了设备对应厂家信息、三维模型信息等。工程模型引用具体的设备模型并确定对应的设计、运维信息，同时还构建整个工程设计对象逻辑树状结构。

属性链中描述设备族、设备模型、工程模型中使用的基本属性以及属性组合，包括设备族引用的自身物资属性，设备模型层引用的三维属性和厂家属性，工程模型层引用的设计、运维属性等。

设备族使用属性链描述了具体设备本身所具有的特性以及设备逻辑层次关系。

设备模型引用具体设备族中设备并确定了设备对应厂家信息、三维模型信息等。

工程模型引用具体的设备模型并确定对应的设计、运维信息。同时还构建整个工程设计对象逻辑树状结构。

3 输电线路信息模型物理结构设计

要想使信息模型能够在不同的软件平台中进行传递就需要建立一个标准化的信息模型物理存储结构，这个结构应该是开放的、可扩展的。不同的软件平台能够根据标准的存储结构对文件进行解析并提取平台需要使用的数据，同时各个平台能够根据统一的存储标准在信息模型中增加数据供其他平台使用。

在进行物理结构设计时要充分考虑输电线路工程的逻辑结构。根据逻辑结构分析输电线路信息模型对象由特定具体的特征属性、三维模型和非结构化数据组成。这些属性信息仅仅是自身内部特征属性，区分并确定一类对象。线路工程引用信息模型对象来进行设计，若工程中出现多个相同的线路设计对象，线路工程设计对象则引用同一个信息模型对象减少设计数据冗余。

输电线路工程物理模型存储结构用于描述输电线路信息模型数据组成结构并组织具体工程数据。物理模型通过对逻辑框架的分析，确定工程数据存储结构和存储规范，指导具体工程如何归档数据。通过对输电线路信息模型逻辑结构的分析，输电线路工程物理模型结构框架如图2。

原始模型定义具体原始的三维模型数据，并通过自身引用构建复杂三维模型实体。设备模型引用原始模型定义的三维模型，并定义设备自身相关的特性数据。若设备由多个带有自身特性的部件构成，可以通过自身引用构建。组合模型引用设备模型定义的设备，并定义工程相关的设计数据。同样可以通过自身的引用模型的组合。

为了实现该框架，需要考虑两方面问题。一是如何对单独每层模型中的数据进行存储；二是在物理存储过程中如何实现不同层次之间的引用关系。两者结合决定物理存储结构。逻辑框架中使用引用来建立各层次之间的关系。这样可将其他数据通过组合的方式来归为自己使用，每层中只需关注自己本层的应用以及数据。

4 输电线路信息模型打包方法

为了将离散的数据文件变成最终的信息模型，需要对数据文件进行打包行政最终的信息模型物理，文件格式框架如图3所示。文件框架由三个区块构成：表头、索引域与存储域。表头中包含FILE_DESCRIPTION、FILE_NAME、FILE_SCHEMA等属性参数，通过读取表头信息可获取关于文件创建时间、创建工程师以及文件数据排列格式规范版本等信息，为有效读取后续具体工程数据提供基础支持；索引域按输电线路信息模型逻辑结构分为四级，可有效提高数据查询读取的速度。同时，索引域描述了对应级别数据的处理过程，为第三方应用程序有效提取数据提供支撑；存储域是具体工程设计数据与属性数据的存储区块。

4.1 索引域

第一级索引包含工程名称、工程类别等信息，用于描述工程属性以及工程类别；第二级索引指向不同类型的电网工程（变电工程、输电工程），描述单一类型的电网工程形成属性、数据地址等信息。多个或单个二级索引组合构成一级索引，二级索引对应输电线路信息模型逻辑结构中的工程模型层；工程模型由多个实体设备模型组合形成，因此设计第三层索引指向工程模型中不同的设备模型，该级索引对应输电线路信息模型逻辑结构中的设备模型层；同理，设备模型由设备族实例化后形成，因此设计第四级索引描述设备模型中设备族元素的数据特征。

4.2 存储域

存储域中的数据严格遵循索引结构，进行分区块存储。如图3所示，数据存储呈现嵌套的结构，按索引级别从低往高进行嵌套。一级区域首先描述工程整体的参数，然后分区块表达各类工程；同理，二级与三级区域首先描述该级数据描述内容的综合信息，然后依次由下一级数据组合而成；四级区域是对设备族的描述，设备族由多个属性链构成，而属性链存储与本地应用模型库中，因此设备族是数据存储区域的最后一级。在组装工程时，应用程序读取设备族成分，抽取本地属性链库，形成设备族元素，然后依次向上组装，最后形成完整的工程模型。

5 输电线路信息模型实例

本文通过构建220kV架空输电线路工程一个标段的电网信息模型对相关技术的可行性、实用性、先进性进行分析和论证。架空输电线路工程的设备包括杆塔、绝缘子串、基础、金具、导地线。按照电网信息模型的四层结构模型对工程进行划分。

最底层为设备的原始几何模型和所有属性参数定义，这些元数据构成电网信息模型的最小数据单元。构成输电工程设备的零部件模型包括：角钢、螺栓、节点板、金具、绝缘子、钢筋等；基本属性参数定义包括所有设备对应的参数名、数据类型等定义。

上一层为设备族，该层数据是由底层几何模型通过引用方式构建而成，通过对几何模型的引用能够有效的减小单个工程设备模型的数据量。以绝缘子串为例，设备族数据由所引用底层几何模型的唯一标识符和该模型在设备族中的相对位置关系构成。

在设备族之上是工程设备模型，工程设备模型由设备几何模型和属性参数组成，几何模型引用自设备族，属性参数引用底层属性参数定义并进行赋值。

最上层为工程模型，通过将设备模型层的数据赋予坐标位置信息及工程属性得到最终的输电线路工程模型。

采用本结构生成的架空输电线路工程其物理存储空间大小比传统建模方式小50倍以上，以220kV双联绝缘子串2NP21Y-4040-16P为例，该绝缘子串共使用绝缘子模型30片，连接金具及线夹共13个。单个部件模型大小平均为1.5Mb，整个绝缘子串模型共计1.5*43= 64.5Mb，使用信息模型四层结构后该绝缘子串模型根据部件引用原则仅需要使用1片绝缘子模型，其他连接金具数量也降为8个，模型总计1.5 * 1 + 1.5 * 9 = 15Mb左右。通过对比可以直观的发现，采用新的模型组织结构能够大大降低模型所占物理存储空间，有效的控制模型应用成本。

6 结语

通过研究输电线路信息模型在不同平台间的数据传递技术实现了输电工程数据在设计、施工、运维不同阶段的数据交互。采用统计技术量化管理对象与管理行为，实现设计研发、计划、组织、生产、协调、销售、服务、创新等职能的综合运转。依托数字化技术，可促进传统输电工程在各个方面的技术更新，使企业在持续动态多变的全球性市场竞争环境中生存发展并不断扩大其竞争优势。

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作者单位

1.国网北京经济技术研究院 北京市 102209

2.北京道亨时代科技有限公司 北京市 100085