吳利平 覃席彪 陳予倫 楊沛豪

1.華能秦煤瑞金發(fā)電有限責任公司 江西贛州 341113 2.杭州建普科技有限公司 杭州 310020 3.西安熱工研究院有限公司 西安 710054

1 應用背景

火電是我國目前電力行業(yè)的發(fā)電主體,新建火電工程電纜用量大,造價高昂,且一般由甲方供貨、乙方施工,若管理銜接不當,易導致投產后庫存存在較大的浪費現(xiàn)象。造成以上問題的原因有多種。在設計階段,電纜清冊數(shù)量較粗放,與工程實際需求存在一定量的余量或誤差,電纜選型保守。在施工階段,電纜敷設時預留接線長度過長,電纜型號混用或者錯用,電纜敷設路徑不合理,橋架通道擁堵,因工期、工序問題,橋架安裝與管道安裝出現(xiàn)碰撞,導致誤工、返工。傳統(tǒng)的電纜采購與安裝方法問題眾多,弊端明顯。通過電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng)和SketchUp軟件搭建三維信息模型,能有效地實現(xiàn)電纜與橋架安裝前的策劃、安裝中的精細化管理。筆者介紹基于建筑信息模型的電纜精細化管理在火電廠中的應用。

2 基于建筑信息模型的電纜精細化管理

建筑信息模型這一概念從2002年由Autodesk公司提出至今,雖然沒有固定統(tǒng)一的定義,但現(xiàn)已被業(yè)內廣泛認可。建筑信息模型利用開放的行業(yè)標準,將既定項目某個生命周期內的各類信息,用圖像、視頻或者數(shù)據(jù)的形式展現(xiàn)出來,以便于項目管理者制定相關的決策,更好地使項目產生更多增值效益。建筑信息模型技術具有可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性及可出圖性等特點,常見的應用場景為民用建筑、基礎設施等領域,而在電力領域的應用案例較少。筆者將建筑信息模型技術應用在火力發(fā)電廠電纜精細化管理項目上,其核心是通過電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng)搭建電纜通道信息模型,分級導入電纜清冊統(tǒng)計匯總電纜信息,結合圖紙與現(xiàn)場實際情況,完成設備接線點定位,利用計算機模擬電纜敷設,完成電纜長度計算,輸出最優(yōu)的電纜采購與敷設方案,錄入電纜到貨入庫數(shù)據(jù)與現(xiàn)場敷設數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)電纜庫存精細化管理。同時利用SketchUp軟件搭建橋架與管道模型,實現(xiàn)三維模型的可視化,指導橋架安裝前的碰撞檢查。針對電纜模擬敷設時暴露的橋架容積率不足或過剩的問題,制定橋架優(yōu)化方案,指導電纜敷設與橋架安裝,從電纜及橋架的采購與施工兩個方面實現(xiàn)電纜精細化管理。電纜精細化管理流程如圖1所示。

圖1 電纜精細化管理流程

3 最優(yōu)電纜長度算法研究

利用電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng)實現(xiàn)電纜長度計算,輸出最優(yōu)敷設路徑的流程為:設置公共參數(shù),錄入節(jié)點一覽信息,搭建電纜通道信息模型,導入基礎數(shù)據(jù)電纜清冊;通過引橋計算,實現(xiàn)設備接線點定位,進行電纜長度計算;進行橋架段容積率分析,調整電纜敷設方案,輸出最優(yōu)的電纜敷設路徑與下料長度。其中,公共參數(shù)的設置是為了給不同型號電纜附加橫截面積、電壓等級等物理信息,以及最后定盤允許的最大盤長,為不同型號橋架添加橫截面積,以便進行橋架容積率分析。實現(xiàn)最優(yōu)電纜長度計算的關鍵步驟是搭建電纜通道信息模型、設備點定位(引橋計算)、電纜長度計算,筆者就這三個部分的原理進行詳細介紹。電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊如圖2所示。

圖2 電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng)功能模塊

3.1 電纜通道信息模型

收集整理主廠房、鍋爐、輔助廠房等各個區(qū)域電纜構筑物圖及電纜敷設圖,在設計院編制的橋架節(jié)點基礎上,測量相鄰橋架節(jié)點距離,每兩相鄰節(jié)點連結生成主橋通道,在系統(tǒng)里定義橋架物理信息和功能信息。為了電纜在模擬敷設時按橋架功能分層,實現(xiàn)動力、控制電纜分開敷設,在電纜模擬敷設完成后,對相應的橋架段容積率進行分析。匯總所有橋架節(jié)點間信息,生成節(jié)點一覽表,見表1。

從表1可知,3號機主廠房0 m層橋架中,與橋架節(jié)點30ZCF002相鄰的橋架節(jié)點有30ZCF001與30ZCF003,其中30ZCF002與30ZCF001之間為兩層600 mm×150 mm的橋架連通,一層橋架敷設動力電纜,一層橋架敷設控制電纜,兩個節(jié)點之間的距離為3.5 m。將節(jié)點一覽表導入系統(tǒng),搭建電纜通道信息模型,如圖3所示。

表1 節(jié)點一覽表

圖3 電纜通道信息模型

圖3中,L1～L5為各相鄰節(jié)點間的距離。將前述數(shù)據(jù)完善后,利用Java算法庫的迭代算法完成每一條主橋路徑長度計算,其基本思路為:以主橋的任意橋架節(jié)點為起點,尋找最近的橋架節(jié)點,計算路徑長度;依次尋找下一個節(jié)點,以上一次路徑長度計算結果為新的初始值進行該次計算,直到找到目標節(jié)點,完成所有主橋路徑計算。這一過程中將最近的節(jié)點序列和路徑長度保留,刪除非最近的節(jié)點序列與路徑長度,減少數(shù)據(jù)庫容量。迭代算法是用計算機解決問題的一種基本方法,利用計算機運算速度快、適合做重復性操作的特點,命令計算機對一組指令或一定步驟進行重復執(zhí)行,在每次執(zhí)行該組指令或該步驟時,都從變量的原始值推出新值。迭代算法的三個關鍵步驟為確定變量、建立關系式、過程控制。在主橋路徑的計算過程,變量是相鄰節(jié)點間的距離,因為橋架節(jié)點是有限的,所以在利用迭代算法計算時,不會無限循環(huán)進行計算,滿足過程控制的終止條件停止。

迭代算法為:

F(Ln)=F(Ln-1)+min(L)

(1)

式中:n為橋架節(jié)點號;Ln為節(jié)點n與節(jié)點n-1的橋架長度;F為橋架路徑,其長度從橋架起始節(jié)點開始計算;min(L)為橋架長度的無窮小量。

在搭建電纜通道模型過程中,完成了所有主橋最短路徑的計算。在實際應用過程中,出現(xiàn)某一節(jié)點因設計變更或其它原因導致該處無法繼續(xù)敷設電纜時,可以通過設置必經橋架節(jié)點的方式改變電纜敷設路徑,其電纜敷設路徑主橋部分長度為起點橋架節(jié)點至必經橋架節(jié)點的距離加上必經橋架節(jié)點至終點橋架節(jié)點的距離。

3.2 設備點定位

將電纜清冊匯總整理,導入電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng),系統(tǒng)根據(jù)電纜清冊將每一根電纜的起點、終點設備生成一條待賦值的引橋,同一個設備生成的引橋合并為一條數(shù)據(jù)。該待賦值指錄入該設備接線點至電纜通道信息模型中最近的橋架節(jié)點的距離,稱引橋計算,圖3所示電纜通道信息模型中,設備1至主橋通道中最近的橋架節(jié)點1的引橋是需要賦值的對象,X1為引橋長度。完成所有引橋的賦值,生成引橋計算表,見表2。

3.3 電纜長度計算

在完成電纜通道信息模型搭建與引橋長度計算后,電纜長度計算轉換為起點設備至終點設備的橋架長度計算,即電纜長度為主橋長度與引橋長度之和。

4 橋架安裝量統(tǒng)計方法

通過SketchUp軟件建立橋架的三維模型,利用其組件功能,創(chuàng)建不同型號的橋架組件,例如2 m的1 000 mm×150 mm梯形橋架、(1 000 mm+1 000 mm)×150 mm梯級橋架彎通等,然后運用橋架組件完成橋架的預安裝,最后通過SketchUp軟件的組件信息統(tǒng)計功能獲取不同類型橋架的安裝數(shù)量。三維橋架模型如圖4所示,統(tǒng)計信息見表3。

表2 引橋計算表

圖4 三維橋架模型

表3 統(tǒng)計信息

5 電纜精細化管理實際應用

某電廠二期擴建工程是建設兩臺100萬kW超超臨界燃煤機組,總投資約70億元,其中電纜概算約8 200萬元,橋架概算約1 800萬元,電纜與橋架的工程造價高,電纜及橋架的精細化管理對節(jié)約項目成本,提高工程管理質量具有重要意義。

在該工程中,按照上述電纜精細化管理流程與方法實現(xiàn)了電纜與橋架在采購與施工過程中的精細化管理。

5.1 電纜及橋架采購管理

在電纜橋架采購前,收集整理電纜敷設圖、電纜構筑物圖、電纜清冊、各專業(yè)設備布置圖等設計圖,按照上述電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng)流程和原理,完成電纜最優(yōu)長度計算,對部分選型保守的電纜進行截面優(yōu)化,然后輸出電纜定尺定盤采購表、電纜敷設路徑表,分別見表4、表5。

通過SketchUp軟件搭建該工程的三維橋架整體模型,利用組件功能完成全廠橋架的預安裝,準確統(tǒng)計橋架實際安裝需求量。三維橋架整體模型如圖5所示。

5.2 電纜及橋架施工管理

(1) 施工方案檢查與優(yōu)化。在橋架安裝前,通過橋架段容積率分析,發(fā)現(xiàn)主廠房與煤倉間連接處的橋架段容積率為120%,分析原因為主廠房兩列式的布置與側煤倉的結構特點決定了從主廠房配電間至爐后的動力電纜都需經過該處橋架,因此路徑無法調整,只能在原有橋架的基礎上增加一層1 000 mm×150 mm橋架,優(yōu)化后橋架的容積率降低為40%。優(yōu)化方案如圖6所示。類似的橋架擁堵問題在該工程中還存在六至八處,筆者不再枚舉。

表4 電纜定尺定盤采購表

表5 電纜敷設路徑表

圖5 三維橋架整體模型

圖6 主廠房與煤倉間連接處橋架段優(yōu)化方案

在施工過程中,還存在因工期跟不上出現(xiàn)橋架比管道提前安裝的情況。比如需要完成煤倉間的橋架安裝,才能打通主廠房至鍋爐及爐后區(qū)域的電纜通道,但送粉管道密集排布在橋架上方,導致出現(xiàn)橋架支吊架與送粉管道產生碰撞,通過三維橋架與管道模型,進行橋架支吊架的模擬安裝,從送粉管道的間隙穿插安裝橋架支吊架,避免出現(xiàn)碰撞問題,優(yōu)化方案如圖7所示。

(2) 現(xiàn)場監(jiān)督與庫存管理?，F(xiàn)場不定期對施工隊伍的電纜敷設工作進行抽檢,檢查電纜是否是按照優(yōu)化路徑敷設,電纜盤的使用是否遵循定尺定盤的要求,電纜敷設至盤柜或者就地設備時預留長度是否過長,將前述可能導致電纜浪費的因素提前發(fā)現(xiàn),及時解決。根據(jù)工程進度,整理電纜敷設記錄,導入電纜敷設優(yōu)化系統(tǒng),通過對比電纜的到貨量與使用量,準確把握電纜庫存量,及時調整采購計劃。在該工程結束收尾時,橋架庫存基本為零,電纜庫存僅為23 km,庫存量占比采購量為1.2%。

圖7 送粉管道與橋架排布優(yōu)化方案

6 結束語

基于建筑信息模型技術的電纜精細化管理完成了電纜和橋架數(shù)量的準確統(tǒng)計、電纜敷設路徑的合理規(guī)劃以及橋架安裝前優(yōu)化設計,解決了傳統(tǒng)火電項目中電纜與橋架存在的采購超量、庫存量高,以及因工序、工期導致的誤工、返工等問題,為降低工程造價、打造精品工程做出了貢獻。