一種電纜敷設(shè)輔助校核軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

楊亞偉，王 璐

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013；2.山東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督教育培訓(xùn)中心，山東濟南250013）

一種電纜敷設(shè)輔助校核軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

楊亞偉1，王 璐2

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南250013；2.山東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督教育培訓(xùn)中心，山東濟南250013）

針對手動校核電纜敷設(shè)結(jié)果效率非常低下的問題，設(shè)計了一款電纜敷設(shè)輔助校核軟件。軟件基于Auto-CAD VBA平臺編程實現(xiàn)，可以自動計算電纜的實際敷設(shè)長度與理論最短敷設(shè)長度的比值，并將所得比值進行篩選和處理。通過觀察軟件給出的計算結(jié)果，工程設(shè)計人員可以有針對性地對電纜敷設(shè)結(jié)果進行校核，從而大大提高電纜敷設(shè)結(jié)果的校核效率，同時還有助于發(fā)現(xiàn)電纜通道設(shè)計的不足之處。

電纜敷設(shè)；設(shè)計校核；AutoCAD二次開發(fā)；數(shù)據(jù)處理

0 引 言

電纜敷設(shè)設(shè)計是電廠設(shè)計過程中的一項重要工作。近年來，隨著機組容量的不斷增大，電廠中的電纜數(shù)量以及分布都變得越來越復(fù)雜［1］。同時，隨著設(shè)計要求的不斷提高，傳統(tǒng)的手動敷設(shè)方式已很難滿足要求。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，利用計算機敷設(shè)軟件來進行電纜敷設(shè)的設(shè)計，已成為一種常見的手段［2］。

在利用計算機敷設(shè)軟件進行電纜敷設(shè)的設(shè)計時，由于軟件缺陷和人為差錯等原因，很難保證最終敷設(shè)結(jié)果不存在差錯。然而，由于電纜數(shù)量非常龐大，通過手動方式一一去排查錯誤，效率非常低下。因此，如果能找到一種簡單有效的校核方法，快速有效地發(fā)現(xiàn)電纜敷設(shè)設(shè)計過程中的差錯之處，可以為設(shè)計人員節(jié)省大量的時間和精力。

1 利用敷設(shè)軟件進行電纜敷設(shè)時的常見差錯

目前市面上存在的電纜敷設(shè)軟件種類繁多，但是這些電纜敷設(shè)軟件從設(shè)計原理、操作流程等方面來看都是非常類似的，本文以《SDEPCI電廠熱控電纜數(shù)字化布線》軟件為例，來給出電纜敷設(shè)設(shè)計過程中的常見差錯。

利用《SDEPCI電廠熱控電纜數(shù)字化布線》軟件進行電纜敷設(shè)設(shè)計的流程如圖1所示［3］。其中，建立電纜通道是指將預(yù)先設(shè)計好的橋架、電纜溝等電纜通道定位到計算機敷設(shè)軟件中，并最終形成一個貫通的電纜通道網(wǎng)絡(luò)，這是利用計算機敷設(shè)軟件進行電纜敷設(shè)設(shè)計的首要工作和基礎(chǔ)工作。隨著機組容量的不斷增大，電廠中橋架、電纜溝等電纜通道的布置方案也變得越來越復(fù)雜，這就使得在計算機敷設(shè)軟件中建立電纜通道模型時，難免會產(chǎn)生各種各樣的差錯，最終導(dǎo)致所建立的電纜通道模型與實際設(shè)計有偏差。

建立電纜通道過程中的差錯多種多樣，但大體可以分為兩類，第一類是軟件自身的缺陷造成的差錯，第二類是人為原因造成的差錯。

軟件自身缺陷造成的差錯是指由于軟件自身的各種缺陷、漏洞等問題，使得軟件最終的運行結(jié)果與預(yù)期不一致的情況。圖2中給出了這類問題的一個典型案例。圖2中所示的電纜通道模型中，通過觀察發(fā)現(xiàn)不同橋架之間已經(jīng)通過三通和彎通彼此連接起來，但是由于此處橋架連接較為復(fù)雜，在實際敷設(shè)過程中，發(fā)現(xiàn)此處存在不連通的情況。

圖1 電纜敷設(shè)設(shè)計流程圖

圖2 軟件缺陷典型案例

人為因素造成的差錯是指在敷設(shè)過程中由于設(shè)計人員的疏忽和大意而造成的差錯。圖3中給出了這類問題的一個典型案例。通過觀察圖3上側(cè)的模型，會很自然地認為電纜豎井與左側(cè)的電纜通道已經(jīng)連通，但將連接處放大后發(fā)現(xiàn)，電纜豎井的中心點并沒有與左側(cè)的電纜通道中心點相重合，而是有一個微小的偏差。對于計算機敷設(shè)軟件來說，這個微小偏差的存在，會使其認為這兩個電纜通道之間是不連通的。

2 輔助校核的基本思路

在利用計算機敷設(shè)軟件進行電纜敷設(shè)設(shè)計的過程中，造成差錯的原因有很多，但所有差錯所造成的影響是相同的，即電纜的敷設(shè)路徑存在不同程度的“繞遠”情況，也就是所敷設(shè)的路徑并不是一條最短路徑。因此，可以定義一個電纜繞遠系數(shù)α，通過觀察α的大小來判斷該電纜的敷設(shè)結(jié)果是否存在異常。

電纜繞遠系數(shù)α的定義如下：

圖3 人為差錯典型案例

式中：L為電纜的實際敷設(shè)長度；Lmin為電纜的理論最短敷設(shè)長度。

由于電廠中橋架及電纜溝等電纜通道絕大多數(shù)是正交布置的，因此電纜的理論最短敷設(shè)長度Lmin定義如下：

式中，（x1，y1，z1）和（x2，y2，z2）分別是該電纜兩個終端設(shè)備在電纜敷設(shè)模型中的坐標。

3 電纜敷設(shè)輔助校核軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 AutoCAD VBA二次開發(fā)技術(shù)

本文利用AutoCAD VBA二次開發(fā)技術(shù)來對軟件進行設(shè)計與實現(xiàn)。VBA（Microsoft Visual Basic for Applications）于1994年首次出現(xiàn)在Microsoft Excel和Microsoft Project中，是用來自動執(zhí)行任務(wù)的一個編程環(huán)境。由于VBA在開發(fā)方面的易用性且功能強大，許多軟件開發(fā)商將其嵌入自己的應(yīng)用程序中，作為一種開發(fā)工具提供給用戶使用。在AutoCAD R14推出時，Autodesk在引入Active Automation技術(shù)的同時內(nèi)置了VBA開發(fā)工具并在AutoCAD R14.01中將其設(shè)置為標準安裝組件。VBA提供了一些用來創(chuàng)建圖形用戶界面（GUI）的可拖拉工具和用來與AutoCAD對象交互的編程環(huán)境。VBA提供了Visual Basic（VB）相似的豐富開發(fā)功能。在Auto-CAD中，AutoCAD VBA允許VBA編程環(huán)境與Auto-CAD同時運行，并通過ActiveX Automation接口對AutoCAD進行編程控制［4］。

3.2 軟件的設(shè)計與實現(xiàn)

電纜敷設(shè)輔助校核軟件的運行過程主要包括以下幾個步驟：

（1）導(dǎo)入電纜敷設(shè)清冊，讀取電纜敷設(shè)的相關(guān)信息，包括電纜的終端設(shè)備信息、實際敷設(shè)長度等；

（2）在敷設(shè)模型中讀取電纜終端設(shè)備的坐標值；

（3）計算電纜的理論最短敷設(shè)長度，讀取電纜的實際敷設(shè)長度；

（4）計算所有電纜的繞遠系數(shù)，并繪制繞遠系數(shù)分布圖。

其流程圖如圖4所示。

圖4 輔助校核軟件流程圖

3.2.1 電纜信息的提取

計算機敷設(shè)軟件所生成的電纜清冊通常是以Excel表格的方式保存的，因此在提取這些電纜信息時首先需要導(dǎo)入相關(guān)的Excel表格。在AutoCAD中導(dǎo)入Excel表格時，首先需要在AutoCAD VBA中引用Microsoft Excel 12.0 Object Library文件，從而使AutoCAD VBA能夠直接對Excel文件進行操作。引用完成后，便可利用下列程序?qū)胂嚓P(guān)Excel文件：

Dim app As New Excel.Application

Dim wb As Excel.Workbook

Dim filePath As String

Setwb=app.Workbooks.Open（filePath）

利用上述程序?qū)娎|敷設(shè)信息的Excel文件導(dǎo)入之后，便可根據(jù)需要讀取其中的任意內(nèi)容。

3.2.2 在敷設(shè)模型中讀取設(shè)備位置信息

在計算電纜的理論最短敷設(shè)距離之前，首先需要在敷設(shè)模型中讀取電纜終端設(shè)備的位置信息。要想讀取終端設(shè)備的位置信息，需要了解在電纜敷設(shè)軟件中設(shè)備信息的存儲方式。

在《SDEPCI電廠熱控電纜數(shù)字化布線》軟件中，所有終端設(shè)備是以設(shè)備點的形式存在的，該設(shè)備的所有非圖形特征信息（設(shè)備編碼、設(shè)備名稱、設(shè)備標高等）是通過擴展數(shù)據(jù)（XData）的方式存儲在設(shè)備點之中的。擴展數(shù)據(jù)是應(yīng)用程序加入到AutoCAD對象中的數(shù)據(jù)，它遵循系統(tǒng)的規(guī)則定義數(shù)據(jù)。每一個應(yīng)用程序都可以對同一個對象追加自己的數(shù)據(jù)，再根據(jù)各自的申請名來讀取這些數(shù)據(jù)［5］。擴展數(shù)據(jù)是利用從1000至1071的組碼來描述的［6］。在AutoCAD VBA中，可以利用GetXData函數(shù)來讀取對象的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，具體程序如下：

object.GetXData AppName，XDataType，XDataValue

利用GetXData函數(shù)對《SDEPCI電廠熱控電纜數(shù)字化布線》軟件中的某個設(shè)備點進行實際讀取操作，得到的結(jié)果如表1所示。通過表1得知，該設(shè)備的編碼、名稱以及標高分別存儲在擴展數(shù)據(jù)的第7項、第8項和第9項。

表1 擴展數(shù)據(jù)實例

知道設(shè)備信息的存儲方式之后，便可以利用下列程序得到當前選擇區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備點的編碼、名稱以及標高信息。

3.2.3 軟件的實現(xiàn)

在解決了電纜清冊和設(shè)備信息的讀取等問題之后，便可以根據(jù)圖4所示的流程圖來實現(xiàn)電纜敷設(shè)輔助校核軟件。實際設(shè)計完成的軟件界面如圖5所示。在進行實際操作時，首先利用“選擇節(jié)點”按鈕選擇同一區(qū)域內(nèi)的所有設(shè)備節(jié)點，并為其指定參考點。重復(fù)上述步驟直至所有設(shè)備節(jié)點選擇完成，然后利用“導(dǎo)入清冊”按鈕將對應(yīng)的電纜敷設(shè)結(jié)果Excel文件導(dǎo)入到軟件中。此后，軟件會自動計算所有電纜的實際敷設(shè)長度與理論最短敷設(shè)長度的比值，并給出所得結(jié)果。

圖5 軟件用戶界面

4 測試結(jié)果與數(shù)據(jù)處理

下面以新疆阿拉爾某350 MW火電工程中的實際電纜敷設(shè)模型為例，來對軟件進行實際測試。測試時隨機選取了667根電纜的敷設(shè)結(jié)果進行輔助校核，最終得到的電纜繞遠系數(shù)α的分布圖如圖6所示。

圖6 仿真結(jié)果

根據(jù)電纜繞遠系數(shù)的定義得知，其值越大，表示電纜敷設(shè)存在繞遠的可能性就越大。然而，通過圖6可以看出，電纜的繞遠系數(shù)隨著理論最小敷設(shè)長度的減小而成整體增大趨勢。因此，為了能在圖中更加直觀地體現(xiàn)電纜的繞遠情況，可以對圖6中的數(shù)據(jù)做如下處理：

當電纜的終端設(shè)備距離很近時，其電纜繞遠系數(shù)往往變得非常大，這是由于在電纜敷設(shè)模型中，無論電纜終端設(shè)備之間距離有多近，都需要首先將電纜連接到附近的電纜通道上，而不是在終端設(shè)備間直接相連。并且，當電纜終端設(shè)備之間的距離很小時，電纜敷設(shè)結(jié)果存在繞遠的可能性非常低。因此，對于理論最小敷設(shè)長度很小的電纜，其電纜繞遠系數(shù)的參考價值不大。

將圖6中的結(jié)果按照式（3）進行處理，并刪除理論最小敷設(shè)長度小于5 m的點，結(jié)果如圖7所示。

通過觀察圖7發(fā)現(xiàn)，電纜繞遠系數(shù)較大的點，大多集中在圖的左側(cè)，即理論最小敷設(shè)長度較小的電纜中。這是因為當電纜長度增大時，電纜繞遠所帶來的敷設(shè)長度變化將變得越來越小，因此圖7所示的分布圖很難體現(xiàn)長距離電纜的繞遠情況。為了更加均衡地反應(yīng)各個長度區(qū)間內(nèi)電纜的繞遠情況，我們對圖7中的數(shù)據(jù)進行如下如理：

式中：Lmin為電纜的理論最小敷設(shè)長度；為所有電纜的理論最小敷設(shè)長度的均值。

圖7 根據(jù)式（3）處理后的結(jié)果

將圖7中的結(jié)果按照式（4）進行處理，結(jié)果如圖8所示。對于圖8中的點，其縱坐標值越大，表示該電纜存在繞遠的可能性越大。將圖8中的電纜進行實際校核，其校核結(jié)果如圖9所示。

圖8 根據(jù)式（4）處理后的結(jié)果

通過圖9顯示的實際校核結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用本軟件輔助進行電纜敷設(shè)設(shè)計的校核時，能夠快速有效地發(fā)現(xiàn)電纜敷設(shè)設(shè)計過程中的差錯，從而為設(shè)計人員節(jié)省大量的時間和精力。

圖9 敷設(shè)結(jié)果校核情況

5 結(jié)束語

本文設(shè)計了一款電纜敷設(shè)輔助校核軟件，該軟件通過計算電纜實際敷設(shè)長度與理論最短敷設(shè)長度的比值，來為校核工作提供參考。通過在實際工程中的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該軟件可以幫助電纜敷設(shè)校核人員有針對性地排查電纜敷設(shè)設(shè)計中的錯誤，從而節(jié)省大量的時間，提高工作效率。此外，該軟件還可以發(fā)現(xiàn)電纜通道設(shè)計中的不足之處，使設(shè)計人員在以后的工作中有針對性地優(yōu)化電纜通道的布置方案。

［1］ 陳智，游建偉.秦山核電二期工程核島電纜敷設(shè)設(shè)計實踐［J］.核動力工程，2003，24（2）：201-203.

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［4］ 孔祥豐.AutoCAD VBA從入門到精通［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2001.

［5］ 李麗娜，孟繼申.AutoCAD擴展數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用［J］.遼寧科技學(xué)院學(xué)報，2005（3）：3-6.

［6］ 賀鵬，孫變富.AutoCAD擴展圖元數(shù)據(jù)在地籍測量中的應(yīng)用［J］.價值工程，2014（7）：202-204.

［7］ 楊叔子，吳雅，軒建平，等.時間序列分析的工程應(yīng)用［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.

Design and Im plementation of Assistant Checking Software for Cable Laying Simulation

YANG Ya-wei1，WANG Lu2
（1.Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd.，Jinan 250013，China；2.Shandong Education Training Center of Quality and Technical Supervision，Jinan 250013，China）

In order to increase the efficiency of cable laying desigen checker，a assistant checking software for cable laying is designed.The software is implementation based on AutoCAD VBA platform，it can calculate the real length and the theoreticalminimum length of all cables and their ratio.The result can be filtered and processed.With the help of this software，the cable laying design checker can find themistakes fast and accurately in cable laying design，aswell as the shortage of the cable channels design.

cable laying；design checking；secondary development of AutoCAD；data processing

TP311.52

：A

：1672-6901（2016）06-0036-05

2016-04-13

楊亞偉（1985-），男，工程師，碩士.

作者地址：山東濟南市華龍路1665號電力咨詢大廈1010室［250013］.