水利水電工程三維電纜橋架布置及電纜自動敷設研究

彭自強

（湖南省水利水電勘測設計研究總院，湖南 長沙 410007）

引 言

隨著信息技術的飛速發(fā)展，基于BIM 技術的三維設計在工程建設領域的應用越來越廣泛。水電工程建設周期長、工程復雜，涵蓋測繪、地質、水工、施工、水機、金結、電氣、消防等眾多專業(yè)，采用基于BIM 技術的三維設計方法則顯得非常有優(yōu)勢。

電氣專業(yè)作為水電工程眾多專業(yè)中的一個分支，包含設備布置、照明布置、橋架布置、電纜敷設等內容，其中橋架布置和電纜敷設存在以下問題：

1）水電站廠房面積大，供電范圍廣，橋架布置工作量大；采用傳統(tǒng)二維設計法，橋架布置需要添加許多剖面圖，對施工人員讀圖要求大，且后期施工配合多、設計變更次數(shù)多。

2）水電站內一次、二次電纜數(shù)量繁多，采用傳統(tǒng)二維設計法進行手工敷設，嚴重耗費時間且電纜長度統(tǒng)計不夠精確，材料浪費嚴重。

這些問題嚴重制約著設計產品質量的提高，如何有效地解決這些問題日趨成為設計人員的研究熱點。

針對傳統(tǒng)二維設計中出現(xiàn)的問題，本文采用三維設計方法進行電纜橋架布置，使布置整體清晰、直觀，能夠高效地指導施工且有效地將碰撞現(xiàn)象解決在設計階段；對電纜進行自動敷設，并自動生成各種材料清單、電纜清冊，極大地提高材料統(tǒng)計精準度，大大節(jié)省了材料，為業(yè)主節(jié)省了工程開支，提高了設計效率和產品質量。

1 三維電纜橋架布置

1.1 橋架參數(shù)化建模

BRCM（Bentley Raceway and Cable Management）軟件提供了托盤式、梯級式、槽式等各種標準規(guī)格電纜橋架的參數(shù)化建模功能，設計人員只需選擇所需橋架類型，輸入橋架參數(shù)，即可快速創(chuàng)建符合要求的橋架，橋架參數(shù)化工具如圖1 所示。

BRCM 根據(jù)橋架布置可以自動生成標準水平彎通進行橋架連接，同時設計人員也可通過手動插入橋架部件插入各種類型標準彎通（不包含異形彎通），如圖2 所示。

但是，BRCM 中自帶的參數(shù)化橋架工具只能針對各種直通橋架和規(guī)則非變徑彎通進行參數(shù)化建模，對于設計中經常用到的各類別異形彎通無法實現(xiàn)參數(shù)化建模，無法滿足水電工程三維橋架布置的需求。

圖1 橋架參數(shù)化工具

圖2 規(guī)則彎通建模工具

1.2 異形彎通參數(shù)化建模

針對BRCM 軟件本身無法完成異形彎通參數(shù)化建模的情況，本文采用VBA 編程語言開發(fā)了一款具備交互式界面的異形彎通參數(shù)化建模工具，其中涵蓋了設計中常用的變徑水平彎通、變徑水平三通、變徑水平四通、垂直上彎通、垂直下彎通、上垂直三通、下垂直三通等各類型異形彎通，工具基本界面如圖3 所示。

通過選擇所需類型異形彎通，輸入彎通參數(shù)，點擊創(chuàng)建模型，即可快速創(chuàng)建所需彎通并在界面右側預覽窗口顯示預覽模型。點擊插入模型，即可動態(tài)地將創(chuàng)建的參數(shù)化彎通模型插入圖紙文件中，極大地提高了設計人員的工作效率。

圖3 橋架異形彎通參數(shù)化建模工具

通過開發(fā)的異形彎通參數(shù)化建模工具創(chuàng)建的各類別異形彎通如圖4 所示，基本能夠滿足水電工程設計所需異形彎通要求。

圖4 異形彎通模型

1.3 橋架支吊架建模

通過BRCM 中的創(chuàng)建/修改設備命令，新建各種類型、各種規(guī)格的立柱、托臂模型，新建界面如圖5 所示。

新建完成后，會生成兩個.xml 文件，將這些文件進行打包生成.exe 執(zhí)行程序，設計人員只需一鍵點擊安裝即可進行使用。

圖5 創(chuàng)建/修改設備

新建的立柱、托臂型號如圖6 所示，部分模型如圖7 所示，從圖6 和圖7 可以看出新建的立柱和托臂基本涵蓋了橋架設計所需要的樣式，設計人員可以從中方便、快捷地調取所需要的樣式進行設計，極大地提高了設計人員的工作效率。

圖7 部分立柱和托臂模型

1.4 橋架布置

利用BRCM 的參考功能參考電站廠房結構圖和廠房電氣設備布置圖，采用精確繪圖法布置全廠電纜橋架。

全廠橋架布置完成后，運用Navigator 軟件導入橋架布置三維模型對橋架布置與廠房結構和水機管路進行碰撞檢查，并根據(jù)碰撞檢查結果進行路徑優(yōu)化。碰撞檢查通過后，對所有的橋架和彎通進行編碼，賦予橋架電氣屬性。

某水電站全廠橋架布置如圖8 所示。

2 電纜自動敷設

2.1 自動敷設流程

水電站全廠電纜數(shù)量多、路徑雜，傳統(tǒng)二維電纜敷設法工作量大、繁瑣且對電纜用量難以準確把控。利用三維設計手段對水電站全廠電纜進行自動敷設，能夠有效避免傳統(tǒng)二維電纜敷設的困難。電纜自動敷設流程如圖9 所示。

按圖9 流程做完所有敷設前期準備工作，即可導入事先編制的給定起點和終點的電纜清冊，進行電纜自動敷設，自動敷設按照以下兩條原則進行：

1）避開負載或者容量達到90%及以上的電纜橋架路徑；

2）自動選擇最短路徑，即從起點到終點有多種橋架路徑可供選擇時，則自動選擇最短的橋架路徑進行電纜敷設。

2.2 三維實體電纜展示

電纜自動敷設完成后，可以創(chuàng)建電纜的三維實體展示，清晰地查看電纜的具體走向，同時，通過電纜屬性信息可以查看電纜的詳細信息，包括電纜規(guī)格型號、起點、終點、電纜長度、直徑、重量等內容。

圖8 全廠橋架布置模型

圖9 電纜自動敷設流程

施工人員在現(xiàn)場可以通過pad 瀏覽敷設模型，查看三維實體電纜，快捷高效地指導電纜敷設施工。同時，在基于BIM 技術的全生命周期中的后期電站運維階段，運維人員也可通過三維實體電纜展示快速地查詢到相關信息。

如圖10 所示為三維實體電纜及電纜信息展示。

圖10 電纜三維實體展示

2.3 敷設成果輸出

自動敷設完成后，可以生成電纜橋架截面信息、電纜清冊表、電纜工程量清單、橋架工程量清單等成果，如圖11 所示。

電纜橋架截面信息包含通過該電纜橋架的電纜規(guī)格和型號、橋架的容積率，橋架的規(guī)格和型號等信息，可以方便設計人員快速地進行敷設檢查及高效指導施工。

電纜清冊表包含每根電纜的規(guī)格和型號、電纜起點和終點、電纜長度及電纜詳細敷設路徑，可以高效地指導施工。

電纜工程量清單和橋架工程量清單包含工程所需的各規(guī)格的電纜和橋架用量，可以提供給業(yè)主進行設備采購。

針對全廠電纜進行自動化、可視化敷設，自動生成電纜清冊，既能準確控制采購量，避免浪費，大大降低成本，又能提高現(xiàn)場施工人員電纜敷設效率，并使電纜敷設更加合理、美觀，避免現(xiàn)場電纜敷設混亂造成安全隱患。同時生成相應的三維可視化電纜敷設模型，高效地指導現(xiàn)場施工，也便于后期數(shù)字化運行維護中直接利用，以達到可視化管理全廠電纜運行狀態(tài)的目的。

3 結 語

利用BRCM 軟件和開發(fā)的工具根據(jù)本文研究思路對水電站中設計繁雜的電纜橋架布置及電纜敷設可以實現(xiàn)以下功能：

1）三維橋架（包括各類異形彎通及支吊架）布置清晰、直觀，能夠高效地指導施工，減少設計變更。

2）快速、準確地完成電纜自動敷設，生成各種報表，精準指導材料采購及現(xiàn)場施工。

3）生成的各成果可利用于后期運行維護，為高效運維提供基礎。

圖11 成果輸出

4）該研究成果可推廣應用于其他類似工程。