精确数字孪生模型助力修复百年输电塔

Bentley应用程序用于精确测量腐蚀和荷载，从而无需建造成本高昂的新塔架

跨俄亥俄河输送水电

技术精湛的工程师们正在寻找更大规模、更高效、更环保的发电方式。但如果没有可靠的电力传输方式，即使是完美的发电站也无法发挥作用。俄亥俄瀑布发电站建于近一个世纪前，位于肯塔基州俄亥俄河上，依靠两座古老的格构式塔架将电力输送到河对岸。由于塔架与发电站属同期建设，随着时间的推移，塔架逐渐风化和老化。公用事业公司LG&E和KU Energy认识到这一问题需要得到解决，以便俄亥俄瀑布能够在未来几十年内继续供电。

该公用事业公司委托 Exo Inc. 来寻找解决塔架老化问题的最佳方法。显而易见的解决方案就是建造新塔架，但客户不希望采用这种方式。Exo工程服务副总裁Michael Miller表示：“相较于再利用，替代方案是申请许可，在另一个地点设计和建造新输电塔，预计成本为6000万至1亿美元。”为了避免这笔巨额开支，Exo必须首先确定这些塔是否可以修复并继续使用。

解决腐蚀和过应力问题

Exo对两座塔进行彻底检查后，确定修复将取决于两个关键的复原措施。首先是加固钢构件，确保其可安全承受风和冰造成的结构荷载危险。其次是对缝隙腐蚀的铆钉接头进行封装处理。

Exo需要掌握塔架的每一处细节，但可收集的信息却很少。Miller表示：“目前没有这些塔架的详细图纸，而且这些塔架是最早应用耐候钢的建筑之一，当时这一术语还未开始使用。”该组织需要将塔架的单张照片转换成高精度数字化模型，以确定修复钢结构的最佳方法。

精确的承载力测量

Exo很快就确定，Bentley的Power Line Systems应用程序能帮助他们创建塔架的精确数字孪生模型，从而更深入地了解塔架的现状。他们首先将无人机拍摄的现场照片整合到iTwin Capture中，这样就无需进行危险的人工检查。

借助iTwin Capture，Exo得以精确地测量风化和腐蚀导致的缝隙腐蚀退化。Miller表示：“缝隙腐蚀是桥梁和其他结构中常见的一种腐蚀现象，通常由两种原因导致：一是油漆老化，二是使用耐候钢时未针对干湿循环而考虑正确的连接细节。”项目团队使用PLS-CADD对169千伏高压输电线路进行建模，为塔架模型提供结构荷载数据。

精准定位修复区域

借助塔架的精确数字孪生模型，Exo可以直接测量每个角撑板连接处的间隙，然后对其进行结构评估，以帮助确定接头的当前承载力。Miller说：“使用PLS-CADD可以准确模拟各种天气条件下（包括国家电气安全规范（NESC）和公用事业特定的风和冰负载组合工况），每根导体的张力、垂直和横向电线负载。”然后将模拟的荷载施加到塔架模型上，使其能够评估其整体容量并精准定位需要加固的区域。

Exo利用分析结果找到了解决塔架腐蚀问题并延长其使用寿命的有效解决方案。“对于该项目来说，创建两座塔架的数字孪生模型至关重要。任何其他方式都不可能实现这一点。”Miller总结道。Exo估计，修复这些塔架的成本是完全更换塔架成本的十分之一，预计可节省8000万美元。此外，修复所需的许可比更换所需的许可耗时少得多。目前修复工作正在进行中，且对水力发电的持续输送没有任何影响。