核电厂电气通道和电缆敷设设计浅析

来源：admin 更新：2024-03-31 13:57 分类：施工技术标签：总结源文件

在过去传统的工程设计领域，设计手段从最初的手工机械制图到电脑辅助二维机械制图，到后来信息技术和互联网技术的迅速发展，很多行业开始采用三维技术开展设计，如机械制造、建筑、化工等行业，早已进入三维时代，但由于核电厂专业类别、物项、空间以及设计方式的复杂性和特殊性，三维化的进度较为缓慢，因此一直存在专业间协作困难、设计验证复杂，特别是施工图纸的工作量大、效率低等一些列问题。为了尽快将核电设计与现代化科技接轨，国内核电行业一直在积极推进三维设计手段在核电厂布置设计的工作，核电厂电气通道设计与电缆敷设设计的也在跟随同步推进，并不断完善。

前言

随着社会的发展，核电建设的批量化程度越来越高，业主对核电站的施工质量和进度的要求越来越高，设计方在常规出图的同时也采用不同的三维软件来完善各专业的沟通和出图质量的提高。比如田湾核电业主方在建成VVER堆型后，将相关厂房的土建图纸和电气和通风专业和其它专业的图纸委托给中国核电工程设计院进行三维建模转化，达到现场的可视化程度增强和数据参数可视化应用。而在中广核工程设计院则优先将核岛PDMS三维设计数据模型和施工安装单位联合出图，可见核电厂三维模型设计越来越被重视。但是如果仔细分析三维模型在电气专业的应用，还是有一些不足的，这些也是设计院后期需要改进和完善的。同时设计院三维软件和核岛安装单位联合办公出图，达到缩短出图时间满足施工需要和利用模型数据迅速解决现场实际问题，也是未来发展的趋势。需要核电安装单位必须提前储备三维模型相关设计人员和相关电气技能人员，以备后期核电项目的技术准备。

国内核电厂电气通道设计和电缆敷设应用现状

核电厂电气电缆敷设设计发展介绍

在岭澳二期常规岛的设计中，则引进了基于microstation平台的三维设计软件，完成了常规岛的三维设计。在红沿河一期中上海核工程设计院使用基于CAD软件的插件进行电缆路径清单出版的应用。无论是中核还是中广核，在华龙一号的设计上，都采用了PDMS软件实现了三维设计较全面的应用。三维化设计的应用，已在核电行业得到了较大的普及，特别是电气设备布置与桥架的三维设计将是未来发展的趋势，而三维应用的高超将是设计方的一个竞争的增长点。

国内核电厂电缆路径敷设应用的现状

中核在秦山核电二期、秦山核电二期扩建、岭澳二期等工程中，采用PERICLES 2和PERICLES 3等系列电缆敷设软件完成了相关设计工作。中广核在华龙一号的设计过程中，则采用了自主研发的计算速度更快，工作效率更高的CRS2.0作为电缆敷设软件，该软件是基于PDMS中进行建立数据和进行应用的。电缆敷设工具的多平台融合、智能化设计也在核电领域逐步推进。

核电厂电气布置

核电厂电气布置主要包括电气设备的布置，以及为电气、仪控系统动力、信号的连通而进行的电缆通道的设计以及具体的电缆路径的敷设，以保证电气、仪控系统动力、信号网络的形成，其功能相当于核电厂的神经系统的载体。

核电厂电气布置 是核电厂施工图设计阶段非常重要的环节之一。电气布置包含 电气设备布置 和 电气通道设计 和电缆路径清单设计，其中电气通道设计涉及出版的图纸最多，比重最大。

核电厂电气通道

电气通道是对电缆起支撑、保护、隔离作用的装置的统称。电气通道包含电缆主桥架，电缆次桥架，电缆管等电气设备连接的通道。国内自从使用PDMS三维软件设计模型后，基本上是依据现有参考电站图纸进行建模和更新优化和部分提资需求的功能增加，就是一直在使用现有的框架模式下进行“＋”的模式。直到国内的华龙一号三维模型各专业协同开始，才有了正向设计，对现有的核电系统和各专业的需求进行了系统的分析，梳理，提资和互提资设计。

电气通道设计 通常是核电工程设计中较后阶段的设计工作。开展此项设计工作必须具备以下先决条件:

项目管理部已组建运行,已经依据抗震、防火、隔离等的标准，设计和编写通道相关规范性设计标准文件；
电气系统设计已经初步完成,足以提供大部分电缆清单和电气设备布置信息;
厂房土建模型已经初步完成,涵盖必需的地板、墙体、通道和钢结构。

传统电缆敷设软件电缆桥架建立数据网络存在的问题

在传统的电缆桥架建立数据网络，需要在电缆桥架的平面布置图纸上针对电缆桥架选取一定的节点，逐一量出节点的坐标，建立电缆桥架的数据描述，并对描述的电缆桥架进行逻辑上连接描述，形成电缆桥架数据网络，其存在的问题有：

电缆桥架节点的描述工作烦琐,节点数量庞大,耗费很大的工作量。
电缆桥架的数据网络化也依靠人工逐一建立,容易出现错误且不易校验出来，后期电缆路径敷设时再进行修改存在困难。
电缆路径一旦敷设到软件中后,如果需要修改桥架网络数据则需要将涉及的电缆路径全部退出,待数据修改后再重新敷设,耗费人力且对项目管理造成困难。
如果电缆桥架的布置出现修改,则需要相应地修改敷设软件中的桥架网络数据,才能保证模型与数据网络的一致性。
虽然PDMS三维模型的插件CRS2.0具备电缆敷设功能，严格意义上是不能和PDMS软件进行融合，其中还有一些问题不能解决，比如电缆敷设智能化和电缆路径可视化还是不完全，同时该软件电缆敷设对敷设人员的技术要求比较高，要完全掌握电缆桥架功能和电缆敷设准则等技术技能，软件不能智能化敷设。
中核核电工程公司在电气通道建模后，仍然使用二维电缆敷设软件进行电缆敷设。

电气通道设计存在以下问题

电气通道设计规划需要根据全厂电缆清单进行分析，根据电缆敷设准则指定合理的电缆通道，并根据电缆通道在PDMS中进行电缆桥架的细化设计，目前存在以下的问题：

电缆清单的分析、电缆通道的规划全部采用人工完成，需要计算通道的电缆量、电缆承载截面，由于全厂的电缆数量大约3万多根，其工作量大，耗时长，且验证和修正困难。
电缆通道的规划都是在平面的图纸上进行，不利于垂直空间上的规划。并且无法评估其通道对空间的占用是否足够，也无法预判与其他专业物项是否存在碰撞。
电缆通道的规划需要考虑防火分区、敷设分区、水淹分区等空间特性，都需要规划时人工验证。
土建、结构的提资只能在平面图纸上完成，由于前期缺少实际的桥架设计方案支撑，提资预估困难，提资准确性、后续扩展性较低。
在PDMS中进行桥架细化设计，需要充分考虑不同桥架类型、不同安全列之间的空间隔离问题，将规划好的电缆通道细化为具体的电缆桥架模型，其模型均为人工建立，其工作量相当巨大，人力投入大。
在PDMS桥架模型的过程中，需要边建模边进行模型校验，通过碰撞检查工具来核对是否存在与其他物项的碰撞，如果碰撞则需要反复修改和检查，这个过程会耗费很大的工作量。
桥架后续的修改和维护则影响一系列的模型调整，导致模型维护起来困难。

PDMS三维软件抽图定制布置的施工文件编制存在的问题

电气布置施工文件主要包括电缆桥架布置图和电缆路径清单，电缆路径清单通过电缆敷设软件可以实现较好的文本导出和文件出版定制，电缆桥架布置图则在PDMS中根据电缆桥架及设备布置模型实现出图定制，但尚存在以下问题。

PDMS中根据模型抽出的平面图线条均为拟合而成,图层杂乱，需要进行二次加工,与传统人工制图相比,并没有起到省时省力的效果。
PDMS 导出的图纸图面标注达不到整洁、美观的效果，需要进行二次加工。
BRX等厂房有弧面位置的剖面抽图不精确，需要抽图后修改。
主次桥架接地材料数量抽取准确度有待提高。

需要解决的技术要点

核电厂电气通道设计需要解决的技术要点

将电缆清单分析、电缆通道的规划纳入三维设计平台中去，利用大数据计算实现三维中的可视化智能电缆通道规划。
在三维平台中实现土建、结构的提资，实现多专业的同平台协作设计。
在三维平台中根据规划的电缆通道，实现电缆桥架的智能自动化建模，并且能自动进行碰撞检查和避让其他物项，尽量减少人工干预的情况下能达到模型的自动优化，使得生成的桥架模型在空间、距离上的优化。
三维平台在建立电缆桥架模型的过程中能充分考虑电气隔离准则、电缆敷设准则，并能进行防火共模分析，实现电缆桥架防火保护的智能设计。
三维平台在建立电缆桥架模型的过程中能根据辐射分区、防火分区、水淹分区等，遵循电气孔洞的封堵原则进行电气孔洞的智能设计。
抽图定制中的物项材料能个性化的导出和查询。

核电厂电缆路径设计需要解决的技术要点

在三维平台中，直接利用现有的电缆桥架模型实现可视化智能电缆路径自动敷设，搭建大的平台并进行功能整合。
在三维智能化电缆路径敷设的基础上，实现电缆、桥架资源的可视化查询。
三维软件的更新升级，比如E3D本身就有电缆路径的敷设功能，但是相关元件库的提资需要增加相关需求。
核电站电气通道的电缆敷设比较复杂，真正融入三维敷设需要相关技术工程师前期对软件的提资需求要到位，考虑要周密和可行，并且必要时需要验证分析，所以模型的智能化要融入真正的科技含量，就是能分析相关电缆敷设的容错率，就是错误的操作软件本身就给出预警，即操作简单而软件本身复杂。

核电厂电气布置的施工文件编制需要解决的技术要点

在三维平台实现自由度更高、出图效果更好的施工文件出图定制。

核电厂电气布置设计和电缆敷设技术未来发展趋势分析

根据当前的核电厂电气布置情况和需求分析,结合当前的开发技术和三维平台,完全具备实现以下目标的可行性。

基于现有的三维PDMS(或E3D)平台,实现更多的设计功能，如电缆桥架的自动规划、建模，电缆桥架支撑的自动建模,电缆路径的自动敷设等。
结合当前的网络技术,开展互联网+的大平台搭建,实现设计管理、项目管理、施工管理等的整合，达到核电工程从初设、三维建模、施工图设计、施工管理、竣工图设计的融合和多方协同合作的目的。
可视化操作的简化和可视化程度提高和便捷的查询模式的应用。
利用 VR 技术,实现三维的沉浸式的演示、浏览,更进一步地，实现沉浸式的 VR 设计,使得三维设计的模型更直观、更逼真、更准确、更快捷。
利用 VR 技术,实现施工现场的可视化投影,提高施工放线、定位的直观性、准确性,更有助于施工方对于设计方案更直接的识别和理解。

小结

在充分解决好当前 核电厂电气布置设计 中所面临的技术问题时,可以使设计方法更智能化、人性化,并将很好地提高设计质量和效率,为更安全、更好、更便捷的核电设计提供平台。而未来设计技术的发展，将使得自主核电的设计更具有科技感、信息化、智能化,为我国核电技术走向更成熟、更安全的发展提供保障。