三维电缆自动敷设研究及应用

三维电缆自动敷设研究及应用

黄韬源

中国轻工业广州工程有限公司 511400

摘要：电缆自动敷设采用数字化和三维技术，全面优化电气工程设计流程，提高设计质量，正向的三维设计对指导现场施工具有重大的意义，做到按图施工。自动统计材料，材料类型完整准确，避免了在施工过程中造成的浪费或因缺少材料造成窝工，并使设计师的劳动力从复杂繁琐的重复性劳动中解放出来，得以将有限的精力投入到系统设计和优化中。

关键词：占积率；节点编号；最优路径；电缆沟；建模；套管；电缆表；正向三维

引言：

随着国家经济建设的飞速发展，市场的完善，对工程投资成本核算越来越精确。这要求设计从工程设计源头开始，提供更加精确细致设计成品。而传统的设计方式显然已无法满足这样的要求。那么，如何在满足工程技术性和经济性的要求下有效提高设计行业的设计成品精度的问题，自然而然地摆在了我们面前。对于电气专业而言，电缆敷设无疑是手工设计工作量最大，设计周期最长，所涉及工艺设备数量多，是提高工作效率要求最为迫切的部分。而三维设计相对于二维设计，最大的优势就在于三维设计软件能将设备的尺寸，布置位置等信息都存放在数据库中。并在三维平台中得到直观、准确的表现。这些都是给电缆敷设提供了天然的应用优势。

目前电缆敷设设计主要依靠二维平面图纸，根据电缆桥架、电缆沟、预埋管等电气设备的位置敷设电缆，手工测量计算电流总长度，在图纸中表现不出电缆敷设的节点等信息，在敷设电缆过程中难免会出现空间位置、电缆长度不准确的情况，给施工带来不便，也给甲方造成成本浪费，针对以上传统二维设计存在的诸多问题，结合三维设计自身优点，在三维平台上实现了从设计流程到功能上的创新式开发和研究。三维的电缆敷设软件从根本上解决以上问题，电缆桥架、电缆竖井、电缆沟等电气设备的空间位置及走向在三维设计环境中非常直观，不会出现与其他专业的碰撞问题，电缆敷设定位准确，利用最优路径计算出电缆从起点到终点的最优路径，同时准确的计算出电缆的长度，模拟敷设整个工程的电缆，最终得出满足实际工程需要的成品，并自动给出节点图和埋管图，增强了图纸的准确性，取代了电气、热控专业用手工实现电缆敷设的状况，达到完全自动化的目的，提高了设计质量。

1、基础设备库建设

三维电缆敷设软件的基础设备库由导体及安装材料组成，其中导体包括硬导体（槽型母线、管型母线、矩形母线）、软导体（架空线、电力电缆、通讯电缆等），安装材料（保护管、桥架、型材等）。要实现电缆自动敷设，首要任务是需要建立基础设备库。

矩形铜母线 电力电缆

保护套管 桥架

2、电缆通道设计、设备布置及建模

1）电缆表导入

据配电系统图制作电缆表，将电缆表导进软件，软件不要求清册需要按照某一固定格式来编写，只需设置对应行列即可，下图为揭阳绿源垃圾综合处理与资源利用厂WTE部分EPC总承包项目电缆清册的导入界面：

只需对应设置即可，1分钟内自动导入，导入过程中软件自动检测是否存在重复电缆编号，提示重复电缆行号及编号，减少设计错误

重复编号提示

2）设备建模、设备布置及通道设计

建立配电箱、配电柜、按钮箱、现场按钮等模型，正向三维的动力布置，直接在模型里面进行电气设备布置、桥架及预埋管设计，全专业的BIM模型直观各专业设备及管道，快速、合理地进行设备布置。其实际输出成果无需现场调整，真正意义上的敷设路径，不存在由于现场调整而导致电缆统计出现偏差情况。

桥架绘制

在桥架的属性栏中，增加了桥架期次的设置； 与电缆期次配合使用， 作为电缆敷设的规则之一； 具体的规则为： 1 期桥架可敷设 1~n 期的电缆； 2 期桥架仅敷设2~n 期的电缆； 以此类推。未设置期次的桥架可以敷设任意电缆。

桥架期次设定 埋管绘制

电缆沟绘制 布线

设备编号

对于电气专业内的模型可以直接进行设备赋值（赋值后模型自动带上设备编号及名称），对于工艺专业的模型如水泵、风机等可通过放置功能直接在模式中生成一个类似接线盒的小方块，小方块带有设备标号及名称等属性。

通过放置的设备 模型中的小方块

3）工程技术规定

二维传统项目电缆保护管及桥架大小选择需手动计算，工作量大，效率低。保护管需查阅电缆外径、然后手动计算配管系数后，选择保护管外径。桥架大小需先统计电缆的数量及外径，然后进行电缆排布或者横截面计算来预估。三维电缆敷设软件可以自行设定设置电缆的裕量、附加长度、占积率、校验方式及在电缆沟支架中的敷设层数，根据设备库内电缆的截面积自动生成套管大小。

根据规范及施工经验一般套管直径系数为2，中压和动力电缆的桥架占积率为40%，控制电缆为50%，裕度设置为100m内为10%，100m外为5%。每条电缆的附加长度为2m。

3、电缆敷设

1）敷设规则设置

所有的设备、桥架、电缆沟、预埋管绘制完毕并完成接线，可根据预先设定敷设规则进行自动敷设。在敷设之前，可以在敷设规则设置中设定电缆敷设的顺序，是否考虑电缆按照不同类型分层，是否考虑某段路径的缆流限制，是否考虑桥架电缆沟的容积率限制等。并且可以自动设定节点，通过节点来手动的控制电缆走向。

敷设规则设置

敷设循序：电缆外径、电缆电压、电缆类型、电缆起点、电缆终点、电缆编号。优先级发生变化后，图面中的电缆顺序会按照设定的优先级重新排序。

电缆类型：勾选则在敷设时进行类型匹配，完全按照电缆类型进行敷设。需要在桥架设计和电缆沟设计的时候选择对应的电缆类别。

限制缆流：勾选则在敷设的时候限制桥架，电缆沟或布线所能敷设电缆的最大根数。需要和缆流限制功能共同使用。缆流限制功能用法详见缆流限制。

限制容积率：勾选则在敷设时考虑桥架、电缆沟的容积率。限制百分比可在系统参数设置中设置。

2）拓扑图管理

拓扑图是整个电缆敷设的核心，每次敷设前必须重新提取整个项目的拓扑图，拓扑图可以按平面或者自由框选，只有定义了设备编号的设备才能提取至拓扑图中，否则不能进敷设。

拓扑图直观显示了各设备的相对位置，电缆通道、通道节点等，拓扑图中可设置各种通道的颜色，在三维拓扑图中检查设备之间的连接关系，中间不能存在断点，必须为完整的连接关系。

拓扑图

3）敷设成果

拓扑图提取完成后进行电缆敷设，软件自动计算电缆、套管长度，自动根据设置规则选择套管规格。生成敷设报告，报告详细列出敷设失败的原因，方便查找和分析。

敷设成果 敷设报告

4）占积率校验

敷设完成后进线容积率校验，点击占积率校验，选择要校验的电缆通道，生成报告，报告中详细显示通道中敷设的电缆编号、型号、外径等。

占积率计算书

5）标注出图及生成表格

传统二维项目为手动标注，工作量大且容易错漏，三维软件自动实现电缆标注、逻辑标注（将电缆标注合成一个表格），断面标注等，快捷准确。

电缆标注成果 逻辑标注（图面上的圈1）

逻辑标注生成的表格（列数可以自定义）

断面标注

6）材料表格及敷设数据回写

传统二维设计材料只统计主要设备，并且非常繁琐，容易错漏等，三维电缆敷设软件一键将所有统计所有材料(可用EXCEL导出)，统计数据精确细致。并且一键可将电缆长度及保护管长度回写至电缆清册，非常便捷。

回写成果（自动在原设备表填上电缆及护管长度、保护管类型）

一键导出材料表

4、结论

电缆敷设软件进行正向三维设计，其设计成果比传统二维设计准确，丰富。精确的设备布置及电缆通道设计，零错误的电缆长度、完整的材料统计，对于总包工程电缆材料的采购计划、成本核算具有较大帮助。其全新的模式出图，出图样式详细，正向的三维设计使得桥架、设备布置不再是二维的示意图，材料统计比以往准确详细，为工程建设的电缆、安装材料采购计划、成本核算具有较大帮助，主要优势总结如下：

1）正向的三维设计使得桥架、电气设备等精确布置，对指导现场施工具有重大的意义，做到按图施工，提高电缆及材料统计的准确性。

2）二维传统项目电缆、保护管长度计算工作量大、容易错漏，且现场电缆敷设通道经常修改，使得计算路径存在偏差，准确的电缆长度计算很困难，三维电缆敷设现场基本零调整，电缆长度计算准确可靠。

3）二维传统项目电缆桥架校核繁琐易错，三维电缆敷设一键生成占积率校核报告，方便校核电缆通道大小是否负荷设计规范要求。

4）二维传统项目手动标准，效率低下且易错漏，三维电缆敷设一键生成电缆标注，标注样式可自定义，简单便捷。

5）三维电缆敷设完成后将电缆长度、保护管类型、保护管长度回写至电缆清册，自动生成材料表，统计数据详细快捷。

参考文献

[1].电缆敷设设计. 博超说明手册.

[2].孔志增，周启帆.协同与三维设计技术在数字化电厂建设中的应用[J].中国新技术新产品，2015（13）：12-13.

[3].梅豫明.计算机在电厂电缆敷设设计中的应用[M].广东电力.2005年12月.第18卷 第12期.46～48页