（南京信息工程大學(xué) 地理與遙感學(xué)院 測(cè)繪工程系，南京 210044）

0 引言

高壓輸電線(xiàn)鐵塔（以下簡(jiǎn)稱(chēng)鐵塔）是電力部門(mén)主要的電力傳輸工具，傳統(tǒng)的鐵塔生產(chǎn)中，構(gòu)件加工完后需要進(jìn)行一個(gè)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的試裝過(guò)程，來(lái)檢驗(yàn)放樣和加工的正確性，試裝完再進(jìn)行電鍍，最后交由施工隊(duì)進(jìn)行野外安裝。鐵塔試組裝工作所要完成的任務(wù)較多，歸根結(jié)底還是對(duì)鐵塔構(gòu)件幾何質(zhì)量的一種檢測(cè)。為減少鐵塔試組裝的工作量，研究鐵塔的虛擬安裝方法有一定的理論意義與實(shí)用價(jià)值。

1 電力鐵塔試組裝

所謂試組裝就是將放樣后加工的零部件依據(jù)放樣修改圖，按其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行裝配，對(duì)設(shè)計(jì)圖紙、放樣結(jié)果和加工工藝進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程。鐵塔生產(chǎn)過(guò)程中，試組裝是鐵塔生產(chǎn)中重要的工序也是最后一道工序。試組裝是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換圖紙、樣板及車(chē)間加工零部件安裝適宜性最有效的、最真實(shí)的、最準(zhǔn)確的一道工序，只有有效地控制試組裝塔料及試組裝過(guò)程，才能確保鐵塔產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足技術(shù)資料、設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主的要求。

鐵塔試組裝分為立式組裝和臥式組裝。立式組裝與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際組裝情況完全相同，最能反映問(wèn)題。但是組裝過(guò)程中骨架的裝、拆都是一個(gè)難題，組裝時(shí)間至少是現(xiàn)場(chǎng)立塔時(shí)間的2倍，導(dǎo)致鐵塔的生產(chǎn)周期加長(zhǎng)，在組裝過(guò)程中還需要作業(yè)人跋山涉水解決通風(fēng)、照明、安全、內(nèi)外聯(lián)系等問(wèn)題。相比這下，臥式組裝與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際組裝情況不完全相同。因塔身重力作用，組裝高度需要控制在33m以下（最高為塔腿巧段內(nèi)三角），并且需要分段組裝。一般情況下，頭部為臥式整體組裝；其余段別只裝一個(gè)塔身面、1/4的隔面及內(nèi)三角。臥式組裝比立式組裝安全、方便，且也能反映塔料加工的精度和可安裝程度。兩者相比較，臥式試組裝費(fèi)用低，安全風(fēng)險(xiǎn)小，但不能反映全部的安裝過(guò)程；立式試組裝最能反映實(shí)際加工問(wèn)題，但費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，且安全風(fēng)險(xiǎn)很大。試組裝一般選擇在點(diǎn)裝結(jié)束后，部件電焊之前進(jìn)行，特殊部位的構(gòu)件，在焊接完畢后再次組裝。其主管內(nèi)部骨架的組裝及拆卸同樣是一個(gè)難點(diǎn)[1]。

在實(shí)際生產(chǎn)中，鐵塔試組裝的過(guò)程有一定的要求：

1）科學(xué)合理地計(jì)算試組塔的占用空間和墊墩的高度，確保安全的情況下能整體組裝的不允許分段組裝。試組塔構(gòu)件就位率除塔腿外必須達(dá)到100%，每個(gè)節(jié)點(diǎn)所使用螺栓應(yīng)不少于連接桿件端部螺栓總數(shù)的30%（或按具體工程要求操作），并應(yīng)進(jìn)行緊固，并且大孔絕不允許穿細(xì)徑螺栓，孔同心率必須100%。

2）角鋼塔沒(méi)有特殊要求的情況，都采取臥式組裝；四柱鋼管塔采用立式組裝，根據(jù)塔吊的高度，一次組裝的段數(shù)不少于兩個(gè)段；鋼管桿和鋼構(gòu)、支架采用臥式組裝。

3）試組塔和各結(jié)點(diǎn)都必須有代表性地按規(guī)程、規(guī)范要求的穿向安裝1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)螺栓，特別是對(duì)孔處必須如數(shù)安裝標(biāo)準(zhǔn)螺栓，以檢查螺栓是否能順利安裝。

4）所有試組塔圖紙或相關(guān)技術(shù)文件要求裝雙帽的部位，必須如數(shù)安裝雙帽標(biāo)準(zhǔn)螺栓，以檢查安裝的適宜性。

5）所有雙材塔, 無(wú)論是主材間還是其它材間的綴板都必須如數(shù)安裝，以檢查板的適宜性。

6）所有試組塔圖紙中要求加墊板的位置必須如數(shù)安裝。

7）高低腿的試組塔，如果連接腿部大斜材的板是多孔板時(shí)，無(wú)論所加工的工程是否存在相鄰兩腿是等高腿的形式，都必須試拼同一面的等高腿的兩大斜材，以防止出現(xiàn)相碰現(xiàn)象。必須檢驗(yàn)底腳螺栓及螺帽是否與大斜材碰。防盜范圍內(nèi)的塔段，安裝螺栓時(shí)必須按螺栓校核人員提供的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度螺栓，確保防盜帽的順利安裝。

8）螺栓穿向：水平方向由下向上；斜材正面由里向外，側(cè)面由下向上；主材由里向外。如有特殊要求按特殊要求執(zhí)行。

9）試組塔對(duì)稱(chēng)構(gòu)件必須都安裝，以便有效地檢查車(chē)間加工和設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換的正確性。主材在無(wú)法都參與試組裝時(shí)，不能單純用零件加工圖檢查其正確定性，必須用參與試組裝的主材進(jìn)行對(duì)孔檢查。

由上述可知，試組裝工作的主要任務(wù)就是，按設(shè)計(jì)圖紙檢查構(gòu)件的就位情況；檢查構(gòu)件的數(shù)量、孔數(shù)、孔徑與設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)文件的一致性；檢查塔的控制尺寸、關(guān)鍵部位的尺寸是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)文件要求。對(duì)組裝過(guò)程中不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件進(jìn)行返修并做好試組塔記錄。所有返修的構(gòu)件必須重新進(jìn)行試裝或試拼。

圖1 鐵塔臥式試組裝

2 鐵塔構(gòu)件仿真安裝

鐵塔生產(chǎn)周期完全受到試組裝時(shí)間的約束，試組裝的進(jìn)度直接影響產(chǎn)品的交付時(shí)間，而且鐵塔試組裝工作除了費(fèi)時(shí)之外更突出的缺點(diǎn)是占用場(chǎng)地大，需用大量的工人與技術(shù)人員還需要大型的起吊設(shè)備，花費(fèi)大量的人力物力。鐵塔是由上千個(gè)零件組成的桁架結(jié)構(gòu)，手動(dòng)虛擬裝配工作量相當(dāng)可觀(guān)，采用自動(dòng)裝配手段可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率。但目前的裝配方法還停留在半自動(dòng)狀態(tài)，不便于真實(shí)地反映鐵塔構(gòu)件實(shí)際連接關(guān)系。

2.1 基于三維放樣軟件的鐵塔安裝

鐵塔生產(chǎn)中所謂的放樣是鐵塔制造部門(mén)根據(jù)鐵塔設(shè)計(jì)部門(mén)提供的二維原理圖（含有節(jié)點(diǎn)號(hào)和型鋼號(hào)，零件尺寸不準(zhǔn)確），經(jīng)過(guò)實(shí)際或計(jì)算來(lái)確定鐵塔各零件詳細(xì)尺寸，并生成零件加工圖的過(guò)程，它是鐵塔制造過(guò)程中的第一道工序。放樣的核心工作是精確零件的外形尺寸（包括桿材的長(zhǎng)度、連接板的形狀）以及各零件上孔的位置。鐵塔放樣是一種枯燥煩瑣且容易出錯(cuò)的工作，常常會(huì)由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、放樣精度的制約以及人為因素造成放樣不準(zhǔn)，從而導(dǎo)致實(shí)際裝配失敗,帶來(lái)嚴(yán)重的后果。

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,要求鐵塔放樣精度、可視化、自動(dòng)化程度不斷提高，要求放樣周期、放樣勞動(dòng)強(qiáng)度不斷減小。目前，計(jì)算機(jī)輔助放樣已經(jīng)從二維放樣發(fā)展到了三維實(shí)體放樣（簡(jiǎn)稱(chēng)三維放樣）。三維放樣最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在放樣過(guò)程中實(shí)現(xiàn)預(yù)裝配，真實(shí)模擬實(shí)際裝配情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)放樣過(guò)程中存在的問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)的可編程操作性和擴(kuò)展性的發(fā)展，三維軟件技術(shù)的放樣功能不斷的完善，同時(shí)計(jì)算機(jī)計(jì)算功能的準(zhǔn)確和快捷，極大的提升了放樣的效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，也使得在計(jì)算機(jī)上處理鐵塔復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)成為可能?？梢岳糜?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鐵塔三維結(jié)構(gòu)的虛擬，在軟件中將鐵塔虛擬化的一比一的搭建，從而得到鐵塔各構(gòu)件的實(shí)際尺寸以及其他一些參數(shù)，同時(shí)搭建出的鐵塔非常直觀(guān)，可在鐵塔模型上進(jìn)行各種處理、對(duì)其進(jìn)行變更也變得方便快捷?；谟?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鐵塔虛擬安裝時(shí)需要對(duì)鐵塔按各段分別組裝。首先需要用三維軟件繪制每個(gè)構(gòu)件的圖形安排，從主材起按零件放樣后的尺寸進(jìn)行組裝，然后再繪出斜材和連接板。在繪連接板時(shí)，使各孔的距離和角度正確。

2.2 基于虛擬制造技術(shù)的鐵塔虛擬試組裝

虛擬組裝實(shí)際就是在計(jì)算機(jī)上仿真產(chǎn)品的實(shí)際組裝過(guò)程，以可視化手段來(lái)研究和解決產(chǎn)品的可裝配性問(wèn)題，這是虛擬組裝的主要任務(wù)[2]。而當(dāng)前主流CAD軟件并不是面向裝配的，所以對(duì)于產(chǎn)品的可裝配性問(wèn)題不能很好的解決。基于計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)鐵塔虛擬放樣及安裝，實(shí)際就是在計(jì)算機(jī)上仿真產(chǎn)品的實(shí)際組裝過(guò)程。這種虛擬安裝普遍基于Pro/E，AutoCAD等三維軟件，這類(lèi)軟件功能十分全面，完全能適應(yīng)鐵塔的模擬組裝。夏金兵[3]提出了應(yīng)用Pro/E軟件來(lái)進(jìn)行鐵塔模擬試組裝, 研究了鐵塔裝配的實(shí)際工藝問(wèn)題，先利用軟件將鐵塔各段進(jìn)行放樣計(jì)算，計(jì)算后的結(jié)果存放在標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)中，根據(jù)零件庫(kù)中的零件開(kāi)始組裝零件，在組裝中以校驗(yàn)出鐵塔放樣計(jì)算中所產(chǎn)生的錯(cuò)誤，并模擬了角鋼塔型的裝配。葉德生[4]，劉均[3]等在利用Pro/E軟件來(lái)進(jìn)行鐵塔虛擬預(yù)組裝時(shí)，應(yīng)用Pro/E軟件的二次開(kāi)發(fā)功能，對(duì)Pro/E軟件的界面和功能根據(jù)鐵塔試組裝的具體需求進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)了基于Pro/E二次開(kāi)發(fā)的鐵塔虛擬試組裝系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)干涉檢查功能和孔位檢查功能，能夠檢驗(yàn)出放樣計(jì)算過(guò)程中的錯(cuò)誤。張翔[6]則是在A(yíng)utoCAD軟件環(huán)境中，以設(shè)計(jì)部門(mén)所提供的設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)，仿真裝配出鐵塔的三維立體模型，在裝配過(guò)程中對(duì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的零件進(jìn)行不斷調(diào)整，達(dá)到消除干涉現(xiàn)象的目的。待整個(gè)鐵塔仿真裝配完畢，所得各零件尺寸即可作為實(shí)際尺寸供鐵塔放樣使用。李澤學(xué)[7]為了提高放樣精度和放樣效率，實(shí)現(xiàn)鐵塔的虛擬預(yù)裝配,利用AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)包ObjectARX，在Visual C++集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下編寫(xiě)了相應(yīng)程序，采用抽象意義上面和孔的概念，針對(duì)實(shí)際工程提出了鐵塔三維放樣過(guò)程中的一種自動(dòng)裝配方法，這種方法真實(shí)地模擬零件裝配過(guò)程，反映零件裝配關(guān)系，實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)裝配，實(shí)現(xiàn)了鐵塔的正確放樣，使設(shè)計(jì)可視化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和放樣數(shù)據(jù)的問(wèn)題，同時(shí)有效地減小工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。計(jì)算機(jī)模擬鐵塔組裝，可以與放樣工作同時(shí)配合進(jìn)行，在檢驗(yàn)出放樣計(jì)算的錯(cuò)誤的同時(shí)能夠檢驗(yàn)零件加工中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，還可以對(duì)連接板的設(shè)計(jì)、放樣的尺寸進(jìn)行校驗(yàn)，并且統(tǒng)計(jì)出實(shí)際所用螺栓、墊圈的數(shù)量。

基于Pro/E三維圖形處理平臺(tái)的鐵塔仿真安裝系統(tǒng)為例，主要工作分為以下四步：

1）讀取放樣數(shù)據(jù)生成特征

數(shù)據(jù)的提取主要是針對(duì)放樣數(shù)據(jù)。由于放樣數(shù)據(jù)的不規(guī)范，需要對(duì)放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，對(duì)于沒(méi)用或者重復(fù)數(shù)據(jù)可以刪除。為了將放樣的極坐標(biāo)數(shù)據(jù)與Pro/E環(huán)境中直角坐標(biāo)統(tǒng)一，需要進(jìn)行必要的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)，這樣就可以在軟件中生成特征。

2）建立構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)

建立構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)的工作包括建立標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)和臨時(shí)構(gòu)件庫(kù)。標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫(kù)不隨塔形的變化而變化，包括螺栓、螺母和墊圈。臨時(shí)構(gòu)件庫(kù)是隨著塔形的變化而變化的零件。臨時(shí)構(gòu)件庫(kù)的建立主要是根據(jù)經(jīng)過(guò)篩選和處理的放樣數(shù)據(jù)，其難點(diǎn)是特征的建立，首先建立基準(zhǔn)點(diǎn)和基準(zhǔn)面；然后建立構(gòu)件的外輪廓特征；按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)拉伸到需要的厚度；采用剪切來(lái)建立孔特征；特征建立完成，構(gòu)件以放樣時(shí)的零件號(hào)保存于零件庫(kù)中。調(diào)用構(gòu)件只需要在裝配環(huán)境中的調(diào)入零件對(duì)話(huà)框中輸入零件號(hào)即可調(diào)入裝配環(huán)境進(jìn)行組裝[5]。

3）鐵塔組裝

因?yàn)殍F塔零部件比較多，用完全自動(dòng)裝配的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)其試組裝比較困難，仿真安裝一般也是半自動(dòng)裝配實(shí)現(xiàn)鐵塔的試組裝。在組裝過(guò)程中，需要用鼠標(biāo)選取鐵塔構(gòu)件的裝配面來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件間自動(dòng)裝配。鐵塔虛擬預(yù)組裝的順序與實(shí)地組裝的順序大致相同。組裝的順序按照：先從主材裝起，再裝連接板和斜材，最后裝螺栓，螺母等緊固件。按照裝配順序在構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出組裝構(gòu)件進(jìn)行組裝。由于鐵塔的結(jié)構(gòu)是由各段所組成，所以裝配鐵塔也可按段分別進(jìn)行組裝。

4）檢測(cè)

仿真安裝的目的也是對(duì)生產(chǎn)的鐵塔構(gòu)件的幾何質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，因此在仿真安裝過(guò)程中要實(shí)時(shí)檢測(cè)，就是在仿真安裝的過(guò)程中檢測(cè)構(gòu)件間是否出現(xiàn)“干涉”現(xiàn)象。如存在“干涉”現(xiàn)象，則要分析產(chǎn)生的原因。因?yàn)樵诜抡姘惭b前已經(jīng)基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)構(gòu)件個(gè)體進(jìn)行了檢測(cè)，符合要求后再進(jìn)行仿真安裝。

3 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的電力鐵塔仿真安裝

基于三維點(diǎn)云模型的鐵塔仿真安裝方法是利用點(diǎn)云模型在計(jì)算機(jī)上仿真安裝，基本過(guò)程可參考基于CAD或Pro/E等三維圖形處理平臺(tái)的虛擬組裝過(guò)程。主要不同之處在于以下幾方面：首先，基于三維點(diǎn)云模型的鐵塔仿真安裝方法是利用三維激光掃描儀對(duì)鐵塔構(gòu)件進(jìn)行掃描獲得鐵塔構(gòu)件點(diǎn)云數(shù)據(jù)，而不是通過(guò)讀取放樣數(shù)據(jù)。其次，對(duì)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)先進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理，單個(gè)構(gòu)件檢測(cè)合格后建立構(gòu)件數(shù)字模型入庫(kù)。然后，全部構(gòu)件處理完成后即可進(jìn)行基于計(jì)算機(jī)的點(diǎn)云模型的半自動(dòng)仿真組裝，進(jìn)而完成試組裝后的一系列工作，如驗(yàn)證鐵塔幾何質(zhì)量是否符合生產(chǎn)要求，對(duì)干涉檢測(cè)，孔位檢測(cè)，塔身傾斜檢測(cè)等。此時(shí)若出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，則需要利用點(diǎn)云模型修正干涉現(xiàn)象，在點(diǎn)云模型上獲得修正數(shù)據(jù)，指導(dǎo)對(duì)鐵塔構(gòu)件進(jìn)行修改。點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的誤差累積?；邳c(diǎn)云數(shù)據(jù)在進(jìn)行檢測(cè)及仿真安裝時(shí)，要進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，仿真安裝過(guò)程中需要進(jìn)行軸、面的擬合，隨機(jī)誤差累積可能會(huì)造成微小的干涉情況，但這種情況相對(duì)于前面分析的兩種干涉情況很小，且易于判別，通常可以忽略?；邳c(diǎn)云數(shù)據(jù)的鐵塔仿真安裝流程如圖2所示。

4 實(shí)例

選取鋼管形鐵塔試組裝構(gòu)件在點(diǎn)云處理軟件上進(jìn)行基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的鐵塔仿真安裝實(shí)驗(yàn)。該鋼管塔需進(jìn)行分段臥式試組，試組后最底端應(yīng)如圖3所示。進(jìn)行試組裝之前，利用地面三維激光掃描儀對(duì)將進(jìn)行試組裝的鐵塔構(gòu)件依次進(jìn)行掃描，獲得構(gòu)件點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)選取鐵塔一條邊上的構(gòu)件在點(diǎn)云處理軟件上進(jìn)行基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的仿真安裝。將每個(gè)構(gòu)件的掃描數(shù)據(jù)編號(hào)入構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)，該邊上共八個(gè)構(gòu)件。圖4、圖5為待組裝鋼管鐵塔底端段一條邊上最底端的構(gòu)件及最頂端構(gòu)件點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

圖2 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的鐵塔仿真安裝工作流程

圖3 鋼管鐵塔分段試組裝

CloudCompare軟件是一款開(kāi)源的點(diǎn)云處理軟件，可以在此平臺(tái)上基于C++語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)?；贑loudCompare點(diǎn)云處理軟件開(kāi)發(fā)工業(yè)構(gòu)件仿真安裝模塊，人機(jī)交互的方式從數(shù)據(jù)庫(kù)中選取待拼裝構(gòu)件點(diǎn)云，在點(diǎn)云處理軟件中利用點(diǎn)云模型進(jìn)行仿真安裝。仿真安裝結(jié)果如圖6所示。組裝過(guò)程中可以通過(guò)對(duì)點(diǎn)云分析可知是否存在干涉情況。

圖4 鋼管鐵塔某段最底端構(gòu)件點(diǎn)云

圖5 鋼管鐵塔某段最頂端構(gòu)件點(diǎn)云

圖6 鋼管鐵塔某邊構(gòu)件仿真組裝后點(diǎn)云

分段組裝的鐵塔設(shè)計(jì)圖通常如圖7所示建立坐標(biāo)系，圖中類(lèi)似梯形臺(tái)的四條側(cè)邊為該段鐵塔四邊鋼管的軸線(xiàn)。整條邊的構(gòu)件組裝后，建立點(diǎn)云構(gòu)件坐標(biāo)系。以如圖4(b)所示的最底端的構(gòu)件底面法蘭圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，法蘭面做為XY面，垂直于該平面為Z軸，如圖8所示。

利用點(diǎn)云提取安裝好的鐵塔軸線(xiàn)，比較該軸線(xiàn)在Z軸方向上的夾角，即根開(kāi)角，與根開(kāi)角設(shè)計(jì)值比較，這是鐵塔試組裝檢測(cè)的一項(xiàng)內(nèi)容。如圖9所示，本實(shí)驗(yàn)量測(cè)出的根開(kāi)角度為9.3357°。如表1所示按照本鐵塔設(shè)計(jì)要求，鐵塔的根開(kāi)角為9°，測(cè)量值與設(shè)計(jì)值相差20'左右，按鐵塔生產(chǎn)要求，根開(kāi)角誤差允許值30'符合生產(chǎn)規(guī)范。根開(kāi)尺寸及根開(kāi)對(duì)角線(xiàn)等均可由此值計(jì)算，盡而進(jìn)行檢測(cè)。

圖7 鐵塔整塔坐標(biāo)系設(shè)計(jì)示意圖

圖8 鐵塔邊坐標(biāo)系設(shè)計(jì)示意圖

圖9 鐵塔某邊根開(kāi)角檢測(cè)

表1 單根鐵塔腳組裝后根開(kāi)角計(jì)算表

圖10 鐵塔頂端段整體仿真安裝后點(diǎn)云

按照此方法可以將整塔進(jìn)行仿真安裝，如圖10所示，為鋼管塔分段試組裝的頂段基于點(diǎn)云組裝后的效果圖，圖中包括塔尖主體及側(cè)面掛線(xiàn)部分，以鐵塔四塔腿底面所在的平面為XY面，鐵塔中軸線(xiàn)為Z軸，與XY面相交的點(diǎn)為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，如圖11所示。

圖11 塔節(jié)整體傾斜計(jì)算示意圖

如圖10中所示坐標(biāo)系里可以對(duì)一些鐵塔整體檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。例如，塔節(jié)整體傾斜計(jì)算，示意圖如圖11所示。圖中L為塔節(jié)長(zhǎng)度即節(jié)間垂高，l為由于塔節(jié)整體傾斜導(dǎo)致的鐵塔中軸線(xiàn)偏移理論中軸線(xiàn)的變化量，定義δL為塔節(jié)整體傾斜，則有：

本塔頂端仿真安裝后，利用點(diǎn)云模型量測(cè)塔節(jié)高為48.3m，中軸線(xiàn)變化量為0.03m，按式(1)計(jì)算δL=1/1610。按鐵塔試組裝要求，整塔試組后檢測(cè)塔節(jié)整體傾斜，若δL＜1/1000，則符合限差要求，若大于限差要求，則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)修改。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)鋼管型電力鐵塔構(gòu)件研究了基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的仿真安裝方法，通過(guò)利用點(diǎn)云處理軟件對(duì)鐵塔構(gòu)件進(jìn)行仿真安裝實(shí)驗(yàn)，證明該方法基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的電力鐵塔仿真安裝可行，為后續(xù)深入研究基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的鐵塔整體仿真安裝奠定基礎(chǔ)。

采用鐵塔構(gòu)件三維點(diǎn)云模型在計(jì)算機(jī)上鐵塔仿真安裝方法，一方面沒(méi)有場(chǎng)地的需求，更重要的是從根本上解決了塔件試組裝制約生產(chǎn)的問(wèn)題。實(shí)踐調(diào)研可知，目前各類(lèi)三維激光掃描儀不斷豐富，特別是相位式三維激光掃描的精度不斷提高，可達(dá)到亞毫米級(jí)，且其輕便性更加適用于實(shí)際生產(chǎn)，價(jià)格也在不斷下降。市場(chǎng)占有份額比較大的常用相位式激光掃描儀常低于100萬(wàn)，考慮軟件開(kāi)發(fā)及試驗(yàn)等費(fèi)用，總耗費(fèi)遠(yuǎn)不及人工試組裝，且三維激光掃描設(shè)備一次投入可長(zhǎng)期收益，生產(chǎn)成本在后續(xù)生產(chǎn)中將會(huì)降低。

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因此，基于三維點(diǎn)云模型的鐵塔仿真安裝和傳統(tǒng)的人工試組裝工作相比具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，可以縮短前期的生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，顯著降低了生產(chǎn)成本。

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