CableSmart電纜敷設軟件研發和應用

黃志澎

CableSmart電纜敷設軟件研發和應用

黃志澎

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司數字工程分公司，四川 成都 610072）

電纜敷設是電氣設計中最為復雜而煩瑣的環節，是整個電站安全運行和控制的“動脈和神經”。水電站的廠區覆蓋面積大，橋架空間布置錯綜復雜，電纜數量一般達到上萬數量級，電纜的路徑敷設、長度統計，電纜清冊的編制，電纜走向、根數、編號、型號規格等工程參數的標注全部需要手工完成，這將消耗大量的人工。基于REVIT的電纜敷設設計系統的開發、業務流程、應用情況，闡述了水電站的電纜設計設計現狀。

電纜敷設；水電站；REVIT；CableSmart

隨著BIM技術的發展，中國水電站的三維數字化設計得到了蓬勃發展，逐漸從傳統的二維平面設計轉變為三維數字化協同設計。但從水電行業的BIM應用情況來看，雖然有了大量基礎的三維設計軟件，但各個專業的軟件模塊各有側重點，難以兼顧和滿足某些專業的設計深度要求。例如在已經完成水電站廠房的結構、建筑、水機、暖通等BIM模型基礎上，如何開展電纜敷設設計是急迫需要解決的問題和瓶頸。

電纜敷設是電氣設計中最為復雜而煩瑣的環節，是整個電站安全運行和控制的“動脈和神經”。水電站的廠區覆蓋面積大，橋架空間布置錯綜復雜，電纜數量一般達到上萬數量級，數據關系和模型關聯十分復雜。一旦敷設電纜后，很多工作不可逆轉，采用以往的人工敷設將造成很多不必要的損失，如何利用基于BIM模型的電纜自動敷設設計手段，是電纜敷設工作的重點。

1 國內外軟件情況

在國外電纜敷設軟件比較多，例如PDMS、Bently等。在電力、石油行業用得比較多，但仍然需要進行本土化和定制開發。在中國博超、中科輔龍等公司在AutoCAD上開發了相關的電纜敷設的部分功能，主要功能包括橋架繪制與編輯、配管設計、排管設計、與三維工廠軟件接口、路徑優化、自動分層敷設、電纜清冊等。REVIT已成為重要的三維數字化設計平臺，可實現建筑、結構、水機、暖通、電氣等多專業的協同設計，但目前國內外沒有基于REVIT的電纜敷設工具或平臺，這成為水電站數字化設計中亟待解決的問題。

2 電纜敷設業務流程

水電站廠房的電纜敷設設計業務流程如下：①設計人員根據電廠設備的位置和所需電纜參數，完成橋架布置規劃，包括橋架類型和層數等。然后打開REVIT，完成橋架的模型繪制工作，包含電氣設備的布置、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，不同連通域的對象用不同顏色標識，并高亮顯示不連接的位置，提示設計人員修改模型。③連通性檢查完畢后，自動生成立柱和托臂。④對橋架、設備進行編碼，保證唯一ID。其中橋架路徑的自動編號，搜索聯通的橋架，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行編號。⑤完成路徑編號后，專業處編制電纜清冊，提供電纜起點終點和電纜規格。⑥程序讀取不包含走向和長度信息的電纜清冊，根據清冊中的設備信息在電纜規格庫中匹配出合適的電纜規格，從電纜清冊中獲得電纜敷設的起點和終點。此時的電纜清冊只包含電纜編號、起點設備、終點設備、電纜規格的信息。⑦根據電纜敷設的規則進行路徑的初步規劃，并進行橋架網的連通性檢查以及電纜清冊合理性檢查。例如電纜清冊是否存在錯誤編號或不存在的電氣設備、電纜規格等。⑧連通性與合理性檢查通過后，進行電纜的敷設，生成電纜敷設施工表（形式待商榷）以及電纜橋架二維圖，主要包含橋架、電纜的標注，對于復雜結構的地方可用剖面標注，標注樣式以我院CAD圖紙為準。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，指導采購。

3 電纜敷設的開發技術路徑

在電站深化設計階段，相關的橋架網規劃和電纜連接參數基本確定了，在電站數字化設計模型上已經完成了橋架和設備的布置，電纜的起點和終點已經確定。電纜自動敷設設計屬于三維數字化設計和路徑系統規劃范疇。電纜敷設算法或規則是在滿足電壓等級、載流量等各種限制規則前提下，尋找最短或最優路徑的圖論求解過程。技術原理如圖1所示。完成自動敷設后，需要進行優化敷設，滿足容積率。電壓等級等規范要求，動態修改橋架網絡拓撲結構、電纜規格、容積率。

圖1 技術原理圖

4 軟件架構

結合生產需求和業務流程，開發了基于REVIT的電纜敷設設計軟件（CableSmart），可實現橋架路徑分段識別，路徑自動編號，支吊架自動生成，橋架的材料初步統計，橋架標注，模型屬性添加，設備編號，手動敷設，自動敷設，模型正確性檢查，電纜調整，電纜清冊，電纜橋架出圖標注等功能，集成了橋架電纜等各種規格和規則。

該系統框架如圖2所示。

圖2 CableSmart系統框架圖

5 CableSmart電纜敷設軟件

CableSmart電纜敷設工具基于REVIT平臺，結合水電站廠房電纜敷設的設計方法和流程，通過二次開發，實現橋架設計，電纜自動敷設，自動生成電纜清冊和各種報表，自動校驗，數字化模型管理等功能，幫助機電專業快速完成橋架和電纜敷設的設計工作。

本系統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 規格庫管理電纜規格管理信息主要包括型號、電壓、芯數、截面、生產廠家等 橋架規格管理橋架規格庫 編號管理設備編號手動或批量多設備編碼 橋架編號按照橋架編碼規則自動進行編號 標注橋架標注三維、二維橋架圖紙標注 電纜標注標注電纜信息 材料統計材料統計按照成都院材料表樣式進行材料信息統計輸出 電纜敷設清冊導入Excel清冊導入，并進行電纜規格檢查，設備編號檢查 清冊導出導出Excel電纜清冊表、電纜匯總表 自動敷設電纜自動按照指定敷設規則對選中的電纜進行自動敷設，生成電纜模型，默認最短路徑 電纜編輯優化通過二次敷設調整，優化電纜的敷設路徑，以滿足容積率等規范要求 模型檢查橋架負荷檢查檢查橋架上的電纜是否超過結構允許承載力 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穿電纜界面要求 埋管與設備關聯建立埋管與設備的關聯對應關系

本系統的模塊功能，包括規格庫管理、橋架設計、模型編號和檢查等管理、電纜敷設等模塊，如圖3所示。

圖3 系統模塊菜單

6 工程應用

在大渡河流域的猴子巖電站數字化設計上開展了電纜敷設設計和成果交付，使設計產品的深度和精度都得到了大幅提升，取得了顯著成效，填補機電專業電纜敷設精細化設計能力和技術的空白，實現了設計人員快速完成橋架和電纜的設計工作，滿足項目業主希望通過精細化設計為后期精細化采購、精細化施工、精細化維護的要求，提升技術優勢和市場競爭力。

全廠的設備及橋架網如圖4所示。輔助和指導現場電纜敷設工作如圖5所示。

圖4 全廠的設備及橋架網

圖5 輔助和指導現場電纜敷設工作（某個橋架所經過電纜信息）

利用CableSmart電纜敷設軟件，基于BIM三維模型的電纜清冊準確可靠，可以準確計算每根電纜的敷設長度和裕量長度，提高設計效率和質量，為電纜采購和施工提供準確參考，降低工程造價。

設校審人員可以直接在BIM模型上，查詢任意編號的電纜所經過的路徑，包括橋架、埋管、連接設備等信息，并復核電纜敷設是否符合規范要求，包括容積率、電壓匹配、載流量等。

通過對各橋架上所通過電纜的信息檢查，可以發現某些橋架沒有敷設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，可以通過調整橋架布置或調整橋架的容積率，使橋架網絡和電纜敷設更合理。

7 結論

CableSmart電纜敷設軟件的開發及猴子巖電站應用，形成電廠數字化設計顯得更專業和高效，取得了顯著成效。實踐表明，通過電纜數字化自動敷設，設計效率顯著提高，電纜工程量的準確性大大提高，避免了采購和施工中造成的浪費，節約了投資。同時在短時間完成了電纜敷設優化和橋架網布置優化，在有限的空間內布置更合理。集成了電纜敷設信息的數字模型（含設備、橋架、埋管等）和數據庫，通過數字移交給業主和電廠運維單位，可以為后期電站的數字資產運維和故障檢修提供了重要支撐。

基于REVIT平臺開發的CableSmart電纜敷設設計軟件，其功能和設計應用流程在水電行業中屬于首創，填補了中國水電行業電纜敷設數字化設計工具的空白。開發和應用取得了階段性成果，但還存在改進和提升的空間，包括提升算法速度、電纜空間排列、與造價采購系統對接等，并在實際工程中檢驗，成為水電行業專業的電纜敷設設計工具。

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TM757

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.065

2095－6835（2019）19－0153－03

黃志澎（1980—），男，雙學士，高級工程師，高級程序員，從事水電工程數字化設計研發及應用工作。

〔編輯：嚴麗琴〕