SmartPlant 3D在电缆敷设中的应用

近年来，随着化工行业的高速发展和信息技术的广泛应用，传统使用Autocad和Office软件相结合的设计方式已逐渐表现出局限性。在规模日趋庞大和竞争日益激烈的国际项目中，各工程设计公司在注重保证设计质量的同时，希望最大化的缩短工程设计周期。因此，在设计中引入高效可行的设计辅助软件已成趋势，其中SmartPlant 3D(SP3D)软件是工程设计公司中广泛使用的一种。

1 SP3D软件概述

SP3D是美国Intergraph公司开发的一款面向数据、规则驱动的三维设计软件[1]。它采用Microsoft SQL和Oracle为基础数据库的一体化多专业集成的设计平台，提供了真正的以数据为中心的工厂建模环境。SP3D不仅为用户提供平台进行三维结构设计、设备布置、管道建模、仪表和电气桥架布置、暖通设计等，还为用户提供了三维模型浏览、碰撞检查、材料统计、成品出图等诸多功能[2]。因此，SP3D被认为是近二十年来最先进的工厂设计软件之一。

SP3D建模采用多专业参与的三维协同设计。实际工程设计中，需调整专业之间的划分及关系，对数据库和平台完成二次开发[3]和用户化定制，使项目整体效益最大化，为各专业带来效率和效果的提升。SP3D可在整个工厂的生命周期中保持存在，使用户可通过虚拟网连接的方式实时同步修改模型，便于日后对工厂进行维护[4]。

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2 SP3D电缆自动敷设

SP3D提供以多人、多专业相互协同设计的平台，其中仪表电缆桥架的设计与建模需由自控专业完成[5]。应用于桥架模型的SP3D设计已应用于部分工程项目，其优势亦在不少文章中提出[6]，但对于桥架中仪表电缆的自动敷设仍处于尝试探索中。大部分化工设计项目，电缆的敷设以架空桥架为主[7]。本文以某工程项目为例，基于3D模型实际介绍电缆在桥架中自动敷设的方法及优势。

(4)修改设置识别距离(Modify maximum tail range)。由于个别仪表与汇线槽的间距超过识别距离，会出现部分电缆无法敷设的情况。因此需调整其为适当的数值，然后返回第3步直至全部电缆敷设完成。

2.1 电缆自动敷设方法及优势

完成自动敷设的电缆可在SP3D软件右侧的导航中选中。图2为某项目电缆自动敷设完成的3D成品，高亮的线缆即为自动敷设电缆的路径。

(5)完成电缆敷设(End)。

(1)定义电缆(Define cable)。在SP3D操作界面中，Electrical设计界面下选择Insert cable，分别设置Originating device和Terminating device来确定电缆的起点和终点。这里起点与终点通常为接线箱电缆接口处和变送器信号/电源电缆接口处。电缆类型及型号规格等属性也在这一步中选择完成。

电缆自动敷设的实现，为电缆自动统计材料提供了基础。设计人员以往在统计电缆材料时，多数情况是根据变送器信号/电源电缆接口处和接线箱电缆接口处的水平和垂直距离，并适当考虑上下桥架的长度来确定电缆长度。刚接触工程设计的设计人员，由于缺乏设计和现场经验，统计的材料与现场实际材料通常会有偏差，对采购和工程成本难免造成影响。

实现电缆自动敷设的重要前提是桥架和汇线槽在模型中需铺设合理，以保证可为电缆敷设构建一条完整有效的路径。但要实现每一汇线槽准确地铺设到位，无疑会增加建模的困难度和工作量。因而多步设定电缆识别距离和合理铺设汇线槽尤为重要。设置识别距离是为了电缆自动敷设的路径为最优，第4步中多步增大识别距离，逐步扩大了寻优范围。即使汇线槽的铺设位置离变送器尚有距离，SP3D可通过扩大的寻优范围有效地识别出电缆进入汇线槽的位置。重新设置识别距离后，SP3D会自动保留上次已敷设的最优路径，仅对未敷设的电缆再次自动敷设。因此，汇线槽的铺设无需做到准确无误，但是要合理有效。实际设计过程中，难免遇到特殊路径走向的电缆，可通过手动设置电缆进出桥架的位置(Entry Point和Exit Point)及途径桥架(Way features)，来完成对电缆路径的规划。电缆自动敷设流程见图1。

企业签约服务模式适用于后方陆域狭小和未建设船舶污染物接收设施的码头。因为多数码头在建设阶段，通常仅考虑港口生产、人员生活产生的污染物的接收和处置，没有考虑营运期船舶污染物的接收情况；老旧码头新建船舶污染物接收处置设施多数受场地制约。船舶污染物接收单位主要接收船舶残油、含油污水和船舶垃圾。企业签约服务模式是目前主流的模式，具有企业负担小的优点。如莆田的东吴和秀屿港区由莆田市海神船务有限公司负责含油污水的接收工作。

与铁路局、建设、监理等相关单位对接，成立侧穿高铁桥梁桩基工作小组，建立联动机制，以确保盾构穿越施工过程中的技术、管理、协调、应急等各项工作顺利实施。

利用SP3D实现电缆自动敷设功能，需对模型做一定的预设：

(3)电缆路径自动敷设(Auto route)。在前2步正确设置的前提下，利用该指令就可以实现电缆沿已建立好的桥架自动敷设。

  

图1 电缆自动敷设流程

与规划仪表桥架的路径相比，桥架中电缆的敷设、剖面整理及电缆材料统计更加繁琐耗时。大部分仪表电缆的敷设路径旨在寻找最优路径，即最短路径和可行性路径[8]。在此方面，智能软件在寻优最短路径上有着独特的优势[9]。SP3D应用动态规划的原理，比较电缆路径长度和拐弯次数，在后台服务器中计算得出两点间最合理的电缆路径。

  

图2 某项目电缆自动敷设成品

与传统使用CAD设计相比，SP3D的自动敷设功能能直观地在模型中看到电缆敷设的三维状态，包括电缆的走向和桥架中电缆的填充率等。与此同时，为确定桥架电缆剖面提供了详细准确的数据，减少了人为统计的失误率。

2.2 电缆材料及桥架剖面统计

(2)设置识别距离(Maximum tail range from originating and terminating device)。电缆如经由汇线槽进入桥架，通过设置识别距离可确定电缆优先选择的汇线槽。

SP3D具有自动统计材料功能，比手工统计更为准确快捷，能够准确地按照电缆实际敷设路径计算出长度。利用定制报表功能可生成所需的材料表见表1。

文化认同与中亚影响——当代文学在新疆跨语际传播的问题与出路……………………………………………王 玉（1）：117

由软件计算出的电缆长度为理想工况下的长度，实际状态下应考虑电缆的敷设弧度、交叉及损耗等，因此实际长度会有所增加。通常需结合工程经验和公司项目规定，确定工程材料表中电缆的总体长度。现给出常用计算公式：

电缆长度 = 模型测量长度 ×(1+A)×(1+B)

式中，A为电缆敷设弧度、弯度、交叉所增加的长度，按全长度的1.5%～2%计算；B为损耗率，包括预留接线的长度，电源电缆按2%，控制电缆按2.5%计算。

桥架剖面的人工统计枯燥耗时，而利用软件省时省力。只需点击按钮(Insert cable marker)，在需剖面的桥架上放置统计点，即可生成所需要的电缆剖面表格见表2。

2.3 碰撞检查

作为SP3D软件中最为常用的一项功能，碰撞检查可对各专业建立的模型间是否发生碰撞与交叠监测，从而避免专业协作设计过程中易发生的模型碰撞问题[10]。在电缆敷设的设计中，可开启即时碰撞检查，设计人员可根据敷设电缆的碰撞情况注意到桥架位置和标高是否合适，桥架与管道、设备、结构是否碰撞，从而及时地进行修改和调整。后期生成的碰撞检查报表可记录下不满足要求的设计，以供设计人员查找。

按可比口径计算，1993年以来贫困县农民人均收入增长快于全国农民平均水平，使贫困县与其他地区农民平均的收入差距缩小。在“八七”扶贫攻坚计划期间，贫困县农民人均纯收入相当于全国平均水平的比值提高了12百分点；2001年至2010年这个比值提高了3百分点；2011年至2017年这个比值提高了10百分点(图1)。

 

表1 电缆材料表

  

序号名称型号规格信号类型单位数量1聚乙烯绝缘对绞阻燃聚氯乙烯护套铜丝纺织屏蔽本安用计算机电缆ZR-ia-DJYVP1×2×1.5mm2信号DATAm27502聚乙烯绝缘对绞阻燃聚氯乙烯护套铜丝纺织屏蔽计算机电缆ZR-DJYVP1×2×1.5mm2信号DATAm12503多股铜芯对绞聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套铜丝编织分屏总屏计算机软电缆ZR-DJYPVRP1×2×1.5mm2信号DATAm8004聚乙烯绝缘对绞阻燃聚氯乙烯护套铜丝编织屏蔽计算机电缆ZR-DJYVP1×2×1.5mm2信号DATAm15905聚乙烯绝缘对绞阻燃聚氯乙烯护套铜丝编织屏蔽计算机电缆ZR-DJYVP1×2×1.5mm2信号DATAm11706聚乙烯绝缘阻燃聚氯乙烯护套铜丝编织屏蔽控制ZR-KYVP2×2.5mm2信号POWERm590

 

表2 桥架电缆剖面表

  

部面名称电缆号x轴方向y轴方向z轴方向CableA-1TE24201E39.37S11.25U14.0CableA-1PDIT24201E39.37S11.25U14.0CableA-1FIT24202E39.37S11.25U14.0CableA-2TE24201E25.58S16.58U8.9CableA-2TE24202E25.58S16.58U8.9CableA-2PIT24202E25.58S16.58U8.9CableA-2PDIT24201E25.58S16.58U8.9CableA-2FIT24202E25.58S16.58U8.9CableB-1TE24203E24.38S36.58U8.5CableB-1FIT24201E24.38S36.58U8.5CableC-124JB01PtE28.69S77.86U7.35CableC-124JB01AIE28.69S77.86U7.35

3 结语

工程设计公司的三维设计水平已成为承接国际项目的衡量标准之一。SP3D设计软件的开发应用可大幅提升工程设计公司的竞争力。目前，各大公司均已对此进行不断地开发和完善。本文介绍的SP3D软件的电缆自动敷设功能为工程项目设计提供了快捷准确的电缆敷设方法，同时其精准的材料统计对项目成本控制具有非常积极的意义。

本实验设计表格登记入选患者年龄、性别、民族、祖籍、出生地、生活地区等基本信息，确保离体牙来源的一致性。随着年龄的增长，由于咀嚼和非咀嚼的摩擦会使面的解剖结构发生变化，牙尖高度降低。考虑到年龄对冠长及牙齿全长的影响，故本实验选取发育完成且未经磨耗或磨耗较少的维吾尔族10～18岁青少年的第一前磨牙，因其面磨耗较少且无明显增龄性变化，更能准确表达牙齿的原始解剖结构。

参 考 文 献

1 Intergraph, SmartPlant 3D Installation Guide, Version 2011,R1(9.1) May2012,DSP3D-200019K.

2 郭 颖. SmartPlant 3D 的工程化应用[J]. 中国勘察设计, 2014 (1): 89-91.

3 张晨征. 三维设计软件的二次开发[J]. 智能电网, 2015 (2): 170-174.

4 李其锐. 浅谈 SP3D 软件在撬装化设计中的应用[J]. 中国勘察设计, 2013 (1):75-79.

5 刘 强，刘 燕.浅谈三维工厂设计系统的应用[J]．土木建筑工程信息技术，2012，4( 01) : 67-70.

6 刘 伟. SmartPlant 3D 在自控设计中的应用[J]. 石油化工自动化, 2014, 50(4):16-18.

7 彭水清. 电力工程中电缆敷设的质量管理[J]. 科技创新与应用, 2012 (1):88-88.

8 耿长宏. 利用 AVEVA PDMS 软件实现 3D 电缆敷设[J]. 山西科技, 2016 (1):114-116.

9 秦 鹏, 何 磊, 袁振邦, 等. PDMS 三维软件在电缆敷设中的应用[J]. 电气制造,2010 (2010年 01): 77-78.

10 姚怡君, 张公明. SmartPlant 3D 在桥架设计中的应用[J]. 化工设计, 2015, 25(4):34-37.