基于BIM技术在公共建筑变电所电缆敷设的应用

廖卫超，任忠山

（武汉建工集团股份有限公司，武汉 430000）

0 引言

随着当今社会的发展，近年来全国各大中型城市陆续大规模的建设较为复杂的公共建筑，用电负荷也相应增大，对供电需求加大，建筑物内部大都设有35 kV等级的变电所，而变电所中电缆的敷设是整个机电安装施工中的重点和难点，加上电缆价格昂贵，做好电缆敷设前的周密策划，不仅可以提高变电所施工工艺质量，还可以精准控制电缆的长度。BIM技术从设计到施工都发辉这不可估量的作用［1］，使用BIM技术，可以对设计方案进行不断完善，对于电气设计的质量和效率提升都起到良好的促进作用。本文研究通过BIM三维建模及三维仿真软件直观地展现电缆敷设前的虚拟敷设，对变配电房高低压柜、变压器进行安装位置优化，对电缆沟的布置，电缆的走向路由，支架选型定位，电缆敷设顺序等方面进行仿真模拟，通过Revit软件对每个节点进行编号，生成每段电缆长度报表，为施工现场提供施工依据，对前期电缆的分盘，电缆敷设提供有效管理，从而提高公共建筑变电所电缆敷设的施工质量和经济效益[2]。

国内外研究的重点还是BIM在机电安装过程中管线综合布局的应用，而对于机电综合布局中电气占的比例很小，就只有桥架参与其中。因此BIM技术在电气专业的应用甚少，恰恰电气专业中电缆敷设在整个安装过程中比较重要的一个环节，本文主要从BIM在电缆敷设着手。建 筑 信 息 模 型（Building Information Modeling，BIM[3]）是基于三维数字技术的建筑业信息化发展技术，具有应用BIM三维可视化、虚拟仿真、专业协同、信息统计等特点[4]，应用BIM技术，对机电设备安装效果进行模拟，避免各个数据参数出现偏差，为建筑机电安装设计方案优化提供参考依据[5]。本文结合相关电气设计施工规范，对电缆的路由分布进行精细化策划与管理。对电缆敷设过程中的现场布置、实际实施、现场管理等进行管控。尽早发现方案中的问题，事前及时发现并解决方案中存在的问题，不断优化、调整方案，提高电缆敷设的效率，提高电缆敷设质量。

1 BIM三维虚拟

利用BIM三维辅助工具实现三维辅助施工仿真，利用精确的数字化BIM模型[6]，相比较传统的变电所电缆敷设方案，施工工艺，电缆分盘采购计划更加高效精准。单纯依靠二维平面图纸及施工经验来策划电缆的走向，如何错层分布电缆，但由于变电所电缆量极大，多达几百根电缆，工作强度大，故而容错率较高，对整个建筑的供电存在很大的隐患，造成电缆裁剪长度不准，造成电缆浪费。BIM三维模拟可以完成数字化、可视化、预见性、可交互性，模拟仿真式的电缆敷设施工管理[7]。借助BIM三维虚拟仿真，可1∶1比例的还原变电所内部的整体布局方案，包括电缆沟的宽度、深度、走向，高低压柜、变压器的布局，防火电缆和普通电缆如何按照规范要求排布，电缆支架的形式，布置间距，进入配电房的竖向桥架走向布局。通过软件对设计图纸进行优化，以达到施工质量和成本的最大效益。

2 BIM在建筑电气变配电房中的应用

2.1 传统公建配电房布局的局限性

现阶段随着城市的高速发展，城市电力负荷不断加重，因此对于城市电力设施的要求越来越高，一般公共建筑的电力系统都比较复杂，配电房作为建筑的核心部位，由如人的心脏，不断地为建筑物提供动力。传统的配电房优化，只能通过二维图纸结合CAD工具，通过人为的空间想象来优化配电房的布局及电缆排布。这样仅仅通过二维层面的布局，施工过程中会存在各种各样的问题，例如电缆转弯弧度考虑不到位，电缆在电缆沟或者桥架中发生交叉，配电房整体布局不美观等不足。

2.2 电缆敷设的重难点

（1）资源浪费

项目实际测量难度大、电缆资源浪费较多。传统的电缆敷设主要还是依赖于设计图纸或投标清单中的电缆工程量，通过设计图纸得到的电缆长度显然不够精准，不能实际反映出施工现场实际的情况，导致电缆实际用量与理论计算量普遍存在很大差异。加上现场桥架翻弯过多，导致现场测量的难度较大，测量的误差较大，现场测量的不准确，导致电缆分盘计划与实际长度有误差，经常造成电缆用料的浪费。

（2）电缆敷设混乱

电缆走向排布混乱，电缆敷设不美观，配电房是电缆的集中位置，内部电缆种类数量繁多，一般配电房多达数百根电缆，传统的变电所电缆敷设施工方法依靠施工人员根据现场情况和以往施工经验规划电缆走向，以避免电缆交叉和超弯曲半径的情况[8]。不可能将所有电缆都考虑的很到位，在这种情况下敷设的电缆难免会出现电缆交叉错乱的现场，最终使配电房整体效果不是很美观。

（3）电缆计算繁琐

电缆计算公式繁琐，不易统计电缆布局通过CAD排布完成，回路编号后，根据优化的CAD图纸，按照电缆计算规则，电缆水平长度+垂直长度+预留长度，最后乘以系数得到每条回路的电缆长度，这种方式得到的电缆统计表计算式麻烦，电缆分类也不是很简洁，这无疑增加了现场施工人员的工作量，降低了工作效率。

（4）施工空间有限

敷设空间狭小，施工难度增加通过人工测量和二维图纸得到的布局方案，往往在配电房布局过程中无法真实的还原实际敷设环境，使在本就空间有限的设备房敷设电缆更加不易操作，人工敷设难度增加。

3 BIM在公共建筑中的应用案例分析

3.1 案例背景

本案例选择的项目是湖北省医养康复中心（示范）项目，项目有东西两个地块组成，其中东侧地块位于卓刀泉南路西侧，东邻卓刀泉南路；西侧为规划中的城市道路，南侧面朝南湖。项目共计两个变配电房，本项目研究的变配电房共有8台变压器，变压器容量均为1250 kVA。

3.2 应用介绍

主要应用Autodesk Revit软件对电缆进行建模、标记，利用Autodesk Navisworks对模型进行仿真模拟，保证电缆的空间排布最优化，消防电缆和非消防电缆分开排布，使电缆在敷设过程中避免交叉，在满足功能性的前提上保证美观度。通过建立配电房模型对配电房综合排布进行优化。优化内容主要包括：配电房配电柜变压器安装位置、风管安装位置、气体灭火管网布局、照明灯具优化、电缆沟优化、支架布置、电缆敷设，通过三维布局进行管控，更加全面、协调、高效的优化布局。

（1）模型建立

首先收集建立模型中需要用的族，包括配电柜、变压器，电缆支架、风管、管道、灯具等，建立项目设施设备资源库。在建模的过程中根据需要直接在族库中提取对应族，这些族都是参数族，可以针对不同的参数进行调整。根据设计图纸进行配电房建筑，结构建模，在建筑模型的基础上将配电房中配电柜、支架、桥架、电缆、风管、管道、灯具进行建摸。

（2）模型优化

模型完成后，在满足规范和施工工艺的前提下将整个模型优化，使之既美观又经济，优化步骤：电缆沟→配电柜位置→电缆沟支架→桥架布局走向→电缆敷设排布。

（3）电缆沟优化

配电房中电缆都集中敷设在电缆沟中，电缆沟的宽度、深度、路由决定了电缆敷设的美观和难易度。优化时考虑电缆路由最捷径且各配电柜出线电缆无交叉敷设。如图1所示。

图1 电缆沟优化

（4）配电柜位置优化

在电缆沟位置确定后，根据电缆走向确定好配电房内部配电柜的位置，保证配电柜成排成线、位置居中，配电柜前后都留有安全规范距离。如图2所示。

图2 配电柜位置优化

（5）电缆支架优化

根据配电柜位置和电缆沟走向在电缆沟两侧分别设置支架，遵循的原则：电缆沟有配电柜的一边配电柜下方均要设置支架，在电缆沟另一边穿插布置支架，使人在电缆沟中能够呈蛇形行走。如图3所示。

图3 电缆支架优化

（6）桥架布局优化

根据电缆的走向确定桥架的路由，深化桥架大小，使之电缆在其中排布整齐有序。

（7）电缆路由模拟

BIM模型优化后，通过计算机模拟电缆敷设路由，真实还原实际环境，在模拟模型中依依审查，发现有不合理的位置及时将模型修改，模拟时主要考虑保证消防电缆和普通电缆分布在电缆沟两侧的电缆支架上，消防电缆和普通电缆严格分开，电缆在转弯处的转弯半径要合适，电缆在出配电房的竖向桥架上排列整齐。在优化电缆路径时，只需要调整电缆的位置参数即可，方便快速，极大的提高了变电所的电缆布局调整效率。如图4所示。

图4 电缆敷设模拟

（8）电缆量统计

在电缆敷设模拟完成后，运用AutoDesk公司的BIM软件Revit直接生成电缆统计表，将电缆分型号统计，方便施工管理人员编制电缆需求计划表，提高项目管理效率。如图5所示。

图5 电缆统计

（9）指导施工

将REVIT模型导成轻量化模型，工人师傅通过手机就可以将模型打开实地查看，这样就很方便现场操作施工。

3.3 应用分析

BIM三维软件建模具有很强的联动性[9]，模型和统计表完成后，后期模型有任何调整后，所有模型信息都会相应地调整，保证整个模型的统一性。利用软件建模优化布局，效率更高，更准确，提高配电房布局的合理性。降低工程建设的成本，提高工程质量[10]。

电缆用量精确、电缆浪费量小，利用基于BIM的高精度模型，由仿真软件得到的数据也是很精确的。准确的电缆排布保证施工过程中电缆敷设走向及顺序的合理性。可以通过各类模拟试验，及时发现潜在的问题，并对设计方案进行优化，最终获得最佳的施工方案，进而避免在正式施工之后出现返修等问题[11]。可以在模型中直接进行调整优化，解决交叉问题之后，再将优化后的模型及图纸交付现场，指导施工，保证现场整洁、美观[12]。

3.4 应用成果展示

在施工过程中通过研究过程管控，施工完成后效果也是非常不错，现将电缆敷设成果展示如下，如图6和图7所示。

图6 电缆敷设成果1

4 结束语

本文研究的基于BIM的电缆敷设虚拟仿真技术，该方法不仅可以优化电缆施工工艺，减少电缆交叉，提高工艺水平，而且可以减少施工工作量，提高施工效率，显著提升管理水平和经济效益。利用电缆敷设虚拟仿真技术创新电缆施工技术，促进电缆敷设技术的进步。对电缆敷设的方向、敷设顺序、支架位置等方面进行了方案模拟，并对技术测量、实际用量、实施管理等方面的技术难点进行适当的解决和优化，实现了电缆敷设降本增效，取得了较好的经济效益和社会效益。