歐陽(yáng)寧烽

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院有限公司）

0 引言

目前在發(fā)輸變電工程中，電纜敷設(shè)通常采用手動(dòng)敷設(shè)設(shè)計(jì)，工作復(fù)雜，效率低，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，且不利于多型號(hào)電纜在不同路徑上的合理走向。同時(shí)橋架路徑多而復(fù)雜，分布范圍廣，若采用常規(guī)敷設(shè)方式，空間布置不直觀，容易與水機(jī)、消防等專(zhuān)業(yè)管路交叉或碰撞，急需尋求新的解決方案。

隨著信息科學(xué)的高速發(fā)展，基于BIM技術(shù)平臺(tái)的三維立體設(shè)計(jì)軟件在發(fā)輸變電工程領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。發(fā)輸變電工程施工周期長(zhǎng)、工程內(nèi)容多，涉及測(cè)繪計(jì)算、地質(zhì)勘探、水工結(jié)構(gòu)、施工組織、水力機(jī)械、電氣、消防通信等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，三維設(shè)計(jì)軟件在工程施工過(guò)程中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)明顯。

本文以某航運(yùn)樞紐工程為例，采用BIM三維設(shè)計(jì)軟件布置電纜橋架，整體布置清晰，可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，避免不同專(zhuān)業(yè)設(shè)備和管道等碰撞；自動(dòng)敷設(shè)電纜，并生成相應(yīng)的電纜清冊(cè)及材料清單，提升材料統(tǒng)計(jì)精度的同時(shí)節(jié)省了材料，降低工程投資，提高了設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 運(yùn)用BRCM軟件進(jìn)行中低壓電纜敷設(shè)的工作流程

BRCM三維電纜敷設(shè)工作程序主要有：①配置BRCM系統(tǒng)參數(shù)；②繪制橋架、電纜廊道、埋管等三維模型；③繪制電氣設(shè)備三維模型及生成電纜清冊(cè)；④導(dǎo)入電纜起始點(diǎn)參數(shù)，自動(dòng)敷設(shè)電纜及優(yōu)化敷設(shè)路徑。

1.1 配置BRCM工作參數(shù)，建立多專(zhuān)業(yè)協(xié)同工作平臺(tái)

利用BRCM繪制電纜橋、支架時(shí)，需要參考土建結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械管道等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的三維數(shù)字化模型，Bentley公司的Project Wise協(xié)同平臺(tái)有效地解決了各專(zhuān)業(yè)間的技術(shù)配合問(wèn)題。

首先，將Project Wise上的BRCM文件夾設(shè)置為項(xiàng)目級(jí)別文件夾，編寫(xiě)配置文件，建立標(biāo)準(zhǔn)模型。其次，建立本工程的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，用于后期BRCM軟件敷設(shè)電纜時(shí)從該數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取橋架及電纜清冊(cè)等數(shù)據(jù)，自動(dòng)敷設(shè)電纜。

工作空間配置成功后，電氣工程專(zhuān)業(yè)與土建結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械、通信消防等本工程所涉及的專(zhuān)業(yè)基于Project Wise平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。通過(guò)軟件的參考功能，電氣工程專(zhuān)業(yè)所參考其他專(zhuān)業(yè)三維模型會(huì)同步更新，無(wú)需多次配合。電氣工程專(zhuān)業(yè)人員在利用BRCM進(jìn)行本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)Project Wise平臺(tái)共享SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，從而可以多專(zhuān)業(yè)、多人員協(xié)同完成電纜敷設(shè)工作。

1.2 繪制三維模型，完成橋架及電纜廊道的設(shè)計(jì)

參考土建結(jié)構(gòu)、水力機(jī)械等相關(guān)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的建筑三維數(shù)字化模型、設(shè)備模型參數(shù)，設(shè)計(jì)電纜橋支架、電纜廊道、埋管等路徑及電氣設(shè)備的布置。

BRCM軟件提供了托盤(pán)式、梯級(jí)式和槽盒式等多種類(lèi)、多型號(hào)的橋架，系統(tǒng)錄入了各類(lèi)型橋架的尺寸，同時(shí)支持設(shè)計(jì)人員依據(jù)工程需要定制橋架。如圖1、圖2所示。

圖1 電纜橋架參數(shù)化建模

圖2 電纜溝、支吊架參數(shù)化建模

布置電纜橋架過(guò)程中，軟件可以自動(dòng)生成和添加彎通、三通和四通等橋支架配件，并自動(dòng)連接，也可以手動(dòng)添加橋架配件，十分方便、智能。電纜橋架和廊道建模原則上按照工程前期計(jì)劃的電纜橋架路徑，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)化建模，自動(dòng)編制路徑編號(hào)，直觀地模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布置情況，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)的準(zhǔn)確路徑設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3）。

圖3 設(shè)備及橋架布置軸測(cè)圖

1.3 繪制設(shè)備模型及編制電纜清冊(cè)

電氣設(shè)備中的配電柜、控制柜等三維建模（見(jiàn)圖4）是電纜三維自動(dòng)敷設(shè)中非常關(guān)鍵的一環(huán)，每一臺(tái)設(shè)備和對(duì)應(yīng)的控制或配電屏柜都有唯一的編碼，該編碼在電纜清冊(cè)中一一對(duì)應(yīng)。屏柜的大小尺寸、定位位置依據(jù)其功能和建筑結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行布置。電氣設(shè)計(jì)人員編制BRCM系統(tǒng)默認(rèn)格式的電纜清冊(cè)表（見(jiàn)圖5），并根據(jù)不同電壓等級(jí)的電纜進(jìn)行詳細(xì)劃分，導(dǎo)入BRCM系統(tǒng)中，讀取到本工程SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中。

圖4 設(shè)備參數(shù)化建模與編號(hào)

圖5 電纜清冊(cè)

1.4 自動(dòng)敷設(shè)電纜及優(yōu)化敷設(shè)路徑

在完成所有設(shè)備、柜體等建模后，導(dǎo)入前期編制的電纜清冊(cè)，利用BRCM軟件進(jìn)行電纜自動(dòng)敷設(shè)。軟件是默認(rèn)最短敷設(shè)路徑，并給出用于電纜敷設(shè)的橋架、電纜支架等的容積率（見(jiàn)圖6）。當(dāng)最短路徑上的電纜橋、支架容積率達(dá)到額定值時(shí)，該軟件會(huì)自動(dòng)選擇其他最優(yōu)路徑；若無(wú)剩余路徑可用，該軟件會(huì)顯示敷設(shè)失敗，并標(biāo)識(shí)敷設(shè)失敗的原因。

圖6 電纜總長(zhǎng)度及路徑節(jié)點(diǎn)信息表

1.5 敷設(shè)成果

經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，所有電纜敷設(shè)路徑確定后，即可以生產(chǎn)如下敷設(shè)的成果：

1）包含電纜起始位置、電纜長(zhǎng)度、電纜路徑和相應(yīng)橋架長(zhǎng)度的電纜清冊(cè)表。

表 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)字化設(shè)計(jì)輸出結(jié)果對(duì)比

2）每種型號(hào)的電纜都分類(lèi)匯總好的電纜材料清單。

通過(guò)表中普通二維電纜敷設(shè)與三維電纜自動(dòng)敷設(shè)的電纜長(zhǎng)度對(duì)比，后者對(duì)材料的統(tǒng)計(jì)更為精確，部分敷設(shè)回路節(jié)省電纜約10%。

2 110k V高壓電纜敷設(shè)三維精細(xì)化設(shè)計(jì)

三維電纜敷設(shè)過(guò)程中主要采用BRCM軟件，該軟件主要針對(duì)10kV及以下電壓等級(jí)的電纜進(jìn)行數(shù)字化電纜自動(dòng)敷設(shè)設(shè)計(jì)，雖可以依據(jù)電纜敷設(shè)路徑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)電纜長(zhǎng)度，給出詳細(xì)敷設(shè)路徑，但無(wú)法進(jìn)行電壓等級(jí)35kV及以上高壓電纜的路徑規(guī)劃、空間占位等設(shè)計(jì)。因此，本工程采用Micro Station三維平臺(tái)對(duì)110kV高壓電纜進(jìn)行三維數(shù)字化建模，開(kāi)展高壓電纜的三維敷設(shè)設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖7）。

圖7 110kV電纜三維敷設(shè)軸側(cè)視圖

對(duì)高壓電纜的敷設(shè)路徑進(jìn)行規(guī)劃并建模，有效避免電纜與構(gòu)建物之間的碰撞，并通過(guò)設(shè)置電纜中心軸線轉(zhuǎn)彎半徑，在滿足電纜最大轉(zhuǎn)彎半徑的同時(shí)保證高壓電纜按照蛇形路徑敷設(shè)（見(jiàn)圖8）。

圖8 110kV電纜三維敷設(shè)正側(cè)視圖

利用Micro Station數(shù)字化三維設(shè)計(jì)軟件直觀、高效地展示了電纜、電纜與支架、墻體、梁柱、電纜隧道等各種構(gòu)建物的相對(duì)位置（見(jiàn)圖2），直觀展示了電纜全路徑敷設(shè)方案。碰撞檢測(cè)完畢后，進(jìn)行三維切圖，生成電纜敷設(shè)施工用的二維圖紙。

3 應(yīng)用成果分析

基于Micro Station平臺(tái)BRCM三維電纜敷設(shè)軟件，對(duì)某航運(yùn)樞紐工程10kV動(dòng)力電纜和110kV高壓電纜的敷設(shè)進(jìn)行了應(yīng)用測(cè)試，與傳統(tǒng)手動(dòng)敷設(shè)電纜方法相比，利用BRCM三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行電纜敷設(shè)有如下突出優(yōu)點(diǎn)：

1）數(shù)字化的三維路徑模型方便設(shè)計(jì)人員快速、有效地進(jìn)行電纜敷設(shè)，生成帶有信息的三維模型，便于現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)；

2）在協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)上，設(shè)計(jì)人員可將設(shè)計(jì)成果在各專(zhuān)業(yè)間進(jìn)行校驗(yàn)對(duì)比，減少各專(zhuān)業(yè)間的碰撞，避免以往工程設(shè)計(jì)過(guò)程中專(zhuān)業(yè)配合信息滯后、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等問(wèn)題，提升工作效率；

3）根據(jù)建筑實(shí)體模型設(shè)計(jì)的電纜路徑，敷設(shè)方案更合理，電纜長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果更準(zhǔn)確，降低工程投資；

4）可生成易交付使用的三維模型，直觀且便于理解，有助于提高施工效率，方便現(xiàn)場(chǎng)施工管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

在以某航運(yùn)樞紐工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，基于MicroSation三維設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)工程中的110kV高壓實(shí)體電纜敷設(shè)進(jìn)行了有益嘗試，數(shù)字化的三維路徑模型直觀、簡(jiǎn)潔，但高壓電纜路徑的選擇和細(xì)節(jié)調(diào)整還是人工完成，無(wú)法自動(dòng)敷設(shè)，需要對(duì)該平臺(tái)開(kāi)發(fā)專(zhuān)有的高壓電纜敷設(shè)工具包。

BRCM作為目前一款先進(jìn)的三維數(shù)字化電纜敷設(shè)軟件，自動(dòng)化、高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)突出，極大地提升了設(shè)計(jì)成果的深度和精度，它將引領(lǐng)工程數(shù)字化移交設(shè)計(jì)趨勢(shì)。