基于三維設(shè)計(jì)軟件的電纜節(jié)點(diǎn)表冊(cè)設(shè)計(jì)方法

黃夏 高麗浚 張燕琴

摘? 要：針對(duì)目前三維船舶電纜設(shè)計(jì)中影響電纜長(zhǎng)度的不確定因素，提出一種基于三維軟件的電纜節(jié)點(diǎn)表冊(cè)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)建立更精準(zhǔn)的電纜模型信息，使電纜設(shè)計(jì)長(zhǎng)度跟施工長(zhǎng)度更加契合，為電纜的生產(chǎn)和施工提供可靠的材料定額及作業(yè)信息，從而提高電纜的設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工效率，節(jié)約物資及人力成本。

關(guān)鍵詞：三維電纜節(jié)點(diǎn)表冊(cè);設(shè)計(jì)長(zhǎng)度;施工長(zhǎng)度

中圖分類號(hào)：U662.1? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： As various factors in 3D ship cable design might affect the cable length， this paper puts forward a design method of cable node table by means of 3D software. The introduction of more precise cable model information makes the cable length in design and construction more fit， provides more reliable material quota and job information for the production and construction of cable， and improves the cable design quality and construction efficiency， save the material and labor costs.

Key words： 3D cable node table; Cable length in design; Cable length in construction

1? 前言

在傳統(tǒng)的電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)中，船舶電纜長(zhǎng)度是利用CAD在二維平面中人工測(cè)量，然后加上適當(dāng)余量得到。基于二維圖樣得到的電纜長(zhǎng)度容易多加或漏加，并且不易被發(fā)現(xiàn)，隨著船舶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，這種設(shè)計(jì)模式的缺點(diǎn)越發(fā)明顯。為此，我們采用三維建模來(lái)測(cè)量電纜長(zhǎng)度，在三維環(huán)境中構(gòu)建電纜模型數(shù)據(jù)與電纜通道模型、設(shè)備模型、設(shè)備基座模型、導(dǎo)架模型、貫穿件模型數(shù)據(jù)等之間的拓?fù)潢P(guān)系，其中任意一項(xiàng)模型數(shù)據(jù)的修改，都會(huì)帶動(dòng)電纜模型數(shù)據(jù)的改變，從而影響電纜的長(zhǎng)度。這種方法計(jì)算出來(lái)的電纜長(zhǎng)度更精確、更高效。但是，目前三維系統(tǒng)中電纜通道不能實(shí)現(xiàn)分層敷設(shè)，也查詢不到任意通道內(nèi)電纜的分布情況，更不能保證敷設(shè)過(guò)程中電纜之間的間隔問(wèn)題。這些不確定的因素依然會(huì)影響電纜長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性和施工圖紙的完整性，不利于成本的控制。

基于上述原因，在三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中模擬現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)電纜環(huán)境，設(shè)置電纜敷設(shè)規(guī)則，智能規(guī)劃電纜敷設(shè)的次序，以主干電纜節(jié)點(diǎn)表的形式導(dǎo)出電纜在橋架中排布的順序，生成多種施工報(bào)表，為生產(chǎn)部門(mén)提供可靠的電纜數(shù)據(jù)信息，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供詳細(xì)的電纜敷設(shè)信息。有利于減少設(shè)計(jì)與施工之間的誤差，精確統(tǒng)計(jì)電纜長(zhǎng)度，節(jié)約電纜成本;有利于減少施工現(xiàn)場(chǎng)整理、消化施工圖紙及臨時(shí)調(diào)整電纜敷設(shè)順序的過(guò)程，提升電纜敷設(shè)效率，節(jié)約管理與施工成本。

2? ?三維軟件電纜設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

目前三維電纜設(shè)計(jì)是在三維系統(tǒng)中輸入電纜標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（如：電纜型號(hào)、截面積、外徑和芯數(shù)等）和電氣設(shè)備數(shù)據(jù)模塊，建立設(shè)備小樣庫(kù)、參數(shù)化部件庫(kù);通過(guò)識(shí)別電氣系統(tǒng)圖，定義電氣系統(tǒng)圖中的電纜和設(shè)備，并建立電纜與設(shè)備之間的連接關(guān)系。電氣生產(chǎn)設(shè)計(jì)在三維軟件中分別按甲板、艙室設(shè)置電纜布線通道模型，并同步完成設(shè)備模型布置;生產(chǎn)設(shè)計(jì)完成三維系統(tǒng)中與其他專業(yè)在空間布置上的干涉協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)處理，完成設(shè)備編號(hào)的提取和相應(yīng)圖形數(shù)據(jù)BOX的獲取，同時(shí)可以得到準(zhǔn)確的電纜敷設(shè)路徑圖以及設(shè)備布置位置;在此基礎(chǔ)上，獲取全船電纜通道及電氣設(shè)備數(shù)據(jù)模塊，開(kāi)始三維電纜布線;電纜布線以電纜通道中心為基準(zhǔn)，疊加三維空間內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間拓?fù)潢P(guān)系，得到電纜長(zhǎng)度;電纜布置完成后，依據(jù)施工工藝要求對(duì)電纜分類編制成冊(cè)，并根據(jù)電纜模型生成包含電纜編號(hào)、首尾設(shè)備、經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)和電纜長(zhǎng)度等信息的電纜拉放表冊(cè)和敷設(shè)路線圖。

3? ?三維軟件電纜設(shè)計(jì)方法存在的問(wèn)題

3.1? 長(zhǎng)度測(cè)量誤差大

在現(xiàn)有的三維軟件中，電纜敷設(shè)是利用電纜通道的中心線來(lái)計(jì)算電纜長(zhǎng)度的。而在現(xiàn)場(chǎng)施工中，每根電纜的敷設(shè)位置不可能都是從電纜通道的中心通過(guò)，這樣在軟件中測(cè)量得到的電纜長(zhǎng)度與現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)的電纜長(zhǎng)度存在誤差。為了避免這種誤差造成現(xiàn)場(chǎng)施工的返工，通常我們?cè)跍y(cè)量電纜時(shí)增加一定的余量，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）直角轉(zhuǎn)彎處敷設(shè)的電纜

在電纜導(dǎo)架上電纜直角轉(zhuǎn)彎后，外側(cè)電纜的長(zhǎng)度比內(nèi)側(cè)電纜的電纜長(zhǎng)度增加

S=2L=2W，中間電纜的長(zhǎng)度比內(nèi)側(cè)電纜的電纜長(zhǎng)度增加 S=2 L1=W=L，如圖1所示：

（2）在雙層或多層電纜托架上敷設(shè)的電纜

計(jì)算多層電纜拖架上敷設(shè)的電纜余量時(shí)，需要加上導(dǎo)板間距H1和電纜敷設(shè)的堆高H2，電纜余量H=H1+H2（S-1），其中S為電纜拖架層數(shù)，如圖2所示：

3.2? 現(xiàn)場(chǎng)施工中電纜拉放次序的影響

現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員敷設(shè)電纜的依據(jù)主要是：電纜走向圖、電纜拉放表冊(cè)、電氣系統(tǒng)圖、電纜敷設(shè)施工工藝等。傳統(tǒng)的電纜表冊(cè)只提供電纜的基本信息（如：電纜代號(hào)、規(guī)格型號(hào)、路徑等），對(duì)于電纜在電纜托架中的排列布置施工人員無(wú)法直接判斷，需要在敷設(shè)電纜前整理和消化施工圖紙并編制電纜敷設(shè)順序表，避免施工中出現(xiàn)電纜交叉、電纜分類、電纜機(jī)械損傷等問(wèn)題，并且在施工過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)有的電纜路徑不合理，需臨時(shí)調(diào)整電纜路徑，修改后的電纜路徑必然會(huì)影響電纜的長(zhǎng)度，使得原先電纜表冊(cè)中長(zhǎng)度預(yù)裁的電纜不符合實(shí)際敷設(shè)長(zhǎng)度，造成浪費(fèi)。

如果在施工過(guò)程中隨意拉放電纜，不僅影響施工周期，還會(huì)造成電纜破損或電路故障，并且維修起來(lái)費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。因此，要把數(shù)量龐大的全船電纜敷設(shè)得合理和整齊，一方面依賴于施工人員的技術(shù)水平，另一方面需要施工人員投入大量的時(shí)間去消化施工圖紙才有可能做到。

4? ?電纜節(jié)點(diǎn)表冊(cè)的設(shè)計(jì)

4.1? 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)思路

基于三維設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，完成電纜布置并將模型數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，結(jié)合電纜敷設(shè)工藝，在三維軟件中編入電纜在托架中排列的原則，梳理電纜模型數(shù)據(jù)，按敷設(shè)順序分析電纜在托架中的排列次序，在電纜流通的關(guān)鍵處設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，形成電纜節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)集并寫(xiě)入模板（包括：電纜節(jié)點(diǎn)代號(hào)、電纜編號(hào)及電纜代號(hào)、節(jié)點(diǎn)中電纜的排列順序等），最終以電纜節(jié)點(diǎn)表形式輸出，如圖3所示：

生成的節(jié)點(diǎn)表中明確規(guī)定了每一根電纜在電纜托架中的具體位置，直觀反映電纜的敷設(shè)次序，為施工過(guò)程提供明確的作業(yè)信息，減少電纜理論長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度的誤差，更精確控制電纜長(zhǎng)度。

4.2? 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法

在三維軟件中設(shè)置電纜排序的功能，將電纜通道中布置完成的電纜按照設(shè)置的約束條件依次排列：

（1）電纜布置的先后順序

先布置長(zhǎng)而粗的電纜，后布置短而細(xì)的電纜;先布置主干電纜，后布置分支電纜;轉(zhuǎn)彎處電纜敷設(shè)最小半徑彎曲半徑按電纜總外徑6倍計(jì)算，如電纜外徑小于25mm，其彎曲半徑按外徑4倍計(jì)算;

（2）電纜在導(dǎo)架中分束

根據(jù)電纜類別的不同，設(shè)置電纜束與束之間的間隔距離。例如：電力電纜與信號(hào)電纜分束敷設(shè)，間距不小于50mm;電力電纜與信號(hào)電纜必須交叉時(shí)，垂直彼此垂直跨越;

（3）單束電纜在導(dǎo)架中的排列順序

每束電纜在電纜導(dǎo)架中應(yīng)成梯形排列，梯形的長(zhǎng)邊（即單束電纜寬度）最大為200mm，電纜的層數(shù)一般為兩層，對(duì)于小截面電纜可以超過(guò)兩層，但最終電纜束的厚度不應(yīng)大于80mm;。

（4）電纜的分層順序

信號(hào)電纜、短而細(xì)的電纜敷設(shè)在最上層，電力電纜、粗而長(zhǎng)的電纜敷設(shè)在最下層;

（5）直流網(wǎng)絡(luò)采用多根單芯電纜并聯(lián)使用時(shí)，屬于同一極的電纜與另一極的電纜應(yīng)交叉敷設(shè);

（6）同一托架中有多種電纜流向時(shí)，注意電纜流向，按電纜的流出順序依次敷設(shè)于托架外側(cè)到內(nèi)側(cè)及電纜束的上層至下層;

（7）電纜束的截面面積與特殊電纜節(jié)點(diǎn)（電纜在金屬貫穿裝置處的節(jié)點(diǎn)）的截面面積之比（電纜貫穿系數(shù)），應(yīng)小于0.4;

（8）對(duì)于特殊的電纜路徑，必須通過(guò)相應(yīng)的橋架、層次和節(jié)點(diǎn)，且敷設(shè)方式因地而異，需要手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)整。

4.3? 節(jié)點(diǎn)輸出

在完成三維電纜設(shè)計(jì)后，生成主干電纜拉放清冊(cè)及主干電纜節(jié)點(diǎn)排列表冊(cè)：主干電纜拉放清冊(cè)主要內(nèi)容是電纜基本信息（電纜編號(hào)、電纜長(zhǎng)度、電纜停止點(diǎn)、電纜規(guī)格及型號(hào)、電纜首尾設(shè)備信息、電纜走向等）;電纜節(jié)點(diǎn)排表冊(cè)主要包含：電纜節(jié)點(diǎn)代號(hào)匯總表及節(jié)點(diǎn)電纜排列表。

軟件中可以選擇電纜通道模型的任意位置設(shè)置節(jié)點(diǎn)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)表生成該節(jié)點(diǎn)中電纜排列順序。施工工人通過(guò)查看節(jié)點(diǎn)表，可以直觀地了解每一根電纜的敷設(shè)位置，合理地控制電纜在托架上的布置位置，特別是拐彎處的電纜，避免電纜交錯(cuò)敷設(shè)。

電纜節(jié)點(diǎn)排列表冊(cè)內(nèi)容，包括：電纜節(jié)點(diǎn)代號(hào)匯總表和電纜接電纜排列順序表。

5? ?效果驗(yàn)證

5.1? 電纜成本降低

以某首制船為例：三維軟件中測(cè)量得到電纜長(zhǎng)度通常需加5%～10%的余量來(lái)彌補(bǔ)電纜在施工中不確定因素造成的誤差。通過(guò)三維軟件電纜建模設(shè)計(jì)，精準(zhǔn)控制每根電纜在電纜托架上敷設(shè)位置，電纜余量只需考慮電纜首末端進(jìn)入設(shè)備接線排的長(zhǎng)度，提高了電纜測(cè)量長(zhǎng)度精確度，可為后續(xù)電纜的采購(gòu)、切割、管理、施工所需的物量與管理數(shù)據(jù)提供更精準(zhǔn)的依據(jù)，降低電纜成本。以每根電纜長(zhǎng)度節(jié)約5%計(jì)算，每1000公里電纜就可節(jié)約至少50公里電纜，降低成本約300萬(wàn)元。

5.2? 提升現(xiàn)場(chǎng)施工效率和質(zhì)量

電纜節(jié)點(diǎn)表的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了生產(chǎn)部門(mén)的建造意圖，每一根電纜現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)長(zhǎng)度、路徑、敷設(shè)順序都一目了然。電纜節(jié)點(diǎn)表輸出的電纜信息具有較高的作業(yè)指導(dǎo)性，施工人員無(wú)需花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去消化和整理施工圖紙，就能快速、準(zhǔn)確的理解施工意圖，使施工過(guò)程有序、高效，也便于日后電纜的維護(hù)排查，節(jié)約了人力資源的投入。電纜節(jié)點(diǎn)表是充分利用三維建模的完整性，去探索便于施工、提高施工效率的電纜設(shè)計(jì)信息表達(dá)方式。

6? ?結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代造船技術(shù)中，船舶三維建模軟件以數(shù)字化設(shè)計(jì)為核心，建立完整的產(chǎn)品模型信息，是施工圖紙的唯一信息來(lái)源。通過(guò)三維模擬電纜敷設(shè)方案，對(duì)電纜進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，杜絕設(shè)計(jì)誤差，精確控制電纜長(zhǎng)度;通過(guò)編制主干電纜節(jié)點(diǎn)表，為施工部門(mén)提供更詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)信息，提升施工效率。船舶電纜造價(jià)高，使用量大，基于三維軟件的主干電纜節(jié)點(diǎn)表冊(cè)設(shè)計(jì)方法可以節(jié)約電纜成本、提升施工質(zhì)量和效率。

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