基于三維設(shè)計軟件的電纜節(jié)點表冊設(shè)計方法

黃夏 高麗浚 張燕琴

摘? 要：針對目前三維船舶電纜設(shè)計中影響電纜長度的不確定因素，提出一種基于三維軟件的電纜節(jié)點表冊設(shè)計方法。通過建立更精準(zhǔn)的電纜模型信息，使電纜設(shè)計長度跟施工長度更加契合，為電纜的生產(chǎn)和施工提供可靠的材料定額及作業(yè)信息，從而提高電纜的設(shè)計質(zhì)量和施工效率，節(jié)約物資及人力成本。

關(guān)鍵詞：三維電纜節(jié)點表冊;設(shè)計長度;施工長度

中圖分類號：U662.1? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： As various factors in 3D ship cable design might affect the cable length， this paper puts forward a design method of cable node table by means of 3D software. The introduction of more precise cable model information makes the cable length in design and construction more fit， provides more reliable material quota and job information for the production and construction of cable， and improves the cable design quality and construction efficiency， save the material and labor costs.

Key words： 3D cable node table; Cable length in design; Cable length in construction

1? 前言

在傳統(tǒng)的電氣生產(chǎn)設(shè)計中，船舶電纜長度是利用CAD在二維平面中人工測量，然后加上適當(dāng)余量得到?；诙S圖樣得到的電纜長度容易多加或漏加，并且不易被發(fā)現(xiàn)，隨著船舶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，這種設(shè)計模式的缺點越發(fā)明顯。為此，我們采用三維建模來測量電纜長度，在三維環(huán)境中構(gòu)建電纜模型數(shù)據(jù)與電纜通道模型、設(shè)備模型、設(shè)備基座模型、導(dǎo)架模型、貫穿件模型數(shù)據(jù)等之間的拓?fù)潢P(guān)系，其中任意一項模型數(shù)據(jù)的修改，都會帶動電纜模型數(shù)據(jù)的改變，從而影響電纜的長度。這種方法計算出來的電纜長度更精確、更高效。但是，目前三維系統(tǒng)中電纜通道不能實現(xiàn)分層敷設(shè)，也查詢不到任意通道內(nèi)電纜的分布情況，更不能保證敷設(shè)過程中電纜之間的間隔問題。這些不確定的因素依然會影響電纜長度的準(zhǔn)確性和施工圖紙的完整性，不利于成本的控制。

基于上述原因，在三維設(shè)計系統(tǒng)中模擬現(xiàn)場敷設(shè)電纜環(huán)境，設(shè)置電纜敷設(shè)規(guī)則，智能規(guī)劃電纜敷設(shè)的次序，以主干電纜節(jié)點表的形式導(dǎo)出電纜在橋架中排布的順序，生成多種施工報表，為生產(chǎn)部門提供可靠的電纜數(shù)據(jù)信息，為施工現(xiàn)場提供詳細的電纜敷設(shè)信息。有利于減少設(shè)計與施工之間的誤差，精確統(tǒng)計電纜長度，節(jié)約電纜成本;有利于減少施工現(xiàn)場整理、消化施工圖紙及臨時調(diào)整電纜敷設(shè)順序的過程，提升電纜敷設(shè)效率，節(jié)約管理與施工成本。

2? ?三維軟件電纜設(shè)計現(xiàn)狀

目前三維電纜設(shè)計是在三維系統(tǒng)中輸入電纜標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（如：電纜型號、截面積、外徑和芯數(shù)等）和電氣設(shè)備數(shù)據(jù)模塊，建立設(shè)備小樣庫、參數(shù)化部件庫;通過識別電氣系統(tǒng)圖，定義電氣系統(tǒng)圖中的電纜和設(shè)備，并建立電纜與設(shè)備之間的連接關(guān)系。電氣生產(chǎn)設(shè)計在三維軟件中分別按甲板、艙室設(shè)置電纜布線通道模型，并同步完成設(shè)備模型布置;生產(chǎn)設(shè)計完成三維系統(tǒng)中與其他專業(yè)在空間布置上的干涉協(xié)調(diào)，實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)處理，完成設(shè)備編號的提取和相應(yīng)圖形數(shù)據(jù)BOX的獲取，同時可以得到準(zhǔn)確的電纜敷設(shè)路徑圖以及設(shè)備布置位置;在此基礎(chǔ)上，獲取全船電纜通道及電氣設(shè)備數(shù)據(jù)模塊，開始三維電纜布線;電纜布線以電纜通道中心為基準(zhǔn)，疊加三維空間內(nèi)設(shè)備與設(shè)備之間拓?fù)潢P(guān)系，得到電纜長度;電纜布置完成后，依據(jù)施工工藝要求對電纜分類編制成冊，并根據(jù)電纜模型生成包含電纜編號、首尾設(shè)備、經(jīng)過節(jié)點和電纜長度等信息的電纜拉放表冊和敷設(shè)路線圖。

3? ?三維軟件電纜設(shè)計方法存在的問題

3.1? 長度測量誤差大

在現(xiàn)有的三維軟件中，電纜敷設(shè)是利用電纜通道的中心線來計算電纜長度的。而在現(xiàn)場施工中，每根電纜的敷設(shè)位置不可能都是從電纜通道的中心通過，這樣在軟件中測量得到的電纜長度與現(xiàn)場敷設(shè)的電纜長度存在誤差。為了避免這種誤差造成現(xiàn)場施工的返工，通常我們在測量電纜時增加一定的余量，主要包括以下幾個方面：

（1）直角轉(zhuǎn)彎處敷設(shè)的電纜

在電纜導(dǎo)架上電纜直角轉(zhuǎn)彎后，外側(cè)電纜的長度比內(nèi)側(cè)電纜的電纜長度增加

S=2L=2W，中間電纜的長度比內(nèi)側(cè)電纜的電纜長度增加 S=2 L1=W=L，如圖1所示：

（2）在雙層或多層電纜托架上敷設(shè)的電纜

計算多層電纜拖架上敷設(shè)的電纜余量時，需要加上導(dǎo)板間距H1和電纜敷設(shè)的堆高H2，電纜余量H=H1+H2（S-1），其中S為電纜拖架層數(shù)，如圖2所示：

3.2? 現(xiàn)場施工中電纜拉放次序的影響

現(xiàn)場作業(yè)人員敷設(shè)電纜的依據(jù)主要是：電纜走向圖、電纜拉放表冊、電氣系統(tǒng)圖、電纜敷設(shè)施工工藝等。傳統(tǒng)的電纜表冊只提供電纜的基本信息（如：電纜代號、規(guī)格型號、路徑等），對于電纜在電纜托架中的排列布置施工人員無法直接判斷，需要在敷設(shè)電纜前整理和消化施工圖紙并編制電纜敷設(shè)順序表，避免施工中出現(xiàn)電纜交叉、電纜分類、電纜機械損傷等問題，并且在施工過程中會發(fā)現(xiàn)有的電纜路徑不合理，需臨時調(diào)整電纜路徑，修改后的電纜路徑必然會影響電纜的長度，使得原先電纜表冊中長度預(yù)裁的電纜不符合實際敷設(shè)長度，造成浪費。

如果在施工過程中隨意拉放電纜，不僅影響施工周期，還會造成電纜破損或電路故障，并且維修起來費時又費力。因此，要把數(shù)量龐大的全船電纜敷設(shè)得合理和整齊，一方面依賴于施工人員的技術(shù)水平，另一方面需要施工人員投入大量的時間去消化施工圖紙才有可能做到。

4? ?電纜節(jié)點表冊的設(shè)計

4.1? 節(jié)點設(shè)計思路

基于三維設(shè)計軟件平臺，完成電纜布置并將模型數(shù)據(jù)儲存，結(jié)合電纜敷設(shè)工藝，在三維軟件中編入電纜在托架中排列的原則，梳理電纜模型數(shù)據(jù)，按敷設(shè)順序分析電纜在托架中的排列次序，在電纜流通的關(guān)鍵處設(shè)計節(jié)點，形成電纜節(jié)點數(shù)據(jù)集并寫入模板（包括：電纜節(jié)點代號、電纜編號及電纜代號、節(jié)點中電纜的排列順序等），最終以電纜節(jié)點表形式輸出，如圖3所示：

生成的節(jié)點表中明確規(guī)定了每一根電纜在電纜托架中的具體位置，直觀反映電纜的敷設(shè)次序，為施工過程提供明確的作業(yè)信息，減少電纜理論長度與實際長度的誤差，更精確控制電纜長度。

4.2? 節(jié)點設(shè)計方法

在三維軟件中設(shè)置電纜排序的功能，將電纜通道中布置完成的電纜按照設(shè)置的約束條件依次排列：

（1）電纜布置的先后順序

先布置長而粗的電纜，后布置短而細的電纜;先布置主干電纜，后布置分支電纜;轉(zhuǎn)彎處電纜敷設(shè)最小半徑彎曲半徑按電纜總外徑6倍計算，如電纜外徑小于25mm，其彎曲半徑按外徑4倍計算;

（2）電纜在導(dǎo)架中分束

根據(jù)電纜類別的不同，設(shè)置電纜束與束之間的間隔距離。例如：電力電纜與信號電纜分束敷設(shè)，間距不小于50mm;電力電纜與信號電纜必須交叉時，垂直彼此垂直跨越;

（3）單束電纜在導(dǎo)架中的排列順序

每束電纜在電纜導(dǎo)架中應(yīng)成梯形排列，梯形的長邊（即單束電纜寬度）最大為200mm，電纜的層數(shù)一般為兩層，對于小截面電纜可以超過兩層，但最終電纜束的厚度不應(yīng)大于80mm;。

（4）電纜的分層順序

信號電纜、短而細的電纜敷設(shè)在最上層，電力電纜、粗而長的電纜敷設(shè)在最下層;

（5）直流網(wǎng)絡(luò)采用多根單芯電纜并聯(lián)使用時，屬于同一極的電纜與另一極的電纜應(yīng)交叉敷設(shè);

（6）同一托架中有多種電纜流向時，注意電纜流向，按電纜的流出順序依次敷設(shè)于托架外側(cè)到內(nèi)側(cè)及電纜束的上層至下層;

（7）電纜束的截面面積與特殊電纜節(jié)點（電纜在金屬貫穿裝置處的節(jié)點）的截面面積之比（電纜貫穿系數(shù)），應(yīng)小于0.4;

（8）對于特殊的電纜路徑，必須通過相應(yīng)的橋架、層次和節(jié)點，且敷設(shè)方式因地而異，需要手動方式進行調(diào)整。

4.3? 節(jié)點輸出

在完成三維電纜設(shè)計后，生成主干電纜拉放清冊及主干電纜節(jié)點排列表冊：主干電纜拉放清冊主要內(nèi)容是電纜基本信息（電纜編號、電纜長度、電纜停止點、電纜規(guī)格及型號、電纜首尾設(shè)備信息、電纜走向等）;電纜節(jié)點排表冊主要包含：電纜節(jié)點代號匯總表及節(jié)點電纜排列表。

軟件中可以選擇電纜通道模型的任意位置設(shè)置節(jié)點，通過節(jié)點表生成該節(jié)點中電纜排列順序。施工工人通過查看節(jié)點表，可以直觀地了解每一根電纜的敷設(shè)位置，合理地控制電纜在托架上的布置位置，特別是拐彎處的電纜，避免電纜交錯敷設(shè)。

電纜節(jié)點排列表冊內(nèi)容，包括：電纜節(jié)點代號匯總表和電纜接電纜排列順序表。

5? ?效果驗證

5.1? 電纜成本降低

以某首制船為例：三維軟件中測量得到電纜長度通常需加5%～10%的余量來彌補電纜在施工中不確定因素造成的誤差。通過三維軟件電纜建模設(shè)計，精準(zhǔn)控制每根電纜在電纜托架上敷設(shè)位置，電纜余量只需考慮電纜首末端進入設(shè)備接線排的長度，提高了電纜測量長度精確度，可為后續(xù)電纜的采購、切割、管理、施工所需的物量與管理數(shù)據(jù)提供更精準(zhǔn)的依據(jù)，降低電纜成本。以每根電纜長度節(jié)約5%計算，每1000公里電纜就可節(jié)約至少50公里電纜，降低成本約300萬元。

5.2? 提升現(xiàn)場施工效率和質(zhì)量

電纜節(jié)點表的設(shè)計充分體現(xiàn)了生產(chǎn)部門的建造意圖，每一根電纜現(xiàn)場敷設(shè)長度、路徑、敷設(shè)順序都一目了然。電纜節(jié)點表輸出的電纜信息具有較高的作業(yè)指導(dǎo)性，施工人員無需花費大量的時間和精力去消化和整理施工圖紙，就能快速、準(zhǔn)確的理解施工意圖，使施工過程有序、高效，也便于日后電纜的維護排查，節(jié)約了人力資源的投入。電纜節(jié)點表是充分利用三維建模的完整性，去探索便于施工、提高施工效率的電纜設(shè)計信息表達方式。

6? ?結(jié)語

在現(xiàn)代造船技術(shù)中，船舶三維建模軟件以數(shù)字化設(shè)計為核心，建立完整的產(chǎn)品模型信息，是施工圖紙的唯一信息來源。通過三維模擬電纜敷設(shè)方案，對電纜進行精細化設(shè)計，杜絕設(shè)計誤差，精確控制電纜長度;通過編制主干電纜節(jié)點表，為施工部門提供更詳細的作業(yè)指導(dǎo)信息，提升施工效率。船舶電纜造價高，使用量大，基于三維軟件的主干電纜節(jié)點表冊設(shè)計方法可以節(jié)約電纜成本、提升施工質(zhì)量和效率。

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