數字化設計成就智慧建筑

文｜洪敏 王偉

目前業主單位對工程投資、成本核算越來越精確，這就要求從工程設計源頭開始，提供更加精細的設計成品。近年來，湖北省電力勘測設計院為提高信息化水平，引進了一系列數字化設計軟件，大力推廣數字化設計理念，改進設計手段，取得了良好的效果。

對電氣專業而言，電纜敷設無疑是手工設計工作量最大，設計周期最長，所涉及設備數量最多，是提高工作效率最為迫切的部分。借助于地理信息系統、三維建模技術、數字化協同等先進技術的集成應用，數字化設計能提供更加真實、準確的設計成品。

數字化技術計算“最優路徑”

以湖北省電力勘測設計院設計的某變電站工程為例，項目在電纜敷設過程中，采用BRCM電纜敷設軟件對電纜進行敷設，整個敷設過程精確化建立了全站三維模型，包括電纜橋架、電纜溝、豎井、支吊架等。并重點對綜合樓電纜采用“最優路徑法”，自動計算電纜起點到終點的最優路徑，同時準確計算出電纜長度，模擬敷設電纜，最終生成滿足實際工程需要的成品。整個過程完全數字化設計，有效避免了各專業間的碰撞問題，可達到全自動化敷設的目的，提高了設計質量，縮短了設計時間，為湖北省電力勘測設計院在未來工程中完全實施數字化設計和提交數字化移交成果奠定了基礎。

BRCM電纜敷設軟件常用于低電壓或控制電纜的設計，可以精確統計電纜長度、走向，但無法展示單根高壓電纜的空間走向、占位等情況，也無法進行實體電纜的碰撞檢測。湖北省電力勘測設計院采用MicroStation平臺對全部高壓電纜進行實體建模，開展電纜敷設的精細化設計。對主要電纜的空間走向進行定位并建模，利用數字化平臺直觀、高效地展示了電纜在空間上的走向、路徑，最后進行相應的碰撞檢測，并利用數字化設計模型對電纜敷設模型進行了切圖，生成部分電纜敷設施工圖紙。

根據變電站電纜敷設設計的情況來看，主要有兩種處理方式。一是完全依靠人工一根根理清電纜路徑，通過對橋架關鍵節點做剖面的方式來表達設計意圖。這種方式費時費力，同時也不方便施工。二是在橋架和電纜支架布置圖上對關鍵節點進行編號，然后在編制電纜清冊時依次列出每根電纜從起點到終點所經過的節點編號，這種方法在一定程度上降低了設計人員的工作量，同時方便現場施工，但是該方法沒有計算過橋架的容積率，有可能出現某根電纜所要經過的橋架已經滿了的情況，不利于電纜在不同通道上的合理分布。

同時業主對于電纜敷設的要求也不斷提高，比如動力電纜要與控制電纜分開，電纜在橋架上排列整齊，減少交叉等，這些要求按照現有電纜敷設設計方式難以滿足，必須尋求新的解決方案。

BRCM(Bentley Raceway And Cable Management)軟件主要用于在3D環境下完成電纜溝、電纜橋架、埋管、支吊架、設備等布置；它可以定義綜合的橋架、電纜溝、埋管參數，放置電氣設備，導入電纜和設備列表。軟件通過讀取電纜清冊的邏輯信息，結合平面設備布置及路徑，自動進行電纜優化敷設，精確統計電纜長度。電纜敷設后，可以生成材料清冊（電纜及其連接信息、路徑信息等），最后從模型中剖切生成提資圖和施工圖。

原有設計流程是基于手工設計的基礎，而BRCM電纜敷設是在一個各專業統一的協同平臺上完成，數據信息屬于共享，多個設計人員也可以在同一平臺上集體完成整套電纜敷設設計過程。從流程上減少了錯誤的幾率，保證了設計質量。具體流程如圖1所示。

自動選擇優化 提高敷設質量

圖1 BRCM電纜敷設軟件設計流程

在電纜敷設過程中，首先根據工程實際情況搭建電纜溝、橋架、埋管及輔助設施，然后對電纜路徑及電氣設備等進行智能編號，采用“最優路徑法”自動計算電纜起點到終點的最優路徑，同時準確計算出電纜長度，模擬實際的電纜，最終生成滿足實際工程需要的成品。整個過程完全數字化設計，有效避免了各種碰撞問題，從而實現電纜敷設路徑自動選擇與優化，提高敷設質量。

電纜敷設流程主要可分為配置BRCM工作空間，實現與ProjectWise集成；多專業、多設計人員基于ProjectWise協同平臺工作；繪制橋架、電纜溝、埋管等路徑；自定義設備模型及電纜清冊編制；電纜自動敷設及優化等幾個過程。

圖2 BRCM與ProjectWise集成

首先，配置BRCM工作空間，實現與ProjectWise集成。要實現BRCM工作空間( WorkSpace) 集成到協同平臺，需要將ProjectWise上的BRCM文件夾升級為項目級別文件夾，并編寫項目通用的配置文件，同一平臺上的設計人員在一個標準下建立模型。 此外，還需要在PC 機上建立本機的SQL 數據庫，在BRCM 軟件進行電纜敷設時需從 SQL 數據庫中讀取橋架及電纜清冊的數據進行自動敷設。只有實現了BRCM工作空間的集成才是真正意義上的協同作業。如圖2所示。

圖3 電纜溝、支吊架參數化建模

圖4 電纜橋架參數化建模

圖5 電纜溝、埋管、設備布置軸測圖

圖6 設備參數化建模與編號

圖7 導入的電纜清冊

第二，多專業 、多設計人員基于 ProjectWise協同平臺工作。電氣專業與其他相關專業基于ProjectWise平臺協同設計，基于ProjectWise協同平臺，如若其他專業的模型發生改變，電氣專業的參考模型也會實時改變。電氣專業設計人員在進行 BRCM項目工作時，設計人員可以通過 ProjectWise 平臺分享本機的 SQL 數據庫，從而協同完成電纜敷設工作。

第三，規劃電纜路徑，繪制三維模型。參考土建專業提供的三維信息模型、設備模型，精確規劃電纜橋架、電纜溝、埋管、電氣設備等。BRCM軟件提供了托盤式、梯式和槽式多種類型的橋架，導入了部分常用的廠家橋架尺寸，并且支持橋架自定義定制。電纜橋架布置方便，可以自動添加彎通、三通和四通，并且可以通過線條自動生成橋架，各種彎通、三通、四通自動連接，方便智能。另外橋架配件也可以用自動添加和手動添加兩種方式添加。電纜橋架和電纜溝建模原則按照前期規劃的電纜橋架走向，根據現場實際情況進行精確化建模。如圖3、4、5所示。

通過數字化方式進行電纜路徑規劃，并按照本單位制定的電纜橋架編碼原則對路徑自動編號，借助于精細化布置的輔助設施模型，電纜路徑能更真實地模擬現場實際情況，實現點到點的精確路徑規劃。

第四，自定義設備模型及電纜清冊編制。電氣設備尤其是電氣屏柜，是整個電纜敷設中非常重要的環節，每一個屏柜都有唯一的編號，與電纜清冊一一對應。屏柜尺寸、位置均依施工圖紙和現場情況布置，并經過校核，準確無誤。如圖6所示。

根據電氣設計人員編制的電纜清冊，整理成BRCM系統默認格式的電纜清冊表，并根據電壓等級進行劃分，導入系統中，讀取到SQL數據庫中。如圖7所示。

數字化設計技術革新傳統設計手段

湖北省電力勘測設計院進行電纜敷設及其優化設計時，主要采用BRCM平臺對低電壓或控制電纜進行數字化電纜敷設設計，可以精確統計電纜長度、走向，但無法展示單根高壓電纜的空間走向、占位等情況，也無法進行實體電纜的碰撞檢測。因此采用MicroStation平臺對全部高壓電纜進行實體建模，開展電纜敷設的精細化設計。

BRCM軟件電纜敷設及優化。BRCM軟件可讀取本機SQL數據庫中的電纜橋架、埋管、電纜清冊等數據，對電纜進行自動敷設。通過軟件計算，可輸出電纜敷設拓撲圖、電纜長度表、電纜敷設路徑及各段長度明細表等信息。BRCM軟件進行自動敷設計算后，根據電纜清冊信息自動在平面圖中查找電纜敷設路徑，并按照設定的敷設原則進行優化，可以將每一根電纜的走向直觀地反映到拓撲圖中，可方便查看每根電纜在拓撲圖中的走向，經過的路徑、設備均可高亮顯示，能方便設計人員糾正設計中出現的錯誤，及時對電纜的走向或橋架的用量進行修改，大大提高設計的準確性，敷設完成可即時查看橋架填充量信息。如圖8、9、10、11、12所示。

BRCM軟件可根據軟件自動計算的結果，查看每段路徑的擁塞情況及敷設的電纜信息，作為參考的依據，供設計人員調整電纜敷設。最后通過切圖，可以將三維模型切成二維視圖并保存，將保存的二維視圖參考到已制作好的圖框圖簽中，設置好相應比例，再對視圖進行標注、文字注釋等即可完成提資圖和施工圖的繪制。如圖13所示。

高壓實體電纜敷設及優化。湖北省電力勘測設計院采用MicroStation平臺對全部高壓電纜進行實體建模，開展電纜敷設的精細化設計。對主要電纜的空間走向進行定位并建模，并基于變電站全站數字化模型，進行電纜的碰撞檢測，有效避免電纜之間、電纜與支架、墻體、梁柱等構建物之間的碰撞，并通過電纜中心軸線轉彎半徑的設置，保證了電纜設計的合規性。

利用數字化平臺直觀、高效地展示了電纜在空間上的走向、路徑，電纜與墻體、梁柱，電纜隧道、支架等各種物件的相對位置，準確展現了設計方案并依據實體數字化設計模型回答專家提出的各種問題，打消相關方對電纜敷設可能出現各種問題的種種顧慮，一改以往類似工程電纜敷設不到現場放樣總說不清楚的局面。最后進行相應的碰撞檢測，并利用數字化設計模型對電纜敷設模型進行了切圖，生成部分電纜敷設施工圖紙。如圖14、15、16所示。

與以往的傳統方法相比，BRCM數字化設計軟件電纜敷設優點體現在多個方面。

首先，參數化的路徑模型方便設計，可快速并有效地進行電纜自動敷設，敷設后生成帶有信息的全方位的直觀立體模型，不僅便于施工使用和管理，也可以為業主后期運營維護管理提供大量有效的信息。

圖8 BRCM軟件自動敷設

圖9 電纜總長度及路徑節點信息表

圖10 電纜敷設拓撲圖

圖11 橋架填充率信息

圖12 某工程傳統設計與數字化設計輸出結果對比

圖13 電纜溝斷面圖

圖14 變電站主要電纜數字化模型

圖15 變電站局部電纜模型剖切視圖（220kV）

圖16 變電站局部電纜模型剖切視圖（110kV）

其次，在協同設計環境下，各專業設計人員可實現將成果與其他專業進行校驗，減少了與其他專業的碰撞問題，杜絕了傳統設計過程中產生的專業配合錯誤和數據錄入錯誤，也能及時對設計成品進行修改，從而獲得良好的經濟效益。

第三，根據地形布置的電纜路徑，布置方案更合理，電纜長度統計結果更接近實際施工情況，通過軟件準確測量和查看每一根電纜，這樣可以減少采購訂貨誤差。

第四，可生成易交付的 i-model 模型，三維模型直觀便于理解，有助于提高施工效率，減少施工中的錯誤和問題，更方便現場施工人員施工管理。

基于MicroSation基礎設計平臺對高壓實體電纜敷設及優化是湖北省電力勘測設計院對電纜敷設的有益嘗試，利用現有平臺雖然可以完成大部分電纜設計工作，但是由于基礎平臺并沒有針對電纜敷設工作進行優化以及特有工具包的開發，絕大部分工作還是依靠數字化設計人員手動完成電纜路徑的選擇和修改，智能化程度較低。同時由于變電站空間位置有限，修改某根電纜的走向和空間位置往往會造成牽一發而動全身的后果，導致修改的過程比較繁瑣。數字化設計技術應用于空間狹小、結構復雜的設計條件時，具備空間定位準確、視覺效果直觀等特點。如何發掘現有平臺的潛力，更廣覆蓋本單位的業務范圍；如何更好、更快的輔助生產設計；如何與傳統二維設計優勢互補，共同發展等等都是需要解決的問題。

BRCM作為一種先進的數字化電纜敷設軟件，它的推廣和應用是對設計手段的革新，通過這些功能模塊使得湖北省電力勘測設計院設計產品的深度和精度都得到了大幅的提升，它將成為日后湖北省電力勘測設計院數字化移交設計的重要組成部分。

BRCM數字化電纜敷設的設計理念，自動化、高精度、高效率的設計方式，代表了未來電纜敷設設計的發展方向。湖北省電力勘測設計院也期望通過統一標準、軟件二次開發等提升電纜敷設數字化設計，提高工作效率，促進電纜敷設數字化設計手段推進，完成數字化移交及數據全生命周期管理。