庞汉宠，王彦辉，魏跃桥

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300452）

电缆起着将海洋石油平台电力网连接成一个完整系统的作用，而电缆桥架是承载这些电缆的重要组成部分。电缆桥架及其支撑的安装在海洋石油平台是一项较大的工作量，尤其是海洋石油平台固有的空间狭小、设备密集、管线集中等特点，经常与结构物、管线或者其他设备设施发生碰撞，因此电缆桥架及支撑在设计过程中的准确性显得尤为重要。通过三维模型的应用便可在设计中完全模拟海洋石油平台的施工现场，在满足电缆桥架及其支撑的设计原则下，最大程度地实现设计的准确性，减少碰撞。本文从电缆桥架的分类、电缆桥架的设计、电缆桥架的支撑这三部分进行分析，具体分析了设计步骤、设计原则以及三维模型的应用情况。

1 电缆桥架的分类

电缆桥架主要电缆托架分为托盘式、槽式、梯级式等形式。在海洋石油平台的建造中一般选用梯级式桥架作为电缆主通路，选用托盘式桥架作为电缆分支通路，槽式桥架一般很少用到。本文从常用的托盘式和梯级式桥架为例进行分析。电缆桥架的材质，有钢制、铝制、玻璃钢等多种，海洋石油平台由于所处为多盐、潮湿、海水浪涌的海洋环境，一般选用铝制电缆桥架。

1.1 托盘式桥架

由于托盘式桥架主要应用在电缆分支电路中，电缆相对于主干电缆来说较少，因此对于托盘式桥架规格的选用一般选用50mm～200mm

1.2 梯级式桥架

梯级式托架是由两根纵向侧边与若干根横档构成的梯形部件。梯级型电缆桥架一般应用在电缆数量较多或者较为集中的场所。梯级式电缆桥架的规格一般是从200～1200mm。如遇特殊工况可以定制。

2 电缆桥架的设计

2.1 电缆桥架路径设计步骤

首先要对电缆主干通路进行设计，一般情况下，电缆的主干通路选择梯级式桥架布置，在海上油气田开发工程项目设计前期，要与结构、工艺等相关专业协商，为电缆较为密集区预留出较经济合理的通道，这样可以有效地降低与这些专业碰撞的概率。电缆主干通路一般是在设备布置图、平台总体布置图、结构图纸等具备的基础上完成的。

其次是在主干通路完成的基础上，对电缆的分支通路进行设计。一般情况下，电缆的分支通路选择有孔托盘式桥架布置，根据设备布置图、电缆走向图、工艺图纸、结构图纸等进行规划，在与其他结构物、设备设施等不碰撞的前提下进行布置，相对于主干通路的设计，分支通路占用空间较小，通路布置较为灵活。

在前期准备工作完成后，就可将电缆桥架以及电缆桥架支撑建到模型里，直观地看到桥架和支撑在平台上的位置，如图1所示。

图1 电缆桥架及支撑在三维模型中的应用

2.2 电缆桥架路径的设计原则和方法

(1)电缆主干路径应在中控室、配电间、变压器间、控制盘等用电设备较为集中的场所，并且尽可能地平直和易于接近。当几组电缆桥架在同一高度平行或上下行敷设时，各相邻电缆应考虑到维护、检修的距离。

投掷远度的决定因素：1.肌肉的速度力量和快速爆发力；2.实心球出手时的初速度；3.实心球出手时的角度和高度。

(2)电缆主干通路应尽量避开结构的主梁及结构柱，为了减少和工艺管线的交叉，应尽可能地与管线平行设计。当电缆桥架与各种管道平行或者交叉时，应符合一定的距离要求，如表1所示。

表1 最小净距表

(3)电缆主干通路尽量不布置在腐蚀性气体管道和热力管道的上方及腐蚀性液体管道的下方，也不适宜敷设在易燃、易爆设施的场所。

(4)对于电缆分支通路的布置相对比较灵活，以不阻挡逃生通道、不碰撞其他设备设施、结构物、管线等为宜。

2.3 电缆桥架减少碰撞的方法

海洋石油具有平台空间小、设备设施密集等特点，安装电缆桥架中难免会与管线、通风管道、结构梁等出现碰撞现象，为了尽量减少碰撞问题发生，在设计中可以采取以下方法：

(1)转化设计

转化设计就是在设计过程中结合相关专业的设计图纸，仔细核对各个部位，反复核对配管、风管等的走向及标高，将碰撞发现在设计阶段。

(2)障碍物避让措施

电缆桥架在遇到垂直走向的配管、风管及结构等障碍时，电缆桥架必须做水平避让。大面积水平避让可采用“水平弯头”绕道避开碰撞，小范围水平避让可采用“水平铰链连接弯头”进行调节。如图2所示。在三维模型建模时要将水平铰链连接弯头的位置与该单元一起建到模型里，如图3所示。

图2 水平铰链连接弯头

图3 水平铰链连接弯头三维模型

电缆桥架在遇到水平走向的配管、风管及托架本身等障碍时，电缆桥架必须做垂直避让。垂直避让可采用“垂直铰链连接单元”进行调节，如图4所示。在三维模型建模时也要将这个单元建到模型中去，如图5所示。

图4 垂直铰链连接单元

图5 垂直铰链连接单元三维模型

3 电缆桥架支撑的设计

3.1 电缆桥架的荷载

电缆桥架的安全载荷与电缆桥架的安装、桥架支撑的布置间距等有关，特别是铝合金材质的桥架，其弹性模量较低，约为钢材的1/3，抗压稳定性不及钢性结构，容易失稳。在桥架支撑跨距为2m时，在简支梁计算条件下，桥架可认为是额定均匀分布荷载，并分为五级，如表2所示。

表2 荷载等级

电缆桥架的工作均布荷载应不大于所选荷载等级的额定均布荷载。因此，当电缆桥架支撑的实际跨距不等于2m时，工作均布荷载应满足以下公式要求：

qG≤qE(2/LG)2（式1）

式中：qG—工作均布荷载，N/m；qE—额定均布荷载，N/m；LG—实际跨距，m。

在进行电缆桥架支撑设计时，从安全荷载的角度考虑，一般情况下对桥架支撑间距的设置水平方向以1.5～2m为宜，垂直方向不大于1m为宜。

3.2 电缆桥架支撑的形式

电缆托架支撑安装形式一般选用吊装形式，也可以根据电缆桥架所处位置的现场情况选择墙装，在中控室的电缆桥架的布置靠近地面，因此这些地方的电缆桥架形式为地面安装。电缆桥架支撑的预制一般采用角钢或槽钢，样式有门字型、L型等。

图6 门字型吊装支撑三维模型（一）

图7 门字型吊装支撑三维模型（二）

图8 L型吊装支撑三维模型

3.3 电缆桥架支撑设计原则

电缆桥架支撑是按照一定的原则布置在电缆桥架的直段、弯头、三通、四通、连接处等位置，目的是为了保证电缆桥架的荷载安全使用不变形。在进行电缆桥架支撑设计之前，要参考电缆桥架布置图、结构布置图、工艺管线布置图等图纸，在模型中根据电缆桥架的布置位置，按照一定的设计原则，为电缆桥架支撑选取合适的生根位置以及适当的支撑形式，最终形成电缆桥架支撑布置图，用于指导施工。(1)设置电缆桥架水平直线段支撑，应将电缆桥架连接处设置在处于支撑点与1/4跨距之间，两个电缆桥架支撑的间距不应大于单节直通的长度，在两个桥架支撑之间不应出现一个以上的连接点。如图9所示。

图9 电缆桥架连接处支撑布置

(2)某些情况下，应选择可伸缩的连接板，这种连接形式的电缆桥架在设计支撑位置时，应在伸缩连接板每侧的600mm以内应各设一个支撑，如图10所示。

图10 电缆桥架可伸缩连接处支撑布置

图11 电缆桥架弯头处支撑布置

(3)电缆桥架弯头处支撑的布置，应在距离圆弧与直线段连接处不超过600mm的地方设置一个桥架支撑；在1/2圆弧处加一个桥架支撑。当α为30°、45°时，可以不加。如图11所示。(4)电缆桥架的三通、四通的每个接口处外侧600mm内各设一个桥架支撑。当弯曲半径大于300mm时，在三通、四通的每个接口内侧2/3R处，也要各设置一个支撑，如图12、图13所示。

图12 电缆桥架三通处支撑布置

图13 电缆桥架四通处支撑布置

图14 电缆桥架及支撑的三维模型

4 总结

本文主要讨论了在电缆桥架安装设计中，应满足电缆桥架及支撑的设计原则及在此原则基础上的具体应用。本文对于电缆桥架支撑的设计仅从满足电缆桥架荷载的角度出发。电缆桥架及支撑在三维模型中应用的优势在于，可以直观地看到桥架和支撑在平台上的位置是否合理，是否会发生碰撞。可以在设计阶段将碰撞等问题加以解决，节约了施工成本并可有效地控制项目周期。

◆参考文献

[1] CECS 106：2000，铝合金电缆桥架技术规程[S].中国工程建设标准化协会标准.

[2] NEMA VE 2-2013，Cable Tray Installation Guidelines[S].

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[4] NEMA Standards Publication VE2-2013.Cable Tray Installation Guidelines[S].

[5] CECS 31：2006，钢制电缆桥架工程设计规范[S].中国工程建设标准化协会标准.