基于BIM技術在公共建筑變電所電纜敷設的應用

廖衛(wèi)超，任忠山

（武漢建工集團股份有限公司，武漢 430000）

0 引言

隨著當今社會的發(fā)展，近年來全國各大中型城市陸續(xù)大規(guī)模的建設較為復雜的公共建筑，用電負荷也相應增大，對供電需求加大，建筑物內部大都設有35 kV等級的變電所，而變電所中電纜的敷設是整個機電安裝施工中的重點和難點，加上電纜價格昂貴，做好電纜敷設前的周密策劃，不僅可以提高變電所施工工藝質量，還可以精準控制電纜的長度。BIM技術從設計到施工都發(fā)輝這不可估量的作用［1］，使用BIM技術，可以對設計方案進行不斷完善，對于電氣設計的質量和效率提升都起到良好的促進作用。本文研究通過BIM三維建模及三維仿真軟件直觀地展現(xiàn)電纜敷設前的虛擬敷設，對變配電房高低壓柜、變壓器進行安裝位置優(yōu)化，對電纜溝的布置，電纜的走向路由，支架選型定位，電纜敷設順序等方面進行仿真模擬，通過Revit軟件對每個節(jié)點進行編號，生成每段電纜長度報表，為施工現(xiàn)場提供施工依據(jù)，對前期電纜的分盤，電纜敷設提供有效管理，從而提高公共建筑變電所電纜敷設的施工質量和經(jīng)濟效益[2]。

國內外研究的重點還是BIM在機電安裝過程中管線綜合布局的應用，而對于機電綜合布局中電氣占的比例很小，就只有橋架參與其中。因此BIM技術在電氣專業(yè)的應用甚少，恰恰電氣專業(yè)中電纜敷設在整個安裝過程中比較重要的一個環(huán)節(jié)，本文主要從BIM在電纜敷設著手。建 筑 信 息 模 型（Building Information Modeling，BIM[3]）是基于三維數(shù)字技術的建筑業(yè)信息化發(fā)展技術，具有應用BIM三維可視化、虛擬仿真、專業(yè)協(xié)同、信息統(tǒng)計等特點[4]，應用BIM技術，對機電設備安裝效果進行模擬，避免各個數(shù)據(jù)參數(shù)出現(xiàn)偏差，為建筑機電安裝設計方案優(yōu)化提供參考依據(jù)[5]。本文結合相關電氣設計施工規(guī)范，對電纜的路由分布進行精細化策劃與管理。對電纜敷設過程中的現(xiàn)場布置、實際實施、現(xiàn)場管理等進行管控。盡早發(fā)現(xiàn)方案中的問題，事前及時發(fā)現(xiàn)并解決方案中存在的問題，不斷優(yōu)化、調整方案，提高電纜敷設的效率，提高電纜敷設質量。

1 BIM三維虛擬

利用BIM三維輔助工具實現(xiàn)三維輔助施工仿真，利用精確的數(shù)字化BIM模型[6]，相比較傳統(tǒng)的變電所電纜敷設方案，施工工藝，電纜分盤采購計劃更加高效精準。單純依靠二維平面圖紙及施工經(jīng)驗來策劃電纜的走向，如何錯層分布電纜，但由于變電所電纜量極大，多達幾百根電纜，工作強度大，故而容錯率較高，對整個建筑的供電存在很大的隱患，造成電纜裁剪長度不準，造成電纜浪費。BIM三維模擬可以完成數(shù)字化、可視化、預見性、可交互性，模擬仿真式的電纜敷設施工管理[7]。借助BIM三維虛擬仿真，可1∶1比例的還原變電所內部的整體布局方案，包括電纜溝的寬度、深度、走向，高低壓柜、變壓器的布局，防火電纜和普通電纜如何按照規(guī)范要求排布，電纜支架的形式，布置間距，進入配電房的豎向橋架走向布局。通過軟件對設計圖紙進行優(yōu)化，以達到施工質量和成本的最大效益。

2 BIM在建筑電氣變配電房中的應用

2.1 傳統(tǒng)公建配電房布局的局限性

現(xiàn)階段隨著城市的高速發(fā)展，城市電力負荷不斷加重，因此對于城市電力設施的要求越來越高，一般公共建筑的電力系統(tǒng)都比較復雜，配電房作為建筑的核心部位，由如人的心臟，不斷地為建筑物提供動力。傳統(tǒng)的配電房優(yōu)化，只能通過二維圖紙結合CAD工具，通過人為的空間想象來優(yōu)化配電房的布局及電纜排布。這樣僅僅通過二維層面的布局，施工過程中會存在各種各樣的問題，例如電纜轉彎弧度考慮不到位，電纜在電纜溝或者橋架中發(fā)生交叉，配電房整體布局不美觀等不足。

2.2 電纜敷設的重難點

（1）資源浪費

項目實際測量難度大、電纜資源浪費較多。傳統(tǒng)的電纜敷設主要還是依賴于設計圖紙或投標清單中的電纜工程量，通過設計圖紙得到的電纜長度顯然不夠精準，不能實際反映出施工現(xiàn)場實際的情況，導致電纜實際用量與理論計算量普遍存在很大差異。加上現(xiàn)場橋架翻彎過多，導致現(xiàn)場測量的難度較大，測量的誤差較大，現(xiàn)場測量的不準確，導致電纜分盤計劃與實際長度有誤差，經(jīng)常造成電纜用料的浪費。

（2）電纜敷設混亂

電纜走向排布混亂，電纜敷設不美觀，配電房是電纜的集中位置，內部電纜種類數(shù)量繁多，一般配電房多達數(shù)百根電纜，傳統(tǒng)的變電所電纜敷設施工方法依靠施工人員根據(jù)現(xiàn)場情況和以往施工經(jīng)驗規(guī)劃電纜走向，以避免電纜交叉和超彎曲半徑的情況[8]。不可能將所有電纜都考慮的很到位，在這種情況下敷設的電纜難免會出現(xiàn)電纜交叉錯亂的現(xiàn)場，最終使配電房整體效果不是很美觀。

（3）電纜計算繁瑣

電纜計算公式繁瑣，不易統(tǒng)計電纜布局通過CAD排布完成，回路編號后，根據(jù)優(yōu)化的CAD圖紙，按照電纜計算規(guī)則，電纜水平長度+垂直長度+預留長度，最后乘以系數(shù)得到每條回路的電纜長度，這種方式得到的電纜統(tǒng)計表計算式麻煩，電纜分類也不是很簡潔，這無疑增加了現(xiàn)場施工人員的工作量，降低了工作效率。

（4）施工空間有限

敷設空間狹小，施工難度增加通過人工測量和二維圖紙得到的布局方案，往往在配電房布局過程中無法真實的還原實際敷設環(huán)境，使在本就空間有限的設備房敷設電纜更加不易操作，人工敷設難度增加。

3 BIM在公共建筑中的應用案例分析

3.1 案例背景

本案例選擇的項目是湖北省醫(yī)養(yǎng)康復中心（示范）項目，項目有東西兩個地塊組成，其中東側地塊位于卓刀泉南路西側，東鄰卓刀泉南路；西側為規(guī)劃中的城市道路，南側面朝南湖。項目共計兩個變配電房，本項目研究的變配電房共有8臺變壓器，變壓器容量均為1250 kVA。

3.2 應用介紹

主要應用Autodesk Revit軟件對電纜進行建模、標記，利用Autodesk Navisworks對模型進行仿真模擬，保證電纜的空間排布最優(yōu)化，消防電纜和非消防電纜分開排布，使電纜在敷設過程中避免交叉，在滿足功能性的前提上保證美觀度。通過建立配電房模型對配電房綜合排布進行優(yōu)化。優(yōu)化內容主要包括：配電房配電柜變壓器安裝位置、風管安裝位置、氣體滅火管網(wǎng)布局、照明燈具優(yōu)化、電纜溝優(yōu)化、支架布置、電纜敷設，通過三維布局進行管控，更加全面、協(xié)調、高效的優(yōu)化布局。

（1）模型建立

首先收集建立模型中需要用的族，包括配電柜、變壓器，電纜支架、風管、管道、燈具等，建立項目設施設備資源庫。在建模的過程中根據(jù)需要直接在族庫中提取對應族，這些族都是參數(shù)族，可以針對不同的參數(shù)進行調整。根據(jù)設計圖紙進行配電房建筑，結構建模，在建筑模型的基礎上將配電房中配電柜、支架、橋架、電纜、風管、管道、燈具進行建摸。

（2）模型優(yōu)化

模型完成后，在滿足規(guī)范和施工工藝的前提下將整個模型優(yōu)化，使之既美觀又經(jīng)濟，優(yōu)化步驟：電纜溝→配電柜位置→電纜溝支架→橋架布局走向→電纜敷設排布。

（3）電纜溝優(yōu)化

配電房中電纜都集中敷設在電纜溝中，電纜溝的寬度、深度、路由決定了電纜敷設的美觀和難易度。優(yōu)化時考慮電纜路由最捷徑且各配電柜出線電纜無交叉敷設。如圖1所示。

圖1 電纜溝優(yōu)化

（4）配電柜位置優(yōu)化

在電纜溝位置確定后，根據(jù)電纜走向確定好配電房內部配電柜的位置，保證配電柜成排成線、位置居中，配電柜前后都留有安全規(guī)范距離。如圖2所示。

圖2 配電柜位置優(yōu)化

（5）電纜支架優(yōu)化

根據(jù)配電柜位置和電纜溝走向在電纜溝兩側分別設置支架，遵循的原則：電纜溝有配電柜的一邊配電柜下方均要設置支架，在電纜溝另一邊穿插布置支架，使人在電纜溝中能夠呈蛇形行走。如圖3所示。

圖3 電纜支架優(yōu)化

（6）橋架布局優(yōu)化

根據(jù)電纜的走向確定橋架的路由，深化橋架大小，使之電纜在其中排布整齊有序。

（7）電纜路由模擬

BIM模型優(yōu)化后，通過計算機模擬電纜敷設路由，真實還原實際環(huán)境，在模擬模型中依依審查，發(fā)現(xiàn)有不合理的位置及時將模型修改，模擬時主要考慮保證消防電纜和普通電纜分布在電纜溝兩側的電纜支架上，消防電纜和普通電纜嚴格分開，電纜在轉彎處的轉彎半徑要合適，電纜在出配電房的豎向橋架上排列整齊。在優(yōu)化電纜路徑時，只需要調整電纜的位置參數(shù)即可，方便快速，極大的提高了變電所的電纜布局調整效率。如圖4所示。

圖4 電纜敷設模擬

（8）電纜量統(tǒng)計

在電纜敷設模擬完成后，運用AutoDesk公司的BIM軟件Revit直接生成電纜統(tǒng)計表，將電纜分型號統(tǒng)計，方便施工管理人員編制電纜需求計劃表，提高項目管理效率。如圖5所示。

圖5 電纜統(tǒng)計

（9）指導施工

將REVIT模型導成輕量化模型，工人師傅通過手機就可以將模型打開實地查看，這樣就很方便現(xiàn)場操作施工。

3.3 應用分析

BIM三維軟件建模具有很強的聯(lián)動性[9]，模型和統(tǒng)計表完成后，后期模型有任何調整后，所有模型信息都會相應地調整，保證整個模型的統(tǒng)一性。利用軟件建模優(yōu)化布局，效率更高，更準確，提高配電房布局的合理性。降低工程建設的成本，提高工程質量[10]。

電纜用量精確、電纜浪費量小，利用基于BIM的高精度模型，由仿真軟件得到的數(shù)據(jù)也是很精確的。準確的電纜排布保證施工過程中電纜敷設走向及順序的合理性。可以通過各類模擬試驗，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并對設計方案進行優(yōu)化，最終獲得最佳的施工方案，進而避免在正式施工之后出現(xiàn)返修等問題[11]?？梢栽谀Ｐ椭兄苯舆M行調整優(yōu)化，解決交叉問題之后，再將優(yōu)化后的模型及圖紙交付現(xiàn)場，指導施工，保證現(xiàn)場整潔、美觀[12]。

3.4 應用成果展示

在施工過程中通過研究過程管控，施工完成后效果也是非常不錯，現(xiàn)將電纜敷設成果展示如下，如圖6和圖7所示。

圖6 電纜敷設成果1

4 結束語

本文研究的基于BIM的電纜敷設虛擬仿真技術，該方法不僅可以優(yōu)化電纜施工工藝，減少電纜交叉，提高工藝水平，而且可以減少施工工作量，提高施工效率，顯著提升管理水平和經(jīng)濟效益。利用電纜敷設虛擬仿真技術創(chuàng)新電纜施工技術，促進電纜敷設技術的進步。對電纜敷設的方向、敷設順序、支架位置等方面進行了方案模擬，并對技術測量、實際用量、實施管理等方面的技術難點進行適當?shù)慕鉀Q和優(yōu)化，實現(xiàn)了電纜敷設降本增效，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。