CableSmart電纜敷設(shè)軟件研發(fā)和應(yīng)用

黃志澎

CableSmart電纜敷設(shè)軟件研發(fā)和應(yīng)用

黃志澎

（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司數(shù)字工程分公司，四川 成都 610072）

電纜敷設(shè)是電氣設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜而煩瑣的環(huán)節(jié)，是整個(gè)電站安全運(yùn)行和控制的“動(dòng)脈和神經(jīng)”。水電站的廠區(qū)覆蓋面積大，橋架空間布置錯(cuò)綜復(fù)雜，電纜數(shù)量一般達(dá)到上萬數(shù)量級(jí)，電纜的路徑敷設(shè)、長度統(tǒng)計(jì)，電纜清冊(cè)的編制，電纜走向、根數(shù)、編號(hào)、型號(hào)規(guī)格等工程參數(shù)的標(biāo)注全部需要手工完成，這將消耗大量的人工。基于REVIT的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)、業(yè)務(wù)流程、應(yīng)用情況，闡述了水電站的電纜設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。

電纜敷設(shè)；水電站；REVIT；CableSmart

隨著BIM技術(shù)的發(fā)展，中國水電站的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)得到了蓬勃發(fā)展，逐漸從傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿S數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)。但從水電行業(yè)的BIM應(yīng)用情況來看，雖然有了大量基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)軟件，但各個(gè)專業(yè)的軟件模塊各有側(cè)重點(diǎn)，難以兼顧和滿足某些專業(yè)的設(shè)計(jì)深度要求。例如在已經(jīng)完成水電站廠房的結(jié)構(gòu)、建筑、水機(jī)、暖通等BIM模型基礎(chǔ)上，如何開展電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)是急迫需要解決的問題和瓶頸。

電纜敷設(shè)是電氣設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜而煩瑣的環(huán)節(jié)，是整個(gè)電站安全運(yùn)行和控制的“動(dòng)脈和神經(jīng)”。水電站的廠區(qū)覆蓋面積大，橋架空間布置錯(cuò)綜復(fù)雜，電纜數(shù)量一般達(dá)到上萬數(shù)量級(jí)，數(shù)據(jù)關(guān)系和模型關(guān)聯(lián)十分復(fù)雜。一旦敷設(shè)電纜后，很多工作不可逆轉(zhuǎn)，采用以往的人工敷設(shè)將造成很多不必要的損失，如何利用基于BIM模型的電纜自動(dòng)敷設(shè)設(shè)計(jì)手段，是電纜敷設(shè)工作的重點(diǎn)。

1 國內(nèi)外軟件情況

在國外電纜敷設(shè)軟件比較多，例如PDMS、Bently等。在電力、石油行業(yè)用得比較多，但仍然需要進(jìn)行本土化和定制開發(fā)。在中國博超、中科輔龍等公司在AutoCAD上開發(fā)了相關(guān)的電纜敷設(shè)的部分功能，主要功能包括橋架繪制與編輯、配管設(shè)計(jì)、排管設(shè)計(jì)、與三維工廠軟件接口、路徑優(yōu)化、自動(dòng)分層敷設(shè)、電纜清冊(cè)等。REVIT已成為重要的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)建筑、結(jié)構(gòu)、水機(jī)、暖通、電氣等多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，但目前國內(nèi)外沒有基于REVIT的電纜敷設(shè)工具或平臺(tái)，這成為水電站數(shù)字化設(shè)計(jì)中亟待解決的問題。

2 電纜敷設(shè)業(yè)務(wù)流程

水電站廠房的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程如下：①設(shè)計(jì)人員根據(jù)電廠設(shè)備的位置和所需電纜參數(shù)，完成橋架布置規(guī)劃，包括橋架類型和層數(shù)等。然后打開REVIT，完成橋架的模型繪制工作，包含電氣設(shè)備的布置、橋架埋管、連接件等。②橋架繪制完成后，檢查橋架的物理連通性，即橋架與彎通、三通、四通之間是否保持連接，不同連通域的對(duì)象用不同顏色標(biāo)識(shí)，并高亮顯示不連接的位置，提示設(shè)計(jì)人員修改模型。③連通性檢查完畢后，自動(dòng)生成立柱和托臂。④對(duì)橋架、設(shè)備進(jìn)行編碼，保證唯一ID。其中橋架路徑的自動(dòng)編號(hào)，搜索聯(lián)通的橋架，以此為路徑按照從左往右，從下向上的順序遍歷路徑的分支并進(jìn)行編號(hào)。⑤完成路徑編號(hào)后，專業(yè)處編制電纜清冊(cè)，提供電纜起點(diǎn)終點(diǎn)和電纜規(guī)格。⑥程序讀取不包含走向和長度信息的電纜清冊(cè)，根據(jù)清冊(cè)中的設(shè)備信息在電纜規(guī)格庫中匹配出合適的電纜規(guī)格，從電纜清冊(cè)中獲得電纜敷設(shè)的起點(diǎn)和終點(diǎn)。此時(shí)的電纜清冊(cè)只包含電纜編號(hào)、起點(diǎn)設(shè)備、終點(diǎn)設(shè)備、電纜規(guī)格的信息。⑦根據(jù)電纜敷設(shè)的規(guī)則進(jìn)行路徑的初步規(guī)劃，并進(jìn)行橋架網(wǎng)的連通性檢查以及電纜清冊(cè)合理性檢查。例如電纜清冊(cè)是否存在錯(cuò)誤編號(hào)或不存在的電氣設(shè)備、電纜規(guī)格等。⑧連通性與合理性檢查通過后，進(jìn)行電纜的敷設(shè)，生成電纜敷設(shè)施工表（形式待商榷）以及電纜橋架二維圖，主要包含橋架、電纜的標(biāo)注，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地方可用剖面標(biāo)注，標(biāo)注樣式以我院CAD圖紙為準(zhǔn)。⑨輸出橋架、埋管及附件的材料表。⑩輸出包含電纜走向信息、長度的電纜清冊(cè)，指導(dǎo)采購。

3 電纜敷設(shè)的開發(fā)技術(shù)路徑

在電站深化設(shè)計(jì)階段，相關(guān)的橋架網(wǎng)規(guī)劃和電纜連接參數(shù)基本確定了，在電站數(shù)字化設(shè)計(jì)模型上已經(jīng)完成了橋架和設(shè)備的布置，電纜的起點(diǎn)和終點(diǎn)已經(jīng)確定。電纜自動(dòng)敷設(shè)設(shè)計(jì)屬于三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和路徑系統(tǒng)規(guī)劃范疇。電纜敷設(shè)算法或規(guī)則是在滿足電壓等級(jí)、載流量等各種限制規(guī)則前提下，尋找最短或最優(yōu)路徑的圖論求解過程。技術(shù)原理如圖1所示。完成自動(dòng)敷設(shè)后，需要進(jìn)行優(yōu)化敷設(shè)，滿足容積率。電壓等級(jí)等規(guī)范要求，動(dòng)態(tài)修改橋架網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電纜規(guī)格、容積率。

圖1 技術(shù)原理圖

4 軟件架構(gòu)

結(jié)合生產(chǎn)需求和業(yè)務(wù)流程，開發(fā)了基于REVIT的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)軟件（CableSmart），可實(shí)現(xiàn)橋架路徑分段識(shí)別，路徑自動(dòng)編號(hào)，支吊架自動(dòng)生成，橋架的材料初步統(tǒng)計(jì)，橋架標(biāo)注，模型屬性添加，設(shè)備編號(hào)，手動(dòng)敷設(shè)，自動(dòng)敷設(shè)，模型正確性檢查，電纜調(diào)整，電纜清冊(cè)，電纜橋架出圖標(biāo)注等功能，集成了橋架電纜等各種規(guī)格和規(guī)則。

該系統(tǒng)框架如圖2所示。

圖2 CableSmart系統(tǒng)框架圖

5 CableSmart電纜敷設(shè)軟件

CableSmart電纜敷設(shè)工具基于REVIT平臺(tái)，結(jié)合水電站廠房電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)方法和流程，通過二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)橋架設(shè)計(jì)，電纜自動(dòng)敷設(shè)，自動(dòng)生成電纜清冊(cè)和各種報(bào)表，自動(dòng)校驗(yàn)，數(shù)字化模型管理等功能，幫助機(jī)電專業(yè)快速完成橋架和電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)工作。

本系統(tǒng)主要模塊和功能如表1所示。

表1 主要模塊功能表

模塊功能功能描述 規(guī)格庫管理電纜規(guī)格管理信息主要包括型號(hào)、電壓、芯數(shù)、截面、生產(chǎn)廠家等 橋架規(guī)格管理橋架規(guī)格庫 編號(hào)管理設(shè)備編號(hào)手動(dòng)或批量多設(shè)備編碼 橋架編號(hào)按照橋架編碼規(guī)則自動(dòng)進(jìn)行編號(hào) 標(biāo)注橋架標(biāo)注三維、二維橋架圖紙標(biāo)注 電纜標(biāo)注標(biāo)注電纜信息 材料統(tǒng)計(jì)材料統(tǒng)計(jì)按照成都院材料表樣式進(jìn)行材料信息統(tǒng)計(jì)輸出 電纜敷設(shè)清冊(cè)導(dǎo)入Excel清冊(cè)導(dǎo)入，并進(jìn)行電纜規(guī)格檢查，設(shè)備編號(hào)檢查 清冊(cè)導(dǎo)出導(dǎo)出Excel電纜清冊(cè)表、電纜匯總表 自動(dòng)敷設(shè)電纜自動(dòng)按照指定敷設(shè)規(guī)則對(duì)選中的電纜進(jìn)行自動(dòng)敷設(shè)，生成電纜模型，默認(rèn)最短路徑 電纜編輯優(yōu)化通過二次敷設(shè)調(diào)整，優(yōu)化電纜的敷設(shè)路徑，以滿足容積率等規(guī)范要求 模型檢查橋架負(fù)荷檢查檢查橋架上的電纜是否超過結(jié)構(gòu)允許承載力 橋架寬度檢查檢查橋架上的電纜是否滿足空間要求 埋管斷面檢查檢查埋管斷面尺寸是否符合內(nèi)穿電纜界面要求 埋管與設(shè)備關(guān)聯(lián)建立埋管與設(shè)備的關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)關(guān)系

本系統(tǒng)的模塊功能，包括規(guī)格庫管理、橋架設(shè)計(jì)、模型編號(hào)和檢查等管理、電纜敷設(shè)等模塊，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)模塊菜單

6 工程應(yīng)用

在大渡河流域的猴子巖電站數(shù)字化設(shè)計(jì)上開展了電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)和成果交付，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品的深度和精度都得到了大幅提升，取得了顯著成效，填補(bǔ)機(jī)電專業(yè)電纜敷設(shè)精細(xì)化設(shè)計(jì)能力和技術(shù)的空白，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)人員快速完成橋架和電纜的設(shè)計(jì)工作，滿足項(xiàng)目業(yè)主希望通過精細(xì)化設(shè)計(jì)為后期精細(xì)化采購、精細(xì)化施工、精細(xì)化維護(hù)的要求，提升技術(shù)優(yōu)勢和市場競爭力。

全廠的設(shè)備及橋架網(wǎng)如圖4所示。輔助和指導(dǎo)現(xiàn)場電纜敷設(shè)工作如圖5所示。

圖4 全廠的設(shè)備及橋架網(wǎng)

圖5 輔助和指導(dǎo)現(xiàn)場電纜敷設(shè)工作（某個(gè)橋架所經(jīng)過電纜信息）

利用CableSmart電纜敷設(shè)軟件，基于BIM三維模型的電纜清冊(cè)準(zhǔn)確可靠，可以準(zhǔn)確計(jì)算每根電纜的敷設(shè)長度和裕量長度，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，為電纜采購和施工提供準(zhǔn)確參考，降低工程造價(jià)。

設(shè)校審人員可以直接在BIM模型上，查詢?nèi)我饩幪?hào)的電纜所經(jīng)過的路徑，包括橋架、埋管、連接設(shè)備等信息，并復(fù)核電纜敷設(shè)是否符合規(guī)范要求，包括容積率、電壓匹配、載流量等。

通過對(duì)各橋架上所通過電纜的信息檢查，可以發(fā)現(xiàn)某些橋架沒有敷設(shè)電纜或者備用橋架過多、某些橋架之間的電纜分布不均等情況，可以通過調(diào)整橋架布置或調(diào)整橋架的容積率，使橋架網(wǎng)絡(luò)和電纜敷設(shè)更合理。

7 結(jié)論

CableSmart電纜敷設(shè)軟件的開發(fā)及猴子巖電站應(yīng)用，形成電廠數(shù)字化設(shè)計(jì)顯得更專業(yè)和高效，取得了顯著成效。實(shí)踐表明，通過電纜數(shù)字化自動(dòng)敷設(shè)，設(shè)計(jì)效率顯著提高，電纜工程量的準(zhǔn)確性大大提高，避免了采購和施工中造成的浪費(fèi)，節(jié)約了投資。同時(shí)在短時(shí)間完成了電纜敷設(shè)優(yōu)化和橋架網(wǎng)布置優(yōu)化，在有限的空間內(nèi)布置更合理。集成了電纜敷設(shè)信息的數(shù)字模型（含設(shè)備、橋架、埋管等）和數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)字移交給業(yè)主和電廠運(yùn)維單位，可以為后期電站的數(shù)字資產(chǎn)運(yùn)維和故障檢修提供了重要支撐。

基于REVIT平臺(tái)開發(fā)的CableSmart電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)軟件，其功能和設(shè)計(jì)應(yīng)用流程在水電行業(yè)中屬于首創(chuàng)，填補(bǔ)了中國水電行業(yè)電纜敷設(shè)數(shù)字化設(shè)計(jì)工具的空白。開發(fā)和應(yīng)用取得了階段性成果，但還存在改進(jìn)和提升的空間，包括提升算法速度、電纜空間排列、與造價(jià)采購系統(tǒng)對(duì)接等，并在實(shí)際工程中檢驗(yàn)，成為水電行業(yè)專業(yè)的電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)工具。

［1］李開勝，李新禹.電纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.百科論壇電子雜志，2018（1）：480，482.

［2］李鵬，孟暉，王瑞橋.基于CDMS的核電廠電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2018，17（11）：55-56.

［3］曹明治.基于電力電纜的敷設(shè)設(shè)計(jì)分析［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017（13）：3757.

［4］楊振君，陳燕國，王泰國，等.基于電力電纜的敷設(shè)設(shè)計(jì)分析［J］.通訊世界，2016（24）：100-101.

［5］丁雪.關(guān)于電力工程中電力電纜敷設(shè)的探討［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2019（16）：3601.

TM757

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.065

2095－6835（2019）19－0153－03

黃志澎（1980—），男，雙學(xué)士，高級(jí)工程師，高級(jí)程序員，從事水電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)研發(fā)及應(yīng)用工作。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕