数字化设计成就智慧建筑

文｜洪敏 王伟

目前业主单位对工程投资、成本核算越来越精确，这就要求从工程设计源头开始，提供更加精细的设计成品。近年来，湖北省电力勘测设计院为提高信息化水平，引进了一系列数字化设计软件，大力推广数字化设计理念，改进设计手段，取得了良好的效果。

对电气专业而言，电缆敷设无疑是手工设计工作量最大，设计周期最长，所涉及设备数量最多，是提高工作效率最为迫切的部分。借助于地理信息系统、三维建模技术、数字化协同等先进技术的集成应用，数字化设计能提供更加真实、准确的设计成品。

数字化技术计算“最优路径”

以湖北省电力勘测设计院设计的某变电站工程为例，项目在电缆敷设过程中，采用BRCM电缆敷设软件对电缆进行敷设，整个敷设过程精确化建立了全站三维模型，包括电缆桥架、电缆沟、竖井、支吊架等。并重点对综合楼电缆采用“最优路径法”，自动计算电缆起点到终点的最优路径，同时准确计算出电缆长度，模拟敷设电缆，最终生成满足实际工程需要的成品。整个过程完全数字化设计，有效避免了各专业间的碰撞问题，可达到全自动化敷设的目的，提高了设计质量，缩短了设计时间，为湖北省电力勘测设计院在未来工程中完全实施数字化设计和提交数字化移交成果奠定了基础。

BRCM电缆敷设软件常用于低电压或控制电缆的设计，可以精确统计电缆长度、走向，但无法展示单根高压电缆的空间走向、占位等情况，也无法进行实体电缆的碰撞检测。湖北省电力勘测设计院采用MicroStation平台对全部高压电缆进行实体建模，开展电缆敷设的精细化设计。对主要电缆的空间走向进行定位并建模，利用数字化平台直观、高效地展示了电缆在空间上的走向、路径，最后进行相应的碰撞检测，并利用数字化设计模型对电缆敷设模型进行了切图，生成部分电缆敷设施工图纸。

根据变电站电缆敷设设计的情况来看，主要有两种处理方式。一是完全依靠人工一根根理清电缆路径，通过对桥架关键节点做剖面的方式来表达设计意图。这种方式费时费力，同时也不方便施工。二是在桥架和电缆支架布置图上对关键节点进行编号，然后在编制电缆清册时依次列出每根电缆从起点到终点所经过的节点编号，这种方法在一定程度上降低了设计人员的工作量，同时方便现场施工，但是该方法没有计算过桥架的容积率，有可能出现某根电缆所要经过的桥架已经满了的情况，不利于电缆在不同通道上的合理分布。

同时业主对于电缆敷设的要求也不断提高，比如动力电缆要与控制电缆分开，电缆在桥架上排列整齐，减少交叉等，这些要求按照现有电缆敷设设计方式难以满足，必须寻求新的解决方案。

BRCM(Bentley Raceway And Cable Management)软件主要用于在3D环境下完成电缆沟、电缆桥架、埋管、支吊架、设备等布置；它可以定义综合的桥架、电缆沟、埋管参数，放置电气设备，导入电缆和设备列表。软件通过读取电缆清册的逻辑信息，结合平面设备布置及路径，自动进行电缆优化敷设，精确统计电缆长度。电缆敷设后，可以生成材料清册（电缆及其连接信息、路径信息等），最后从模型中剖切生成提资图和施工图。

原有设计流程是基于手工设计的基础，而BRCM电缆敷设是在一个各专业统一的协同平台上完成，数据信息属于共享，多个设计人员也可以在同一平台上集体完成整套电缆敷设设计过程。从流程上减少了错误的几率，保证了设计质量。具体流程如图1所示。

自动选择优化 提高敷设质量

图1 BRCM电缆敷设软件设计流程

在电缆敷设过程中，首先根据工程实际情况搭建电缆沟、桥架、埋管及辅助设施，然后对电缆路径及电气设备等进行智能编号，采用“最优路径法”自动计算电缆起点到终点的最优路径，同时准确计算出电缆长度，模拟实际的电缆，最终生成满足实际工程需要的成品。整个过程完全数字化设计，有效避免了各种碰撞问题，从而实现电缆敷设路径自动选择与优化，提高敷设质量。

电缆敷设流程主要可分为配置BRCM工作空间，实现与ProjectWise集成；多专业、多设计人员基于ProjectWise协同平台工作；绘制桥架、电缆沟、埋管等路径；自定义设备模型及电缆清册编制；电缆自动敷设及优化等几个过程。

图2 BRCM与ProjectWise集成

首先，配置BRCM工作空间，实现与ProjectWise集成。要实现BRCM工作空间( WorkSpace) 集成到协同平台，需要将ProjectWise上的BRCM文件夹升级为项目级别文件夹，并编写项目通用的配置文件，同一平台上的设计人员在一个标准下建立模型。 此外，还需要在PC 机上建立本机的SQL 数据库，在BRCM 软件进行电缆敷设时需从 SQL 数据库中读取桥架及电缆清册的数据进行自动敷设。只有实现了BRCM工作空间的集成才是真正意义上的协同作业。如图2所示。

图3 电缆沟、支吊架参数化建模

图4 电缆桥架参数化建模

图5 电缆沟、埋管、设备布置轴测图

图6 设备参数化建模与编号

图7 导入的电缆清册

第二，多专业 、多设计人员基于 ProjectWise协同平台工作。电气专业与其他相关专业基于ProjectWise平台协同设计，基于ProjectWise协同平台，如若其他专业的模型发生改变，电气专业的参考模型也会实时改变。电气专业设计人员在进行 BRCM项目工作时，设计人员可以通过 ProjectWise 平台分享本机的 SQL 数据库，从而协同完成电缆敷设工作。

第三，规划电缆路径，绘制三维模型。参考土建专业提供的三维信息模型、设备模型，精确规划电缆桥架、电缆沟、埋管、电气设备等。BRCM软件提供了托盘式、梯式和槽式多种类型的桥架，导入了部分常用的厂家桥架尺寸，并且支持桥架自定义定制。电缆桥架布置方便，可以自动添加弯通、三通和四通，并且可以通过线条自动生成桥架，各种弯通、三通、四通自动连接，方便智能。另外桥架配件也可以用自动添加和手动添加两种方式添加。电缆桥架和电缆沟建模原则按照前期规划的电缆桥架走向，根据现场实际情况进行精确化建模。如图3、4、5所示。

通过数字化方式进行电缆路径规划，并按照本单位制定的电缆桥架编码原则对路径自动编号，借助于精细化布置的辅助设施模型，电缆路径能更真实地模拟现场实际情况，实现点到点的精确路径规划。

第四，自定义设备模型及电缆清册编制。电气设备尤其是电气屏柜，是整个电缆敷设中非常重要的环节，每一个屏柜都有唯一的编号，与电缆清册一一对应。屏柜尺寸、位置均依施工图纸和现场情况布置，并经过校核，准确无误。如图6所示。

根据电气设计人员编制的电缆清册，整理成BRCM系统默认格式的电缆清册表，并根据电压等级进行划分，导入系统中，读取到SQL数据库中。如图7所示。

数字化设计技术革新传统设计手段

湖北省电力勘测设计院进行电缆敷设及其优化设计时，主要采用BRCM平台对低电压或控制电缆进行数字化电缆敷设设计，可以精确统计电缆长度、走向，但无法展示单根高压电缆的空间走向、占位等情况，也无法进行实体电缆的碰撞检测。因此采用MicroStation平台对全部高压电缆进行实体建模，开展电缆敷设的精细化设计。

BRCM软件电缆敷设及优化。BRCM软件可读取本机SQL数据库中的电缆桥架、埋管、电缆清册等数据，对电缆进行自动敷设。通过软件计算，可输出电缆敷设拓扑图、电缆长度表、电缆敷设路径及各段长度明细表等信息。BRCM软件进行自动敷设计算后，根据电缆清册信息自动在平面图中查找电缆敷设路径，并按照设定的敷设原则进行优化，可以将每一根电缆的走向直观地反映到拓扑图中，可方便查看每根电缆在拓扑图中的走向，经过的路径、设备均可高亮显示，能方便设计人员纠正设计中出现的错误，及时对电缆的走向或桥架的用量进行修改，大大提高设计的准确性，敷设完成可即时查看桥架填充量信息。如图8、9、10、11、12所示。

BRCM软件可根据软件自动计算的结果，查看每段路径的拥塞情况及敷设的电缆信息，作为参考的依据，供设计人员调整电缆敷设。最后通过切图，可以将三维模型切成二维视图并保存，将保存的二维视图参考到已制作好的图框图签中，设置好相应比例，再对视图进行标注、文字注释等即可完成提资图和施工图的绘制。如图13所示。

高压实体电缆敷设及优化。湖北省电力勘测设计院采用MicroStation平台对全部高压电缆进行实体建模，开展电缆敷设的精细化设计。对主要电缆的空间走向进行定位并建模，并基于变电站全站数字化模型，进行电缆的碰撞检测，有效避免电缆之间、电缆与支架、墙体、梁柱等构建物之间的碰撞，并通过电缆中心轴线转弯半径的设置，保证了电缆设计的合规性。

利用数字化平台直观、高效地展示了电缆在空间上的走向、路径，电缆与墙体、梁柱，电缆隧道、支架等各种物件的相对位置，准确展现了设计方案并依据实体数字化设计模型回答专家提出的各种问题，打消相关方对电缆敷设可能出现各种问题的种种顾虑，一改以往类似工程电缆敷设不到现场放样总说不清楚的局面。最后进行相应的碰撞检测，并利用数字化设计模型对电缆敷设模型进行了切图，生成部分电缆敷设施工图纸。如图14、15、16所示。

与以往的传统方法相比，BRCM数字化设计软件电缆敷设优点体现在多个方面。

首先，参数化的路径模型方便设计，可快速并有效地进行电缆自动敷设，敷设后生成带有信息的全方位的直观立体模型，不仅便于施工使用和管理，也可以为业主后期运营维护管理提供大量有效的信息。

图8 BRCM软件自动敷设

图9 电缆总长度及路径节点信息表

图10 电缆敷设拓扑图

图11 桥架填充率信息

图12 某工程传统设计与数字化设计输出结果对比

图13 电缆沟断面图

图14 变电站主要电缆数字化模型

图15 变电站局部电缆模型剖切视图（220kV）

图16 变电站局部电缆模型剖切视图（110kV）

其次，在协同设计环境下，各专业设计人员可实现将成果与其他专业进行校验，减少了与其他专业的碰撞问题，杜绝了传统设计过程中产生的专业配合错误和数据录入错误，也能及时对设计成品进行修改，从而获得良好的经济效益。

第三，根据地形布置的电缆路径，布置方案更合理，电缆长度统计结果更接近实际施工情况，通过软件准确测量和查看每一根电缆，这样可以减少采购订货误差。

第四，可生成易交付的 i-model 模型，三维模型直观便于理解，有助于提高施工效率，减少施工中的错误和问题，更方便现场施工人员施工管理。

基于MicroSation基础设计平台对高压实体电缆敷设及优化是湖北省电力勘测设计院对电缆敷设的有益尝试，利用现有平台虽然可以完成大部分电缆设计工作，但是由于基础平台并没有针对电缆敷设工作进行优化以及特有工具包的开发，绝大部分工作还是依靠数字化设计人员手动完成电缆路径的选择和修改，智能化程度较低。同时由于变电站空间位置有限，修改某根电缆的走向和空间位置往往会造成牵一发而动全身的后果，导致修改的过程比较繁琐。数字化设计技术应用于空间狭小、结构复杂的设计条件时，具备空间定位准确、视觉效果直观等特点。如何发掘现有平台的潜力，更广覆盖本单位的业务范围；如何更好、更快的辅助生产设计；如何与传统二维设计优势互补，共同发展等等都是需要解决的问题。

BRCM作为一种先进的数字化电缆敷设软件，它的推广和应用是对设计手段的革新，通过这些功能模块使得湖北省电力勘测设计院设计产品的深度和精度都得到了大幅的提升，它将成为日后湖北省电力勘测设计院数字化移交设计的重要组成部分。

BRCM数字化电缆敷设的设计理念，自动化、高精度、高效率的设计方式，代表了未来电缆敷设设计的发展方向。湖北省电力勘测设计院也期望通过统一标准、软件二次开发等提升电缆敷设数字化设计，提高工作效率，促进电缆敷设数字化设计手段推进，完成数字化移交及数据全生命周期管理。