Введение

Проектирование кабельного хозяйства, трассировка кабелей и раскладка их по полкам являются одной из важных и трудоемких задач электротехнического отдела проектной организации. Как правило, эти работы выполняются вручную и с большими приближениями. Как результат, в проектных документах (таких как кабельные журналы и заказные спецификации на кабели) зачастую указываются завышенные длины кабелей, что ведет к их перерасходу и удорожанию сметной стоимости проекта.

При наличии большого числа кабелей задача их трассировки и раскладки по полкам с учетом требований ПУЭ еще более усложняется и отнимает много времени. Как правило, кабельная раскладка объединяет в себе силовые кабели, контрольные кабели КИПиА, кабели охранной и пожарной сигнализации, кабели связи и т.д., то есть трассировкой и раскладкой кабелей должны одновременно заниматься сразу несколько отделов. На практике же чаще всего случается, что определение размеров, габаритов, расположения кабельных трасс и проверка их на предмет коллизий с технологическим, вентиляционным и сантехническим оборудованием остается в ведении одного отдела, тогда как другие просто резервируют на проектируемых трассах (в большинстве случаев весьма приблизительно) количество необходимых им полок для раскладки своих кабелей.

Расчет длин кабелей, формирование планов расположения оборудования и раскладки кабелей, кабельных журналов и заказных спецификаций на кабели каждый из отделов выполняет самостоятельно. При подобной организации работ неизбежны частые согласования, а также ошибки:

• в разных отделах длины кабелей между одними и теми же потребителями получаются разными, причем только на этапе монтажа при проведении авторского надзора выясняется, кто «сэкономил», а кто заложил огромный «резерв»;
• неверно определяется число необходимых полок в трассе — увеличение числа кабелей или их сечения ведет к увеличению количества полок, изменению габаритов трасс, пересогласованиям, повторной выдаче заданий и дополнительным проверкам на коллизии.

Кроме того, после трассировки кабелей их длина может значительно увеличится и будут необходимы проверочные расчеты токов короткого замыкания и потерь напряжения в кабелях. Например, при получении значения падения напряжения, превышающего допустимое, необходимо будет увеличивать сечение кабеля, что повлечет за собой выбор кабеля с большим сечением токопроводящих жил и с большим наружным диаметром — следовательно, опять придется изменять результаты кабельной раскладки. Избежать подобных сложностей, исключить ошибки, автоматизировать процесс проектирования кабельного хозяйства, уменьшить время выполнения кабельной раскладки и повысить производительность труда проектировщиков позволяет ElectriCS 3D — система автоматизированной трехмерной раскладки кабелей различного назначения при проектировании, реконструкции и эксплуатации зданий, сооружений и открытых территорий.

Общие сведения о системе ElectriCS 3D

ElectriCS 3D — мощная автоматизированная система трехмерного проектирования кабельного хозяйства, располагающая следующими возможностями:

• трассировка кабелей с учетом взаиморезервирования и минимизаций общих участков трасс;
• раскладка кабелей по полкам с учетом требований ПУЭ;
• трассировка кабелей группами, что позволяет по отдельности трассировать силовые и контрольные группы кабелей;
• автоматическое формирование монтажных длин кабелей;
• ручной ввод исходных данных как непосредственно в самой системе, так и путем импорта из MS Office (Access, Excel, Word);
• просмотр в 3D-виде расположения кабелей, трасс, помещений и потребителей, что обеспечивает визуально-графический контроль при ручном вводе информации;
• наличие интерфейса с системами трехмерного моделирования (PLANT-4D), а также с системами автоматизированного проектирования электрических систем и систем управления (AutomatiCS ADT, ElectriCS ADT, EnergyCS Электрика), что позволяет автоматизировать ввод данных по трассам, потребителям и кабелям;
• размещение дополнительных кабелей на общие трассы при проектировании следующих очередей того же объекта, а также при реконструкции существующих объектов, когда новые кабели прокладываются по уже существующим трассам с учетом степени заполненности их полок;
• графический ввод информации — координат потребителей, трасс и помещений из AutoCAD (оцифровка планов);
• настройка шаблонов в среде MS Office и выдача проектных документов в полном соответствии с формами, принятыми в проектной организации;
• вывод на планы расположения условных графических обозначений потребителей, трасс и списков кабелей, проходящих по каждой трассе.

Ввод исходных данных

В качестве примера применения САПР ElectriCS 3D приведем проект кабельной раскладки для блока подготовки топливного и пускового газа газотурбинной электростанции, выполненный специалистами ОАО «Инженерный центр энергетики Урала».

Исходными данными для системы ElectriCS 3D являются:

• список потребителей (электрооборудования, точек контроля, соединительных коробок) с указанием координат;
• список кабелей с указанием проектных позиций со стороны Откуда и стороны Куда;
• список трасс с указанием координат начала и конца, а также габаритов кабельных конструкций;
• список объемов (помещений) с указанием координат.

В рассматриваемом проекте исходные данные о потребителях и кабелях были переданы через файлы обмена из программы проектирования систем автоматики AutomatiCS ADT (перечень точек контроля и контрольных кабелей) и из программы проектирования систем электроснабжения EnergyCS Электрика (электропотребители и силовые кабели).

Рис. 1. Перечень потребителей КИПиА из программы AutomatiCS ADT

Рис. 2. Перечень электропотребителей в программе EnergyCS Электрика

Рис. 3. Перечень силовых кабелей в программе EnergyCS Электрика

Одни и те же потребители могут фигурировать в перечнях и кабельных журналах разных отделов. Например, питанием щитов контроля и автоматики заняты проектировщики-электрики, а кабели от соединительных коробок и датчиков подводят к щитам проектировщики отдела КИПиА. Поэтому перед объединением проектов различных отделов необходима проверка элементов Потребитель на предмет дублирования — с тем чтобы исключить потребителей с одинаковой проектной позицией (кроме первого в списке).

В системе ElectriCS 3D проверка потребителей на дублирование происходит при объединении проектов по параметру Позиция и координатам (Х, Y, Z).

Рис. 4. Окно проверки на дублирование по параметру Позиция

Ввод трасс был осуществлен непосредственно из AutoCAD (оцифровка существующего чертежа). На плане расположения технологического оборудования в заданном слое были отрисованы линии, моделирующие кабельные трассы. Затем уже в ElectriCS 3D координаты отрисованных на плане линий использовались в качестве исходной информации о кабельных трассах.

Рис. 5. План расположения технологического оборудования с отрисованными на нем трассами

Для каждой трассы по команде Соединение трасс по координатам автоматически определяется список трасс, с которыми она связана и на которые в последующем будет возможен переход кабелей. Степень близости трасс проектировщик может задать (в метрах) по своему усмотрению, тогда трассы не обязательно должны соединяться геометрически — если расстояние между реальными трассами не превышает заданную степень близости, автоматически будет строиться фиктивная трасса.

Рис. 6. Окно ввода трасс с высчитанным параметром Соединение

Ввод помещений (объемов) был осуществлен непосредственно c плана расположения технологического оборудования с помощью окна настройки ввода-вывода в AutoCAD. Список помещений представляет собой перечень объемов, внутри которых разрешен заход кабеля на трассу. Переход кабеля из помещения в помещение возможен только по заданной трассе.

Рис. 7. Окно ввода помещений

Трассировка кабелей и раскладка их по полкам

После того как в систему введены исходные данные, производится полная обработка и проверка проекта. После исполнения этой команды выполняются следующие действия:

• каждому кабелю в проекте присваивается параметр Группа (с 1-й по 9-ю, в соответствии с требованиями ПУЭ для кабельной раскладки). Каждая группа раскладывается на отдельных полках. В соответствии с действующим изданием ПУЭ по условиям раскладки, кабели делятся на следующие группы:
  1. силовые кабели напряжением 6 кВ и выше ©,
  2. силовые кабели напряжением до 1 кВ с сечением жил 25 мм² и более ©,
  3. силовые кабели напряжением до 1 кВ с сечением жил менее 25 мм² ©,
  4. контрольные кабели напряжением более 60 В (К),
  5. контрольные кабели напряжением менее 60 В (Н),
  6. кабели, требующие специальных средств защиты (П),
  7. кабели, требующие искрозащиты (И);
• для каждого кабеля по параметрам Откуда и Куда ищутся соответствующие потребители;
• по параметру Тип в базе данных на каждый элемент Кабель ищется подходящий вариант и добавляются новые параметры (Диаметр, Масса, Модель и др.);
• в соответствии с параметром Соединение между трассами устанавливаются связи. Если у трассы есть пересечения с другими трассами, она заменяется на несколько трасс (например, трасса с позицией Т1, имеющая пересечения с двумя трассами, будет заменена на три участка с позициями T1A, T1B и Т1С);
• для каждой трассы высчитывается и добавляется параметр Длина;
• все потребители и трассы проверяются на наличие параметра Помещение. Если он отсутствует, программа определяет этот параметр автоматически по координатам. Если трасса расположена сразу в нескольких помещениях, параметр Помещение для нее будет иметь несколько значений.

После проверки и полной обработки выполняется первый этап кабельной раскладки — трассировка кабелей. Для каждого потребителя программа автоматически с обоих концов кабеля ищет ближайшую трассу, а затем кратчайшее расстояние по схеме кабельных коммуникаций. При этом учитываются следующие условия, заданные проектировщиком в исходных данных:

• кабели, имеющие признак взаиморезервирования, раскладываются по разным трассам, а при отсутствии такой возможности — по разным полкам одной трассы;
• кабели, имеющие параметр Перемычка, не участвуют в трассировке (например, кабели, запитывающие шлейфом несколько электроприемников, расположенных близко друг к другу). Их длина рассчитывается как ортогональное расстояние между концами кабеля;
• запрет прокладки кабелей определенных групп на заданных трассах;
• запрет прокладки определенного кабеля на заданных трассах;
• трасса для кабеля, заданная принудительно.

После трассировки для всех кабелей высчитываются и добавляются следующие значения:

• общая длина кабеля как сумма всех участков трасс, по которым он проходит, и ортогональных расстояний от потребителей с каждой стороны кабеля до точек ввода кабеля в трассы (L_общая);
• ортогональная длина между потребителями с разных сторон кабеля (L_ортог);
• перерасход — как разница между общей и ортогональными длинами;
• длина кабеля с учетом разделок. Вычисляется как сумма общей длины кабеля и длин под разделку с обеих сторон кабеля (L_с_доп);
• проектная длина кабеля, определяемая умножением длины кабеля с учетом разделок (L_с_доп) на коэффициент резервирования, которые заложены в программе или задаются проектировщиком самостоятельно. Для разных диапазонов длин кабелей (до 50 м, от 50 до 100 м, от 100 до 300 м и выше 300 м) можно установить различные коэффициенты.

Рис. 8. Перечень параметров на элемент Кабель

Результаты первоначальной трассировки кабелей позволяют определить общий перерасход кабеля по проекту как разницу между общей длиной кабеля и ортогональной длиной между потребителями. Параметр Перерасход является также косвенным показателем качества расстановки кабельных конструкций.

Рис. 9. Фрагмент трехмерной модели кабельной раскладки с оттрассированными кабелями

Второй этап кабельной раскладки — раскладка оттрассированных кабелей по полкам. Она происходит автоматически по команде Раскладка кабелей по полкам в соответствии с определенными параметрами трасс и заданными проектировщиком условиями:

• длиной консоли;
• высотой вертикальной стенки лотка, короба, кабельного канала или плоского перехода;
• заданным числом полок;
• степенью занятости каждой полки в трассе уже проложенными кабелями;
• принудительным объединением кабелей различных групп на одних полках;
• порядком расположения кабелей разных групп на полках трассы (например, в ПУЭ нет четкого определения, где должны прокладываться контрольные кабели, — под или над силовыми кабелями, проектировщик может задать этот порядок самостоятельно);
• коэффициентами резервирования полки и лотка;
• индивидуальными длинами консолей для кабелей каждой группы;
• режимом отдельной полки на каждый кабель;
• заданным числом полок под кабели каждой группы;
• числом резервных полок под кабели каждой группы.

Результаты раскладки кабелей по полкам в любой точке трассы можно просмотреть с помощью специального окна программы.

Рис. 10. Просмотр раскладки кабелей по полкам

После раскладки кабелей по полкам для каждого участка трасс автоматически добавляется следующая информация:

• номер последней занятой полки на участке трассы;
• число занятых полок на данном участке трассы.

Для каждого кабеля формируется параметр ТрассаПолная, представляющий перечень всех участков трасс и полок, по которым проходит кабель.

Рис. 11. Окно элементов Кабель со значением параметра ТрассаПолная (10/2 — Номер трассы/Номер полки в трассе)

Общее число необходимых полок определяется в программе как сумма полок под все группы кабелей. В результате кабельной раскладки могут появиться трассы, у которых реальное число необходимых полок больше заданного. В этом случае проектировщику нужно скорректировать предварительную раскладку, произведя следующие действия:

• увеличить число заданных полок в конкретной трассе;
• увеличить размер кабельных конструкций (ширину консоли, высоту лотка);
• уменьшить место резерва на кабельных конструкциях;
• изменить схему кабельных коммуникаций (добавить новые трассы).

Вывод результатов трассировки на план в среде AutoCAD

По окончании кабельной раскладки ее результаты могут быть выведены на план в среде AutoCAD. По команде Вывести на план можно поместить на план следующие элементы:

• условные графические обозначения (УГО) потребителей;
• схему расположения кабельных трасс;
• контуры помещений.

Каждому элементу Потребитель может быть присвоено свое УГО. Вид УГО определяется параметром Фрагмент. В его значении указывается название файла AutoCAD, где находится условное графическое обозначение электротехнического устройства для чертежей, выполненных в масштабе 1:100 (в соответствии с ГОСТ 21.614−88 «Условные графические изображения электрооборудования и проводок на планах»). Если используются чертежи иного масштаба, программа автоматически масштабирует УГО при выводе их на план.

При указании у элемента Потребитель значения параметра Слой, программа автоматически будет создавать слой в чертеже AutoCAD и выводить в него графические обозначения.

Рис. 12. Окно ввода электропотребителей с указанием параметров Фрагмент, УголФрагмента и Слой

Трассы могут выводиться на план специальными типами линий (кабель в трубе, кабель в коробе, кабель в лотке) при указании у элемента Трасса значения параметра ТипЛинии.

По команде Позиции кабелей в AutoCAD на план можно вывести позиции кабелей, проходящих по данному участку трассы. По команде Параметр элемента в AutoCAD на план можно вывести значение параметра элемента на усмотрение проектировщика (например, ТипТрассы=Кабельный короб).

Рис. 13. План расположения электрооборудования и прокладки кабелей

Для проверки на предмет коллизий, корректировки расположения кабельных трасс и получения единой трехмерной модели объекта габариты трасс могут быть переданы в систему трехмерного проектирования (например, PLANT-4D) через обменный файл XML-формата.

Рис. 14. ХМL-файл c габаритами трасс

Получение табличных проектных документов

Табличные документы выводятся в MS Word c помощью шаблона *dot, содержащего специальные макросы. Эта технология позволяет сформировать проектные документы в полном соответствии с формами, принятыми у заказчика. В рассматриваемом проекте были получены кабельные журналы и заказные спецификации на кабели и трубы сразу для двух отделов — КИПиА и электротехнического. Кабели были отсортированы по параметру Проект и выведены с помощью подготовленного шаблона отдельными классами.

Рис. 15. Кабельный журнал

Рис. 16. Спецификация кабелей

Передача информации о длинах кабелей в программы проектирования систем электроснабжения для проверочного расчета

Полученные после кабельной раскладки длины кабелей могут быть переданы через файл обмена данными в программы проектирования систем электроснабжения — для проведения расчетов токов короткого замыкания и допустимого падения напряжения.

Рис. 17. Кабельный журнал в программе EnergyCS Электрика с предварительными длинами кабелей без учета кабельной раскладки

Рис. 18. Кабельный журнал в программе EnergyCS Электрика с длинами кабелей с учетом кабельной раскладки (длины переданы из ElectriCS 3D)

Перспективы развития

Возможности системы постоянно расширяются. В программу планируется включить конструктор кабельных трасс, позволяющий формировать:

• заказные спецификации на кабельные металлоконструкции;
• сечения кабельных трасс;
• кабельные журналы с учетом разбивки кабелей по высотам прокладки (для составления смет на монтажные работы).

Действительно, после того как выполнены трассировка и раскладка кабелей, проектировщику предстоит решить еще одну важную и трудоемкую задачу — подсчитать кабельные металлоконструкции (короба, лотки, консоли, стойки, трубы, гибкие металлорукава), определить весовую нагрузку кабельных трасс на строительные конструкции и сформировать их сечения. Работая в конструкторе кабельных трасс, специалист может сам определить вид и конструкцию трассы:

• выбрать (изменить) способ прокладки кабелей (в коробе, в лотке, в трубе, непосредственно по консолям);
• увеличить (уменьшить) высоту кабельной стойки;
• задать расстояние между кабельными стойками;
• задать расстояние между консолями;
• выбрать вид расположения консолей относительно кабельной стойки (левостороннее, правостороннее или двустороннее);
• добавить крышки кабельным лоткам;
• добавить в лотке огнеупорную перегородку.

Далее проектировщик может сформировать физические сечения кабельных трасс в любом их месте (то есть кабели на полках, их позиции, а также схематическое изображение кабельных металлоконструкций). Полученные сечения в заданном масштабе можно вывести в AutoCAD.

После подсчета конструкций новый инструмент позволит сформировать заказную спецификацию на кабельные металлоконструкции с точным числом каждого вида изделий.

За основу базы элементов кабельных металлоконструкций принята номенклатура бывшего Главэлектромонтажа (ГЭМ) как наиболее часто применяющаяся в проектах для отечественных заказчиков. Тем не менее в последние годы на российском рынке появилось множество других отечественных и зарубежных производителей кабельных металлоконструкций с иной номенклатурой изделий. Поэтому в программе предусмотрена возможность добавлять в базу данных изделия других производителей.