水利水電工程三維電纜橋架布置及電纜自動(dòng)敷設(shè)研究

彭自強(qiáng)

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長沙 410007）

引 言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，基于BIM 技術(shù)的三維設(shè)計(jì)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。水電工程建設(shè)周期長、工程復(fù)雜，涵蓋測(cè)繪、地質(zhì)、水工、施工、水機(jī)、金結(jié)、電氣、消防等眾多專業(yè)，采用基于BIM 技術(shù)的三維設(shè)計(jì)方法則顯得非常有優(yōu)勢(shì)。

電氣專業(yè)作為水電工程眾多專業(yè)中的一個(gè)分支，包含設(shè)備布置、照明布置、橋架布置、電纜敷設(shè)等內(nèi)容，其中橋架布置和電纜敷設(shè)存在以下問題：

1）水電站廠房面積大，供電范圍廣，橋架布置工作量大；采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)法，橋架布置需要添加許多剖面圖，對(duì)施工人員讀圖要求大，且后期施工配合多、設(shè)計(jì)變更次數(shù)多。

2）水電站內(nèi)一次、二次電纜數(shù)量繁多，采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)法進(jìn)行手工敷設(shè)，嚴(yán)重耗費(fèi)時(shí)間且電纜長度統(tǒng)計(jì)不夠精確，材料浪費(fèi)嚴(yán)重。

這些問題嚴(yán)重制約著設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，如何有效地解決這些問題日趨成為設(shè)計(jì)人員的研究熱點(diǎn)。

針對(duì)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，本文采用三維設(shè)計(jì)方法進(jìn)行電纜橋架布置，使布置整體清晰、直觀，能夠高效地指導(dǎo)施工且有效地將碰撞現(xiàn)象解決在設(shè)計(jì)階段；對(duì)電纜進(jìn)行自動(dòng)敷設(shè)，并自動(dòng)生成各種材料清單、電纜清冊(cè)，極大地提高材料統(tǒng)計(jì)精準(zhǔn)度，大大節(jié)省了材料，為業(yè)主節(jié)省了工程開支，提高了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 三維電纜橋架布置

1.1 橋架參數(shù)化建模

BRCM（Bentley Raceway and Cable Management）軟件提供了托盤式、梯級(jí)式、槽式等各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格電纜橋架的參數(shù)化建模功能，設(shè)計(jì)人員只需選擇所需橋架類型，輸入橋架參數(shù)，即可快速創(chuàng)建符合要求的橋架，橋架參數(shù)化工具如圖1 所示。

BRCM 根據(jù)橋架布置可以自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)水平彎通進(jìn)行橋架連接，同時(shí)設(shè)計(jì)人員也可通過手動(dòng)插入橋架部件插入各種類型標(biāo)準(zhǔn)彎通（不包含異形彎通），如圖2 所示。

但是，BRCM 中自帶的參數(shù)化橋架工具只能針對(duì)各種直通橋架和規(guī)則非變徑彎通進(jìn)行參數(shù)化建模，對(duì)于設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到的各類別異形彎通無法實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，無法滿足水電工程三維橋架布置的需求。

圖1 橋架參數(shù)化工具

圖2 規(guī)則彎通建模工具

1.2 異形彎通參數(shù)化建模

針對(duì)BRCM 軟件本身無法完成異形彎通參數(shù)化建模的情況，本文采用VBA 編程語言開發(fā)了一款具備交互式界面的異形彎通參數(shù)化建模工具，其中涵蓋了設(shè)計(jì)中常用的變徑水平彎通、變徑水平三通、變徑水平四通、垂直上彎通、垂直下彎通、上垂直三通、下垂直三通等各類型異形彎通，工具基本界面如圖3 所示。

通過選擇所需類型異形彎通，輸入彎通參數(shù)，點(diǎn)擊創(chuàng)建模型，即可快速創(chuàng)建所需彎通并在界面右側(cè)預(yù)覽窗口顯示預(yù)覽模型。點(diǎn)擊插入模型，即可動(dòng)態(tài)地將創(chuàng)建的參數(shù)化彎通模型插入圖紙文件中，極大地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

圖3 橋架異形彎通參數(shù)化建模工具

通過開發(fā)的異形彎通參數(shù)化建模工具創(chuàng)建的各類別異形彎通如圖4 所示，基本能夠滿足水電工程設(shè)計(jì)所需異形彎通要求。

圖4 異形彎通模型

1.3 橋架支吊架建模

通過BRCM 中的創(chuàng)建/修改設(shè)備命令，新建各種類型、各種規(guī)格的立柱、托臂模型，新建界面如圖5 所示。

新建完成后，會(huì)生成兩個(gè).xml 文件，將這些文件進(jìn)行打包生成.exe 執(zhí)行程序，設(shè)計(jì)人員只需一鍵點(diǎn)擊安裝即可進(jìn)行使用。

圖5 創(chuàng)建/修改設(shè)備

新建的立柱、托臂型號(hào)如圖6 所示，部分模型如圖7 所示，從圖6 和圖7 可以看出新建的立柱和托臂基本涵蓋了橋架設(shè)計(jì)所需要的樣式，設(shè)計(jì)人員可以從中方便、快捷地調(diào)取所需要的樣式進(jìn)行設(shè)計(jì)，極大地提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。

圖7 部分立柱和托臂模型

1.4 橋架布置

利用BRCM 的參考功能參考電站廠房結(jié)構(gòu)圖和廠房電氣設(shè)備布置圖，采用精確繪圖法布置全廠電纜橋架。

全廠橋架布置完成后，運(yùn)用Navigator 軟件導(dǎo)入橋架布置三維模型對(duì)橋架布置與廠房結(jié)構(gòu)和水機(jī)管路進(jìn)行碰撞檢查，并根據(jù)碰撞檢查結(jié)果進(jìn)行路徑優(yōu)化。碰撞檢查通過后，對(duì)所有的橋架和彎通進(jìn)行編碼，賦予橋架電氣屬性。

某水電站全廠橋架布置如圖8 所示。

2 電纜自動(dòng)敷設(shè)

2.1 自動(dòng)敷設(shè)流程

水電站全廠電纜數(shù)量多、路徑雜，傳統(tǒng)二維電纜敷設(shè)法工作量大、繁瑣且對(duì)電纜用量難以準(zhǔn)確把控。利用三維設(shè)計(jì)手段對(duì)水電站全廠電纜進(jìn)行自動(dòng)敷設(shè)，能夠有效避免傳統(tǒng)二維電纜敷設(shè)的困難。電纜自動(dòng)敷設(shè)流程如圖9 所示。

按圖9 流程做完所有敷設(shè)前期準(zhǔn)備工作，即可導(dǎo)入事先編制的給定起點(diǎn)和終點(diǎn)的電纜清冊(cè)，進(jìn)行電纜自動(dòng)敷設(shè)，自動(dòng)敷設(shè)按照以下兩條原則進(jìn)行：

1）避開負(fù)載或者容量達(dá)到90%及以上的電纜橋架路徑；

2）自動(dòng)選擇最短路徑，即從起點(diǎn)到終點(diǎn)有多種橋架路徑可供選擇時(shí)，則自動(dòng)選擇最短的橋架路徑進(jìn)行電纜敷設(shè)。

2.2 三維實(shí)體電纜展示

電纜自動(dòng)敷設(shè)完成后，可以創(chuàng)建電纜的三維實(shí)體展示，清晰地查看電纜的具體走向，同時(shí)，通過電纜屬性信息可以查看電纜的詳細(xì)信息，包括電纜規(guī)格型號(hào)、起點(diǎn)、終點(diǎn)、電纜長度、直徑、重量等內(nèi)容。

圖8 全廠橋架布置模型

圖9 電纜自動(dòng)敷設(shè)流程

施工人員在現(xiàn)場可以通過pad 瀏覽敷設(shè)模型，查看三維實(shí)體電纜，快捷高效地指導(dǎo)電纜敷設(shè)施工。同時(shí)，在基于BIM 技術(shù)的全生命周期中的后期電站運(yùn)維階段，運(yùn)維人員也可通過三維實(shí)體電纜展示快速地查詢到相關(guān)信息。

如圖10 所示為三維實(shí)體電纜及電纜信息展示。

圖10 電纜三維實(shí)體展示

2.3 敷設(shè)成果輸出

自動(dòng)敷設(shè)完成后，可以生成電纜橋架截面信息、電纜清冊(cè)表、電纜工程量清單、橋架工程量清單等成果，如圖11 所示。

電纜橋架截面信息包含通過該電纜橋架的電纜規(guī)格和型號(hào)、橋架的容積率，橋架的規(guī)格和型號(hào)等信息，可以方便設(shè)計(jì)人員快速地進(jìn)行敷設(shè)檢查及高效指導(dǎo)施工。

電纜清冊(cè)表包含每根電纜的規(guī)格和型號(hào)、電纜起點(diǎn)和終點(diǎn)、電纜長度及電纜詳細(xì)敷設(shè)路徑，可以高效地指導(dǎo)施工。

電纜工程量清單和橋架工程量清單包含工程所需的各規(guī)格的電纜和橋架用量，可以提供給業(yè)主進(jìn)行設(shè)備采購。

針對(duì)全廠電纜進(jìn)行自動(dòng)化、可視化敷設(shè)，自動(dòng)生成電纜清冊(cè)，既能準(zhǔn)確控制采購量，避免浪費(fèi)，大大降低成本，又能提高現(xiàn)場施工人員電纜敷設(shè)效率，并使電纜敷設(shè)更加合理、美觀，避免現(xiàn)場電纜敷設(shè)混亂造成安全隱患。同時(shí)生成相應(yīng)的三維可視化電纜敷設(shè)模型，高效地指導(dǎo)現(xiàn)場施工，也便于后期數(shù)字化運(yùn)行維護(hù)中直接利用，以達(dá)到可視化管理全廠電纜運(yùn)行狀態(tài)的目的。

3 結(jié) 語

利用BRCM 軟件和開發(fā)的工具根據(jù)本文研究思路對(duì)水電站中設(shè)計(jì)繁雜的電纜橋架布置及電纜敷設(shè)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1）三維橋架（包括各類異形彎通及支吊架）布置清晰、直觀，能夠高效地指導(dǎo)施工，減少設(shè)計(jì)變更。

2）快速、準(zhǔn)確地完成電纜自動(dòng)敷設(shè)，生成各種報(bào)表，精準(zhǔn)指導(dǎo)材料采購及現(xiàn)場施工。

3）生成的各成果可利用于后期運(yùn)行維護(hù)，為高效運(yùn)維提供基礎(chǔ)。

圖11 成果輸出

4）該研究成果可推廣應(yīng)用于其他類似工程。