廖衛(wèi)超，任忠山

（武漢建工集團(tuán)股份有限公司，武漢 430000）

0 引言

隨著當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展，近年來全國(guó)各大中型城市陸續(xù)大規(guī)模的建設(shè)較為復(fù)雜的公共建筑，用電負(fù)荷也相應(yīng)增大，對(duì)供電需求加大，建筑物內(nèi)部大都設(shè)有35 kV等級(jí)的變電所，而變電所中電纜的敷設(shè)是整個(gè)機(jī)電安裝施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，加上電纜價(jià)格昂貴，做好電纜敷設(shè)前的周密策劃，不僅可以提高變電所施工工藝質(zhì)量，還可以精準(zhǔn)控制電纜的長(zhǎng)度。BIM技術(shù)從設(shè)計(jì)到施工都發(fā)輝這不可估量的作用［1］，使用BIM技術(shù)，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷完善，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率提升都起到良好的促進(jìn)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(shè)前的虛擬敷設(shè)，對(duì)變配電房高低壓柜、變壓器進(jìn)行安裝位置優(yōu)化，對(duì)電纜溝的布置，電纜的走向路由，支架選型定位，電纜敷設(shè)順序等方面進(jìn)行仿真模擬，通過Revit軟件對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，生成每段電纜長(zhǎng)度報(bào)表，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供施工依據(jù)，對(duì)前期電纜的分盤，電纜敷設(shè)提供有效管理，從而提高公共建筑變電所電纜敷設(shè)的施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益[2]。

國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)還是BIM在機(jī)電安裝過程中管線綜合布局的應(yīng)用，而對(duì)于機(jī)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(shù)在電氣專業(yè)的應(yīng)用甚少，恰恰電氣專業(yè)中電纜敷設(shè)在整個(gè)安裝過程中比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，本文主要從BIM在電纜敷設(shè)著手。建 筑 信 息 模 型（Building Information Modeling，BIM[3]）是基于三維數(shù)字技術(shù)的建筑業(yè)信息化發(fā)展技術(shù)，具有應(yīng)用BIM三維可視化、虛擬仿真、專業(yè)協(xié)同、信息統(tǒng)計(jì)等特點(diǎn)[4]，應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)機(jī)電設(shè)備安裝效果進(jìn)行模擬，避免各個(gè)數(shù)據(jù)參數(shù)出現(xiàn)偏差，為建筑機(jī)電安裝設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供參考依據(jù)[5]。本文結(jié)合相關(guān)電氣設(shè)計(jì)施工規(guī)范，對(duì)電纜的路由分布進(jìn)行精細(xì)化策劃與管理。對(duì)電纜敷設(shè)過程中的現(xiàn)場(chǎng)布置、實(shí)際實(shí)施、現(xiàn)場(chǎng)管理等進(jìn)行管控。盡早發(fā)現(xiàn)方案中的問題，事前及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決方案中存在的問題，不斷優(yōu)化、調(diào)整方案，提高電纜敷設(shè)的效率，提高電纜敷設(shè)質(zhì)量。

1 BIM三維虛擬

利用BIM三維輔助工具實(shí)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(shè)方案，施工工藝，電纜分盤采購(gòu)計(jì)劃更加高效精準(zhǔn)。單純依靠二維平面圖紙及施工經(jīng)驗(yàn)來策劃電纜的走向，如何錯(cuò)層分布電纜，但由于變電所電纜量極大，多達(dá)幾百根電纜，工作強(qiáng)度大，故而容錯(cuò)率較高，對(duì)整個(gè)建筑的供電存在很大的隱患，造成電纜裁剪長(zhǎng)度不準(zhǔn)，造成電纜浪費(fèi)。BIM三維模擬可以完成數(shù)字化、可視化、預(yù)見性、可交互性，模擬仿真式的電纜敷設(shè)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(nèi)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(jìn)入配電房的豎向橋架走向布局。通過軟件對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到施工質(zhì)量和成本的最大效益。

2 BIM在建筑電氣變配電房中的應(yīng)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(fù)荷不斷加重，因此對(duì)于城市電力設(shè)施的要求越來越高，一般公共建筑的電力系統(tǒng)都比較復(fù)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(dòng)力。傳統(tǒng)的配電房?jī)?yōu)化，只能通過二維圖紙結(jié)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(huì)存在各種各樣的問題，例如電纜轉(zhuǎn)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(shè)的重難點(diǎn)

（1）資源浪費(fèi)

項(xiàng)目實(shí)際測(cè)量難度大、電纜資源浪費(fèi)較多。傳統(tǒng)的電纜敷設(shè)主要還是依賴于設(shè)計(jì)圖紙或投標(biāo)清單中的電纜工程量，通過設(shè)計(jì)圖紙得到的電纜長(zhǎng)度顯然不夠精準(zhǔn)，不能實(shí)際反映出施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的情況，導(dǎo)致電纜實(shí)際用量與理論計(jì)算量普遍存在很大差異。加上現(xiàn)場(chǎng)橋架翻彎過多，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的難度較大，測(cè)量的誤差較大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的不準(zhǔn)確，導(dǎo)致電纜分盤計(jì)劃與實(shí)際長(zhǎng)度有誤差，經(jīng)常造成電纜用料的浪費(fèi)。

（2）電纜敷設(shè)混亂

電纜走向排布混亂，電纜敷設(shè)不美觀，配電房是電纜的集中位置，內(nèi)部電纜種類數(shù)量繁多，一般配電房多達(dá)數(shù)百根電纜，傳統(tǒng)的變電所電纜敷設(shè)施工方法依靠施工人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和以往施工經(jīng)驗(yàn)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(shè)的電纜難免會(huì)出現(xiàn)電纜交叉錯(cuò)亂的現(xiàn)場(chǎng)，最終使配電房整體效果不是很美觀。

（3）電纜計(jì)算繁瑣

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

（4）施工空間有限

敷設(shè)空間狹小，施工難度增加通過人工測(cè)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(wú)法真實(shí)的還原實(shí)際敷設(shè)環(huán)境，使在本就空間有限的設(shè)備房敷設(shè)電纜更加不易操作，人工敷設(shè)難度增加。

3 BIM在公共建筑中的應(yīng)用案例分析

3.1 案例背景

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

3.2 應(yīng)用介紹

主要應(yīng)用Autodesk Revit軟件對(duì)電纜進(jìn)行建模、標(biāo)記，利用Autodesk Navisworks對(duì)模型進(jìn)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(shè)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(duì)配電房綜合排布進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化內(nèi)容主要包括：配電房配電柜變壓器安裝位置、風(fēng)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(shè)，通過三維布局進(jìn)行管控，更加全面、協(xié)調(diào)、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(fēng)管、管道、燈具等，建立項(xiàng)目設(shè)施設(shè)備資源庫(kù)。在建模的過程中根據(jù)需要直接在族庫(kù)中提取對(duì)應(yīng)族，這些族都是參數(shù)族，可以針對(duì)不同的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行配電房建筑，結(jié)構(gòu)建模，在建筑模型的基礎(chǔ)上將配電房中配電柜、支架、橋架、電纜、風(fēng)管、管道、燈具進(jìn)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(gè)模型優(yōu)化，使之既美觀又經(jīng)濟(jì)，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(shè)排布。

（3）電纜溝優(yōu)化

配電房中電纜都集中敷設(shè)在電纜溝中，電纜溝的寬度、深度、路由決定了電纜敷設(shè)的美觀和難易度。優(yōu)化時(shí)考慮電纜路由最捷徑且各配電柜出線電纜無(wú)交叉敷設(shè)。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?jī)?nèi)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(cè)分別設(shè)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(shè)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(jì)算機(jī)模擬電纜敷設(shè)路由，真實(shí)還原實(shí)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(shí)將模型修改，模擬時(shí)主要考慮保證消防電纜和普通電纜分布在電纜溝兩側(cè)的電纜支架上，消防電纜和普通電纜嚴(yán)格分開，電纜在轉(zhuǎn)彎處的轉(zhuǎn)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(shí)，只需要調(diào)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(diào)整效率。如圖4所示。

圖4 電纜敷設(shè)模擬

（8）電纜量統(tǒng)計(jì)

在電纜敷設(shè)模擬完成后，運(yùn)用AutoDesk公司的BIM軟件Revit直接生成電纜統(tǒng)計(jì)表，將電纜分型號(hào)統(tǒng)計(jì)，方便施工管理人員編制電纜需求計(jì)劃表，提高項(xiàng)目管理效率。如圖5所示。

圖5 電纜統(tǒng)計(jì)

（9）指導(dǎo)施工

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

3.3 應(yīng)用分析

BIM三維軟件建模具有很強(qiáng)的聯(lián)動(dòng)性[9]，模型和統(tǒng)計(jì)表完成后，后期模型有任何調(diào)整后，所有模型信息都會(huì)相應(yīng)地調(diào)整，保證整個(gè)模型的統(tǒng)一性。利用軟件建模優(yōu)化布局，效率更高，更準(zhǔn)確，提高配電房布局的合理性。降低工程建設(shè)的成本，提高工程質(zhì)量[10]。

電纜用量精確、電纜浪費(fèi)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(zhǔn)確的電纜排布保證施工過程中電纜敷設(shè)走向及順序的合理性?？梢酝ㄟ^各類模擬試驗(yàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，最終獲得最佳的施工方案，進(jìn)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(jìn)行調(diào)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(chǎng)，指導(dǎo)施工，保證現(xiàn)場(chǎng)整潔、美觀[12]。

3.4 應(yīng)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(cuò)，現(xiàn)將電纜敷設(shè)成果展示如下，如圖6和圖7所示。

圖6 電纜敷設(shè)成果1

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的基于BIM的電纜敷設(shè)虛擬仿真技術(shù)，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(jì)效益。利用電纜敷設(shè)虛擬仿真技術(shù)創(chuàng)新電纜施工技術(shù)，促進(jìn)電纜敷設(shè)技術(shù)的進(jìn)步。對(duì)電纜敷設(shè)的方向、敷設(shè)順序、支架位置等方面進(jìn)行了方案模擬，并對(duì)技術(shù)測(cè)量、實(shí)際用量、實(shí)施管理等方面的技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕鉀Q和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了電纜敷設(shè)降本增效，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。