水利水电工程三维电缆桥架布置及电缆自动敷设研究

彭自强

（湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南 长沙 410007）

引 言

随着信息技术的飞速发展，基于BIM 技术的三维设计在工程建设领域的应用越来越广泛。水电工程建设周期长、工程复杂，涵盖测绘、地质、水工、施工、水机、金结、电气、消防等众多专业，采用基于BIM 技术的三维设计方法则显得非常有优势。

电气专业作为水电工程众多专业中的一个分支，包含设备布置、照明布置、桥架布置、电缆敷设等内容，其中桥架布置和电缆敷设存在以下问题：

1）水电站厂房面积大，供电范围广，桥架布置工作量大；采用传统二维设计法，桥架布置需要添加许多剖面图，对施工人员读图要求大，且后期施工配合多、设计变更次数多。

2）水电站内一次、二次电缆数量繁多，采用传统二维设计法进行手工敷设，严重耗费时间且电缆长度统计不够精确，材料浪费严重。

这些问题严重制约着设计产品质量的提高，如何有效地解决这些问题日趋成为设计人员的研究热点。

针对传统二维设计中出现的问题，本文采用三维设计方法进行电缆桥架布置，使布置整体清晰、直观，能够高效地指导施工且有效地将碰撞现象解决在设计阶段；对电缆进行自动敷设，并自动生成各种材料清单、电缆清册，极大地提高材料统计精准度，大大节省了材料，为业主节省了工程开支，提高了设计效率和产品质量。

1 三维电缆桥架布置

1.1 桥架参数化建模

BRCM（Bentley Raceway and Cable Management）软件提供了托盘式、梯级式、槽式等各种标准规格电缆桥架的参数化建模功能，设计人员只需选择所需桥架类型，输入桥架参数，即可快速创建符合要求的桥架，桥架参数化工具如图1 所示。

BRCM 根据桥架布置可以自动生成标准水平弯通进行桥架连接，同时设计人员也可通过手动插入桥架部件插入各种类型标准弯通（不包含异形弯通），如图2 所示。

但是，BRCM 中自带的参数化桥架工具只能针对各种直通桥架和规则非变径弯通进行参数化建模，对于设计中经常用到的各类别异形弯通无法实现参数化建模，无法满足水电工程三维桥架布置的需求。

图1 桥架参数化工具

图2 规则弯通建模工具

1.2 异形弯通参数化建模

针对BRCM 软件本身无法完成异形弯通参数化建模的情况，本文采用VBA 编程语言开发了一款具备交互式界面的异形弯通参数化建模工具，其中涵盖了设计中常用的变径水平弯通、变径水平三通、变径水平四通、垂直上弯通、垂直下弯通、上垂直三通、下垂直三通等各类型异形弯通，工具基本界面如图3 所示。

通过选择所需类型异形弯通，输入弯通参数，点击创建模型，即可快速创建所需弯通并在界面右侧预览窗口显示预览模型。点击插入模型，即可动态地将创建的参数化弯通模型插入图纸文件中，极大地提高了设计人员的工作效率。

图3 桥架异形弯通参数化建模工具

通过开发的异形弯通参数化建模工具创建的各类别异形弯通如图4 所示，基本能够满足水电工程设计所需异形弯通要求。

图4 异形弯通模型

1.3 桥架支吊架建模

通过BRCM 中的创建/修改设备命令，新建各种类型、各种规格的立柱、托臂模型，新建界面如图5 所示。

新建完成后，会生成两个.xml 文件，将这些文件进行打包生成.exe 执行程序，设计人员只需一键点击安装即可进行使用。

图5 创建/修改设备

新建的立柱、托臂型号如图6 所示，部分模型如图7 所示，从图6 和图7 可以看出新建的立柱和托臂基本涵盖了桥架设计所需要的样式，设计人员可以从中方便、快捷地调取所需要的样式进行设计，极大地提高了设计人员的工作效率。

图7 部分立柱和托臂模型

1.4 桥架布置

利用BRCM 的参考功能参考电站厂房结构图和厂房电气设备布置图，采用精确绘图法布置全厂电缆桥架。

全厂桥架布置完成后，运用Navigator 软件导入桥架布置三维模型对桥架布置与厂房结构和水机管路进行碰撞检查，并根据碰撞检查结果进行路径优化。碰撞检查通过后，对所有的桥架和弯通进行编码，赋予桥架电气属性。

某水电站全厂桥架布置如图8 所示。

2 电缆自动敷设

2.1 自动敷设流程

水电站全厂电缆数量多、路径杂，传统二维电缆敷设法工作量大、繁琐且对电缆用量难以准确把控。利用三维设计手段对水电站全厂电缆进行自动敷设，能够有效避免传统二维电缆敷设的困难。电缆自动敷设流程如图9 所示。

按图9 流程做完所有敷设前期准备工作，即可导入事先编制的给定起点和终点的电缆清册，进行电缆自动敷设，自动敷设按照以下两条原则进行：

1）避开负载或者容量达到90%及以上的电缆桥架路径；

2）自动选择最短路径，即从起点到终点有多种桥架路径可供选择时，则自动选择最短的桥架路径进行电缆敷设。

2.2 三维实体电缆展示

电缆自动敷设完成后，可以创建电缆的三维实体展示，清晰地查看电缆的具体走向，同时，通过电缆属性信息可以查看电缆的详细信息，包括电缆规格型号、起点、终点、电缆长度、直径、重量等内容。

图8 全厂桥架布置模型

图9 电缆自动敷设流程

施工人员在现场可以通过pad 浏览敷设模型，查看三维实体电缆，快捷高效地指导电缆敷设施工。同时，在基于BIM 技术的全生命周期中的后期电站运维阶段，运维人员也可通过三维实体电缆展示快速地查询到相关信息。

如图10 所示为三维实体电缆及电缆信息展示。

图10 电缆三维实体展示

2.3 敷设成果输出

自动敷设完成后，可以生成电缆桥架截面信息、电缆清册表、电缆工程量清单、桥架工程量清单等成果，如图11 所示。

电缆桥架截面信息包含通过该电缆桥架的电缆规格和型号、桥架的容积率，桥架的规格和型号等信息，可以方便设计人员快速地进行敷设检查及高效指导施工。

电缆清册表包含每根电缆的规格和型号、电缆起点和终点、电缆长度及电缆详细敷设路径，可以高效地指导施工。

电缆工程量清单和桥架工程量清单包含工程所需的各规格的电缆和桥架用量，可以提供给业主进行设备采购。

针对全厂电缆进行自动化、可视化敷设，自动生成电缆清册，既能准确控制采购量，避免浪费，大大降低成本，又能提高现场施工人员电缆敷设效率，并使电缆敷设更加合理、美观，避免现场电缆敷设混乱造成安全隐患。同时生成相应的三维可视化电缆敷设模型，高效地指导现场施工，也便于后期数字化运行维护中直接利用，以达到可视化管理全厂电缆运行状态的目的。

3 结 语

利用BRCM 软件和开发的工具根据本文研究思路对水电站中设计繁杂的电缆桥架布置及电缆敷设可以实现以下功能：

1）三维桥架（包括各类异形弯通及支吊架）布置清晰、直观，能够高效地指导施工，减少设计变更。

2）快速、准确地完成电缆自动敷设，生成各种报表，精准指导材料采购及现场施工。

3）生成的各成果可利用于后期运行维护，为高效运维提供基础。

图11 成果输出

4）该研究成果可推广应用于其他类似工程。