黄志澎

CableSmart电缆敷设软件研发和应用

黄志澎

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司数字工程分公司，四川 成都 610072）

电缆敷设是电气设计中最为复杂而烦琐的环节，是整个电站安全运行和控制的“动脉和神经”。水电站的厂区覆盖面积大，桥架空间布置错综复杂，电缆数量一般达到上万数量级，电缆的路径敷设、长度统计，电缆清册的编制，电缆走向、根数、编号、型号规格等工程参数的标注全部需要手工完成，这将消耗大量的人工。基于REVIT的电缆敷设设计系统的开发、业务流程、应用情况，阐述了水电站的电缆设计设计现状。

电缆敷设；水电站；REVIT；CableSmart

随着BIM技术的发展，中国水电站的三维数字化设计得到了蓬勃发展，逐渐从传统的二维平面设计转变为三维数字化协同设计。但从水电行业的BIM应用情况来看，虽然有了大量基础的三维设计软件，但各个专业的软件模块各有侧重点，难以兼顾和满足某些专业的设计深度要求。例如在已经完成水电站厂房的结构、建筑、水机、暖通等BIM模型基础上，如何开展电缆敷设设计是急迫需要解决的问题和瓶颈。

电缆敷设是电气设计中最为复杂而烦琐的环节，是整个电站安全运行和控制的“动脉和神经”。水电站的厂区覆盖面积大，桥架空间布置错综复杂，电缆数量一般达到上万数量级，数据关系和模型关联十分复杂。一旦敷设电缆后，很多工作不可逆转，采用以往的人工敷设将造成很多不必要的损失，如何利用基于BIM模型的电缆自动敷设设计手段，是电缆敷设工作的重点。

1 国内外软件情况

在国外电缆敷设软件比较多，例如PDMS、Bently等。在电力、石油行业用得比较多，但仍然需要进行本土化和定制开发。在中国博超、中科辅龙等公司在AutoCAD上开发了相关的电缆敷设的部分功能，主要功能包括桥架绘制与编辑、配管设计、排管设计、与三维工厂软件接口、路径优化、自动分层敷设、电缆清册等。REVIT已成为重要的三维数字化设计平台，可实现建筑、结构、水机、暖通、电气等多专业的协同设计，但目前国内外没有基于REVIT的电缆敷设工具或平台，这成为水电站数字化设计中亟待解决的问题。

2 电缆敷设业务流程

水电站厂房的电缆敷设设计业务流程如下：①设计人员根据电厂设备的位置和所需电缆参数，完成桥架布置规划，包括桥架类型和层数等。然后打开REVIT，完成桥架的模型绘制工作，包含电气设备的布置、桥架埋管、连接件等。②桥架绘制完成后，检查桥架的物理连通性，即桥架与弯通、三通、四通之间是否保持连接，不同连通域的对象用不同颜色标识，并高亮显示不连接的位置，提示设计人员修改模型。③连通性检查完毕后，自动生成立柱和托臂。④对桥架、设备进行编码，保证唯一ID。其中桥架路径的自动编号，搜索联通的桥架，以此为路径按照从左往右，从下向上的顺序遍历路径的分支并进行编号。⑤完成路径编号后，专业处编制电缆清册，提供电缆起点终点和电缆规格。⑥程序读取不包含走向和长度信息的电缆清册，根据清册中的设备信息在电缆规格库中匹配出合适的电缆规格，从电缆清册中获得电缆敷设的起点和终点。此时的电缆清册只包含电缆编号、起点设备、终点设备、电缆规格的信息。⑦根据电缆敷设的规则进行路径的初步规划，并进行桥架网的连通性检查以及电缆清册合理性检查。例如电缆清册是否存在错误编号或不存在的电气设备、电缆规格等。⑧连通性与合理性检查通过后，进行电缆的敷设，生成电缆敷设施工表（形式待商榷）以及电缆桥架二维图，主要包含桥架、电缆的标注，对于复杂结构的地方可用剖面标注，标注样式以我院CAD图纸为准。⑨输出桥架、埋管及附件的材料表。⑩输出包含电缆走向信息、长度的电缆清册，指导采购。

3 电缆敷设的开发技术路径

在电站深化设计阶段，相关的桥架网规划和电缆连接参数基本确定了，在电站数字化设计模型上已经完成了桥架和设备的布置，电缆的起点和终点已经确定。电缆自动敷设设计属于三维数字化设计和路径系统规划范畴。电缆敷设算法或规则是在满足电压等级、载流量等各种限制规则前提下，寻找最短或最优路径的图论求解过程。技术原理如图1所示。完成自动敷设后，需要进行优化敷设，满足容积率。电压等级等规范要求，动态修改桥架网络拓扑结构、电缆规格、容积率。

图1 技术原理图

4 软件架构

结合生产需求和业务流程，开发了基于REVIT的电缆敷设设计软件（CableSmart），可实现桥架路径分段识别，路径自动编号，支吊架自动生成，桥架的材料初步统计，桥架标注，模型属性添加，设备编号，手动敷设，自动敷设，模型正确性检查，电缆调整，电缆清册，电缆桥架出图标注等功能，集成了桥架电缆等各种规格和规则。

该系统框架如图2所示。

图2 CableSmart系统框架图

5 CableSmart电缆敷设软件

CableSmart电缆敷设工具基于REVIT平台，结合水电站厂房电缆敷设的设计方法和流程，通过二次开发，实现桥架设计，电缆自动敷设，自动生成电缆清册和各种报表，自动校验，数字化模型管理等功能，帮助机电专业快速完成桥架和电缆敷设的设计工作。

本系统主要模块和功能如表1所示。

表1 主要模块功能表

模块功能功能描述 规格库管理电缆规格管理信息主要包括型号、电压、芯数、截面、生产厂家等 桥架规格管理桥架规格库 编号管理设备编号手动或批量多设备编码 桥架编号按照桥架编码规则自动进行编号 标注桥架标注三维、二维桥架图纸标注 电缆标注标注电缆信息 材料统计材料统计按照成都院材料表样式进行材料信息统计输出 电缆敷设清册导入Excel清册导入，并进行电缆规格检查，设备编号检查 清册导出导出Excel电缆清册表、电缆汇总表 自动敷设电缆自动按照指定敷设规则对选中的电缆进行自动敷设，生成电缆模型，默认最短路径 电缆编辑优化通过二次敷设调整，优化电缆的敷设路径，以满足容积率等规范要求 模型检查桥架负荷检查检查桥架上的电缆是否超过结构允许承载力 桥架宽度检查检查桥架上的电缆是否满足空间要求 埋管断面检查检查埋管断面尺寸是否符合内穿电缆界面要求 埋管与设备关联建立埋管与设备的关联对应关系

本系统的模块功能，包括规格库管理、桥架设计、模型编号和检查等管理、电缆敷设等模块，如图3所示。

图3 系统模块菜单

6 工程应用

在大渡河流域的猴子岩电站数字化设计上开展了电缆敷设设计和成果交付，使设计产品的深度和精度都得到了大幅提升，取得了显著成效，填补机电专业电缆敷设精细化设计能力和技术的空白，实现了设计人员快速完成桥架和电缆的设计工作，满足项目业主希望通过精细化设计为后期精细化采购、精细化施工、精细化维护的要求，提升技术优势和市场竞争力。

全厂的设备及桥架网如图4所示。辅助和指导现场电缆敷设工作如图5所示。

图4 全厂的设备及桥架网

图5 辅助和指导现场电缆敷设工作（某个桥架所经过电缆信息）

利用CableSmart电缆敷设软件，基于BIM三维模型的电缆清册准确可靠，可以准确计算每根电缆的敷设长度和裕量长度，提高设计效率和质量，为电缆采购和施工提供准确参考，降低工程造价。

设校审人员可以直接在BIM模型上，查询任意编号的电缆所经过的路径，包括桥架、埋管、连接设备等信息，并复核电缆敷设是否符合规范要求，包括容积率、电压匹配、载流量等。

通过对各桥架上所通过电缆的信息检查，可以发现某些桥架没有敷设电缆或者备用桥架过多、某些桥架之间的电缆分布不均等情况，可以通过调整桥架布置或调整桥架的容积率，使桥架网络和电缆敷设更合理。

7 结论

CableSmart电缆敷设软件的开发及猴子岩电站应用，形成电厂数字化设计显得更专业和高效，取得了显著成效。实践表明，通过电缆数字化自动敷设，设计效率显著提高，电缆工程量的准确性大大提高，避免了采购和施工中造成的浪费，节约了投资。同时在短时间完成了电缆敷设优化和桥架网布置优化，在有限的空间内布置更合理。集成了电缆敷设信息的数字模型（含设备、桥架、埋管等）和数据库，通过数字移交给业主和电厂运维单位，可以为后期电站的数字资产运维和故障检修提供了重要支撑。

基于REVIT平台开发的CableSmart电缆敷设设计软件，其功能和设计应用流程在水电行业中属于首创，填补了中国水电行业电缆敷设数字化设计工具的空白。开发和应用取得了阶段性成果，但还存在改进和提升的空间，包括提升算法速度、电缆空间排列、与造价采购系统对接等，并在实际工程中检验，成为水电行业专业的电缆敷设设计工具。

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TM757

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.065

2095－6835（2019）19－0153－03

黄志澎（1980—），男，双学士，高级工程师，高级程序员，从事水电工程数字化设计研发及应用工作。

〔编辑：严丽琴〕