（机械设计及理论专业论文）电厂电缆敷设设计与工程管理系统的研究.pdf

丫 6 0 8 3 9 3 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 摘要 随着现代电厂机组容量的增大和自 动化程度的提高，电厂电缆的数量也大幅度 增加。电缆敷设设计及安装工程管理手段的落后已成为制约电缆施工质量和效率提 高的技术关键之一。 利用计算机辅助电缆敷设设计技术，可事先根据电缆走向、特征截面中电缆情 况得出提示信息，从而有目的地安放桥架和敷设电缆，节省材料，提高效率。系统 的设计模块，可以快捷地获得电缆的连通性、电缆实际长度等重要信息。系统的管 理模块可全面实现电缆需求、电缆排序、施工管理、各种统计报表等施工过程的动 态信息管理。 关键词:电缆， 敷设设计， 电缆走向， 特征截面， 桥架建模 a b s t r a c t w i t h a g g r a n d i z e m e n t o f c a p a c i t y a n d a s c e n t o f a u t o m a t i n g t h e d e g r e e o f m o d e r n p o w e r s t a t i o n m a c h i n e u n i t , t h e q u a n t i t y o f t h e p o w e r s t a t i o n c a b l e a l s o i n c r e a s i n g q u i c k l y . l a g g i n g d e s i g n a n d i n s t a l l m e n t m e a n s o f c a b l e h a v e b e c o m e o n e o f t e c h n i q u e k e y s t h a t h i n d e r c a b l e l a y o u t q u a l i t y a n d e f f i c i e n c y . m a k e u s e o f c o m p u t e r a i d e d c a b l e l a y i n g t e c h n i q u e e n g i n e e r s c a n h i n t i n f o r m a t i o n i n a d v a n c e i n t h e l i g h t o f t h e e l e c t r i c c a b l e t r e n d , q u a n t i t y i n t h e c h a r a c t e r i s t i c s e c t i o n . a c c o r d i n g l y i n s t a l l i n g b r a c k e t a n d r e a c h c a b l e c a b l e b e t t e r , s a v e m a t e r i a l a n d i n c r e a s e e f f i c i e n c y . t h e s y s t e m s d e s i g n p a r t c a n a c q u i r e c o n n e c t i n g a n d a c t u a l l e n g t h e t c . i m p o r t a n t i n f o r m a t i o n o f c a b l e q u i c k l y . t h e s y s t e m s m a n a g e m e n t p a r t c a n c o m p l e t e l y r e a l i z e s d y n a m i c i n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t f o r c a b l e d e m a n d i n g , c a b l e o r d e r i n g , c o n s t r u c t i o n a d m i n i s t r a t i o n a n d a l l k i n d s o f r e p o r t s e t c . i n t h e p r o c e s s . w a n g m i n g h a i ( m e c h a n i c a l d e s i g n a n d t h e o r y ) d i r e c t e d b y p r o f . r u i x i a o m i n g k e y w o r d s : c a b l e , l a y o u t d e s i g n , c a b l e t r e n d , c h a r a c t e r i s t i c s e c t i o n , b r a c k e t m o d e l 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 第一章 绪论 1 . 1选题意义及要求 随着现代化电厂的机组容量加大和自 动控制程度的提高，电厂电缆的数量也大 幅度增加，这就对电缆敷设安装提出了更高的要求。以采用d c s的6 0 0 m w燃煤机 组为例， 需安装敷设的电缆有上万根， 接线芯数1 0 余万， 安装总长度可达1 0 0 0. 2 0 0 0 k m ，这使得火电厂建设中电缆敷设设计和工程管理工作的难度也大大增加。在电厂 建设施工中，包括电气、热工等处的电缆敷设因数量多，工作量大、工期长且牵涉 面广，一直都是投入技术人员、施工人员最多的工作。在整个敷设施工过程中，由 于整体布局很难控制，经常出现电缆的局部布局不合理、交叉不合理等问题，甚至 会出现局部电缆冒出桥架的现象，对整个电缆敷设的工艺质量造成不良 影响。 此外，对数量巨大的电缆型号、种类、相关设备、路径、敷设和接线情况的汇 总、 统计工作也十分繁杂，极容易出现漏放或重复现象。 因为安装管理手段的落后， 有时甚至造成电缆库存不足，影响工期。 迄今在火电厂的电缆敷设安装工程中，我国大多数电建公司还沿用传统管理模 式，火电厂电缆敷设设计工作多采用手工设计方式完成:首先由现场技术人员需要 根据电力设计院提供的电缆桥架图纸及电缆清册逐根地查找、核对电缆，再经适当 考察桥架布置情况和工程需要汇总后分批进行排放，同时还要将电缆记载到电缆桥 架的各特征截面，工作十分繁杂，技术人员劳动强度也很大，耗费时间长且错误率 高，很难保证工程的进度和质量。另外，由于施工现场情况复杂，现场人员有时须 根据现场情况变更设计，由于缺乏必要的管理手段，也可能导致设计误差和施工的 质量隐患。此外，为解决电缆敷设设计不合理等问题不得不采取增加电缆桥架容量 的方法， 有时所敷设电缆的桥架容量只能达到6 0 -7 0 %，浪费了大量桥架。 但在某 些情况下电厂厂房的设计根本就不可能有排放冗余桥架的空间，如电缆敷设时的交 叉严重，就会造成无法排放下原设计的电缆，导致电缆敷设的返工。 很显然，电缆敷设设计及安装工程管理手段的落后己成为制约大型电厂电缆施 工质量和效率提高的技术关键之一，仍采用上述较粗放的传统管理模式和设计方式 已很难适应现代大型电厂的施工要求。 目 前尽管许多电建公司己经建立了企业m i s , 但其应用尚多集中于事务性的管理工作，在施工技术和工程管理方面的应用还相对 较少。究其原因，主要是缺乏实用的施工组织技术支持软件。要解决这一问题，有 引进和自 主开发两条途径。目 前国内研究单位在此方面的研究较少，引进国外商品 软件除价格因素外，其功能也难以完全适合工程需求。因此现场迫切需要施工技术 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 人员和软件研发人员的密切合作，尽快开发具有自主版权的实用软件系统。 近年北京电力建设公司与华北电力大学( 北京) 一直致力于此方向的 研究工作。 结合北京电建公司托电项目，双方合作开发了实用的电厂电缆敷设设计及安装工程 管理系统。其目的一方面是全面规划和完善电缆敷设施工的设计功能，达到现场实 用程度;更重要的是要使所开发系统具备全新电缆敷设安装工程管理功能，使之成 为集电缆敷设计算机辅助设计和安装工程信息管理于一体的功能强大实用软件系 统，以促进电厂建设施工组织工作的技术进步和管理水平的提高。 利用计算机辅助电缆敷设设计技术，可以事先根据电缆的走向、桥架特征截面 中电缆情况，提示现场技术人员尽量避免电缆交叉情况，从而有目的地安放电缆桥 架。 将现代管理和计算机技术应用于电缆敷设工作的意义: 1 )应用计算机设计和管理，可兼顾多种因素，尤其对于大规模的电缆敷设设计工 作，能显著提高设计的可行性，使布线合理、清晰，尽量避免电缆之间的交叉 和避免排放过程中由于设计不合理而造成的返工，提高施工进度和施工质量。 2 )可以 大大地加快设计进度，有效地缩短电缆敷设施工时间，保证施工质量。使 电厂能尽早投入试运行。 3 )可在施工过程中视具体情况方便及时地进行变更设计，而人工设计则因为涉及 的电缆太多而很难在短的时间内进行这种全面变更设计。 4 )极大的减少手工布线所必须面对的繁杂工作，降低技术人员的工作强度。使技 术人员可以从大量重复的、机械式劳动中解脱出来，进行电缆敷设的总体设计 和施工指导。 5 )节省材料，降低费用。技术人员有可能更合理的规划和设计电缆桥架，以避免 以前施工中仅凭经验设置桥架，造成的不必要的材料浪费。 6 )可以 彻底改变以 往施工中以及施工结束后的大量技术文档的， 不便于统计整理。 可以快速统计和整理电缆的有关数据，建立完整的施工技术文件和竣工资料， 避免最后的大量技术文档的整理工作。 1 . 2国内外现状 计算机辅助敷设设计在发达工业国家中已有一些研究和应用。近年从国外引进 的大型机组，部分电缆敷设设计、 供货以及工程的管理已 采用计算机辅助方式。有 关电缆的设计信息多用电子文件发往现场，随着工程的进展，更多的信息如电缆的 敷设表、端接表、电缆盘计划表，走向分析报表等再到达现场。由于国外公司管理 模式与我国有别，工程设计和安装工程往往由同一家公司完成，因此从设计、供货 到安装的全过程可方便的实现统一软件平台的数据共享，如我国曾引进的法国 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 c e g e l e c 公司p e r i c l e s 电缆敷设管理系统等。 我国的电厂工程目前仍沿用设计院设计、建设单位施工的模式，因此多数电缆 敷设的设计工作要由电力安装公司的技术人员参照电力设计院的系统设计完成。在 进行电缆敷设设计时，需要查阅所有相关的设计图纸 ( 由电力设计院提供) ，逐根 的确定其路径，并一一记载，再进行电缆桥架特征截面设计以避免交叉。在此过程 中，由于体制的原因，施工单位很难获得有关设计的原始数据，而即便是有可能得 到这些数据，由于没有兼容的软件平台也难于在工程中使用。同时目前设计院的软 件系统功能与现场的要求差距较大，国外的商品软件系统又不适合国情。鉴于此， 国内有些单位已经开始研究计算机辅助电缆敷设问题，如西北电力设计院曾研制电 缆敷设计算机辅助设计的软件，但其功能仅属于电缆数据管理范畴 既对己有的数 据进行管理、制表等) ，无设计功能;河南第二火电建设公司研发的 “ 电缆敷设模 拟系统” ，主要是以桥架数据为基础对电缆进行模拟敷设并大致确定电缆路径，相 当于对所有电缆进行初步排序，但由于未解决设基础是数据的获得和特征截面管理 等问题，还很难在实际安装过程中应用。 华北电力大学在 9 0年代即开展了对电缆敷设安装过程的计算机应用问 题的研 究，对电缆桥架的数学模型、数据结构、电缆走向、特征截面等方面的算法进行了 较深入的研究，并且取得了一定的成果，目 前急需针对施工现场情况开发的电缆敷 设c a d 与工程管理系统，正是利用了有关的研究基础，可使电力安装公司尽快的运 用计算机这一有利工具来为工程服务。结合北京电建公司托电项目，北京电力建设 公司与华北电力大学密切合作，进一步合作开发一种实用的电厂电缆敷设设计及安 装工程管理系统。其目的一方面是重新规划和完善电缆敷设施工的设计功能，达到 现场实用程度;更重要的是要开发一种全新的电缆敷设安装工程管理系统，使之成 为集敷设 c a d设计和安装工程信息管理于一体的功能强大实用软件系统，以 促进 电厂建设施工组织工作的技术进步和管理水平的提高。 1 . 3 主要研究内容 本课题研究的目的是研制一种适合电力安装公司使用，同时具备电缆敷设辅助 设计与安装工程管理的软件系统，即 “ 电厂电缆敷设计算机辅助设计与 管理系统 ( c o m p u t e r a i d e d d e s i g n 1 )专门为火电厂电缆安装工程定制，密切结合现场实际符合相应技术规范，且满 足工程总体管理的需求 2 )充分考虑了施工单位不同层次用户对系统的需求，系统可为管理者提供可靠和 及时的施工过程信息，以便有效地管理和控制工程的进度和质量;同时也为电 气专责技术人员设置了强大的电缆施工组织设计工具和丰富的信息资源，使之 可以方便地完成各种与工程相关的工程组织工作和技术工作。 3 )系统采用统一的数据库，把设计审查、电缆施工组织设计和施工过程管理有机 的结合在一起，可以彻底改变以往因变更设计资料整理不及时或其他原因导致 的施工管理混乱的局面。 2 . 2 . 2系统总体结构框架 由于 c a d m c l系统是用于解决电力安装公司电缆敷设设计工作的，该系统必须 符合电缆敷设施工现场的实际情况。首先应该了解电力安装公司技术人员进行电缆 敷设时的工序，然后明确电力安装公司的技术人员需要该系统解决那些问题，怎样 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 才能使该系统最大限度地帮助现场技术人员完成电缆敷设的工作。在进行系统规划 之前，研究了火电厂电缆敷设的整个过程，在此基础上确定了 c a d m c l系统的主要 功能。根据现场的实际情况，为c a d m c l 系统设计以下几项主要功能功能: 1 .对厂房图进行数学建模，提供修改、删除、增加等功能。 2 对电缆、电缆桥架进行数学建模，提供方便快捷图形化录入环境。 3 .电缆路径检查。在这部分应该完成电缆的走向检查，电缆长度的计算，以 及为各缆沟特征截面提供数据。 4 .缆沟特征截面的统计与分析。该功能将搜集各电缆桥架特征界面内的电缆 信息，并统计缆沟特征截面的剩余空间容量。 5 .交叉电缆的查找。分析各特征截面内电缆的相互关系，找出相互交叉的电 缆。 6 .设计结果的图形化输出。要求输出电缆的走向以及相关特征截面的电缆情 况 。 7 .电缆材料和设备的管理功能。根据施工进度统计出各种型号电缆的剩余和 使用情况，以及电缆的敷设情况。 8 .现场施工管理。 9 .设计结果的统计分析。统计各种电缆的使用情况，保存竣工资料。 c a d m c l 系统包含了工程设计和施工信息管理两个子系统和若千功能模块。 各模 块的关系如图 2 - 1 所示。 图2 - 1系统结构框架 华北电力大学 北京)硕士毕业论文 2 . 2 . 3系统功能分析 c a d m c l 系统包含了工程设计和施工信息管理两个子系统和若干功能模块。 各模 块的关系如图 2 - 2 所示。 桥架建模厂房建模电叁 渊仁 据前期处理 人 工参与电 缆 排 序 数据库 施工管理 统 计 特 征 截 面 数据 材料和 设备管 理 设 计 结 果 输出 电缆走 向分析 各种统 计报表 各种统 i i- i散据 特征截 面统计 电缆走向图 形4 li 出 图2 - 2 c a d m c l 系统功能模块关系 ( 一) .设计子系统主要功能分析 . 数学建模 为实现电缆敷设计算机辅助设计，必须首先了解厂房的数学表达方式、电缆桥 架的结构特点以及电缆的分类方法，并且对它们进行合理的数学表达。厂房和电缆 桥架的数学建模方案见第三章。 . 检查电缆连通性与计算电缆长度 计算长度前首先要检查电缆的连通性，对不连通的电缆要对电缆路径进行修 改，然后，根据电缆走向、电缆桥架实际长度以及电缆桥架到设备的距离，计算电 缆实际长度。 . 电缆排序 1分批排序 ( 根据现场情况和准备敷设的电缆排序) ; 2 . 修正; 3为施工单提供敷设顺序; 4 . 电缆总排序 ( 根据施工计划、进度等进行排序) 。 . 数据统计 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 根据电缆走向、电缆敷设顺序统计电缆桥架特征界面内的电缆信息等。 . 交叉电缆查找、统计 根据电缆走向、电缆敷设顺序以 及己敷设电缆情况，统计出电缆交叉情况，并 且预判断电缆桥架的容量情况。 . 查看电缆走向 根据电缆路径和桥架数据可以对电缆走向一个直观的显示，方便电缆排序，和 对不连通电缆路径的检查。 . 打印报表功能模块 ( 二) . 电缆敷设工程管理流程 大型发电厂的施工特点， 决定了不可能在规定时间内由一、二人来统一完成电 缆安装的全过程管理。所以电缆安装的技术准备、施工过程、工作结果仍可由各专 业技术人员分工负责完成，并通过统一的数据库管理实现全过程统一管理的目 的。 管理工作从电缆订货开始，根据电缆数据和施工数据进行电缆材料的管理。图 2 - 3 是管理流程 图 2 - 3管理流程图 . 电缆数据快速录入 现代化的电厂电缆数量众多，在电厂施工时电缆的管理问题一直困扰现场施工 人员，对现场电缆数据的管理必须有电缆的基础数据。电力设计院提供的电缆清册 华北电力大学 北京)硕士毕业论文 多为文本格式或者电子版本的电缆清册，管理起来非常困难，同时，在电缆施工完 成以后还要对电缆进行各方面的管理。因此本系统采用快速导入的方法将电缆清册 中的电缆数据信息转化为数据库信息。 然后再进行统一修改、 查询统计等管理工作。 对于极少量临时添加的电缆采用手工录入的方法。 主要功能: a 导入设计院电缆清册 输入;设计院电缆清册 ( 电子表格) ; 生成:电缆清册表 ( 数据库表) 。 : b )手工录入: . 来源:电缆清册 ( 书面) ; . 生成:电缆清册表 ( 数据库表) 。 c 修改:电缆清册表 ( 数据库表) d )删除:电缆清册表 ( 数据库表) . 电缆和设备数据的编辑 由于电缆数量众多，设计院设计人员难免会出现一些错误，最常见的就是经常 会造成电缆重复现象发生，而且重复数量有的多达 i d根以上。施工人员很难发现 这种情况， 只有在进行电缆统计和敷设完成后进行接线时才能发现， 容易造成返工。 因此， c a d m c l 管理子系统针对这些情况采取了一些必要的手段和方法避免这种情况 的发生。 主要功能如下: a ) 查找; b ) 检查重复电缆; c ) 添加 ( 现场修改、设计变更、与原设计有区别的电缆) ; d 修改; e ) 删除 ( 将原始数据保存) 。 . 设备数据的编辑 设备的情况和电缆的情况类似，只是数量相对电缆要少得多，施工人员比 较熟 悉，为增强查找的方便性，查找功能用模糊查找，施工人员只需根据设备编号的某 些字段便可查到。 主要功能: a )模糊查找; b )添加; c )修改; d )删除。 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 . 特征截面统计 统计特征截面是电厂电缆施工过程中和施工完成后一项重要的管理内容。查看 桥架截面可以根据施工人员的需求对全部电缆或者已敷设电缆进行截面统计，此项 功能可以统计出该截面内的电缆根数和截面的剩余容量。施工人员可及时根据剩余 容量及时调整电缆路径避免电缆堆积和电缆桥架的空置。提前了解桥架特征截面内 的电缆情况和电缆容量对施工进度和施工质量有重要意义。另外在施工完成后可以 通过此功能将桥架内的电缆导出到e x c e l 表中，为截面图提供数据基础。 主要功能: 1 )统计特征截面内所有电缆; 2 统计特征截面内己敷设电缆; 3 )统计特征截面剩余容量; 4 )有导出功能方便管理人员修改; 5 )打印功能。 . 计划汀货 a ) 说明:根据设计院提供的材料清单向物资部门提出供货需求; b ) 数据:电缆型号，电缆长度，要求供货时间等; c ) 数据来源:电缆材料清单表。 . 增补订货; a ) b ) 说明 数据 根据施工情况向物资部门提出增补订货计划; 电缆型号，电缆长度，要求供货时间等; c ) 数据来源:设计变更表，变更设计表。 . 电缆头供货需求: a ) 说明:根据电缆清册，统计电缆头供货需求; b ) 数据:电缆头型号，数量等; c ) 数据来源:电缆清册表。 . 填写施工单 a ) 说明:根据电缆排序情况成批添加; b ) 数据:电缆型号、起点设备、终点设备和电缆路经等; c ) 数据来源:电缆清册表、电缆信息表和施工单电缆排序表等。 . 返回施工情况 a 说明: 根据施工单的施工情况， 将未敷设电缆的情况返回到数据库，以便 重新排序施工; b )数据:电缆型号、起点设备、终点设备和电缆路经等: c )数据来源:电缆清册表、电缆信息表和施工单电缆排序表等。 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 . 返回接线情况 a )说明:根据施工单电缆的接线情况，将未接线电缆的情况返回到数据库， 以便随时查找; b )数据:电缆型号、起点设备、终点设备和电缆路经等; c 数据来源:电缆清册表、电缆信息表和施工单电缆排序表等。 . 电缆库存管理 库存管理是制约施工进度的重要因素，施工材料充足才能保证施工顺利进行。 库存管理功能主要根据材料清册、材料入库、材料出库、订货信息、增补定货和库 存统计进行管理。该功能可以运用到整个电厂建设项目，也可以运用到各个工地。 库存统计可以为各工地统计出该工地每种型号电缆的总量、使用量和剩余量，以便 可以及时增加库存。 主要功能: a )根据设计院提供的数据具，将电缆定购计划录入; b )到货情况 己到货、未到货、到货时间等) ; c ) 出库信息 ( 已出、预出、预出时间) ; d )库存信息 ( 库存量、缺货信息等) ; e )预计电缆使用信息 ( 增补信息) 。 . 施工信息管理 a )施工计划制订。统计出需要敷设的电缆; b )计划修正; c )施工单生成; d )返回施工结果 ( 敷设情况、接线情况) 。 . 统计查询报表 a )按型号查询; b )按设备查询; c )敷设情况查询; d )按进度查询。 华北电力大学 北京)硕士毕业论文 第三章 数学建模与数据结构 对于火电厂这样一个复杂而庞大的系统工程而言，为实现电缆敷设计算机辅助 设计和工程信息管理，必须首先了解和分析厂房、电缆桥架的结构特点以及电缆的 分类方法，并对其进行合理的数学表达。 c a d m c l 系统拟采用动态存储结构完成厂房、电缆桥架的建模，动态存储结构中 叫常用的有链表、堆栈、队列等存储结构， 链表是一组元素的序列，在这个序列中每个元素总是与它前面的元素相链接 第一个元素除外) 。这种关系可通过指针来实现。图 3 - 1所示的就是一个链表。 链表中的元素通常称为节点，第一个节点称为表头，最后一个节点称为表尾，指向 表头的指针称为头指针，在这个头指针中存放着表头的地址。节点一般用纪录来描 述，描述节点的纪录至少含有两个域，一个域用来存放数据，该域的数据类型根据 要存放的数据类型而定，称为值域，另一个域用来存放下一个节点的地址，称为指 针域。表尾不指向任何节点，其指针域为 n i l 。本课题采用链表实现厂房和电缆桥 架的建模，对于堆栈和队列在此不多讨论。 he a d 2 61 5 2 81 42 8 1 5 2 8 1 6 图3 - 1链表 3 . 1厂房结构分析及其建模 厂房是确定电缆桥架位置的参考体，因此建立合理的厂房模型是桥架数学模型 表达的基础 室、汽机房 通常电厂厂房多按区域划分或者是根据桥架的集中程度划分，如集控 锅炉房等。电厂厂房的设计模型习惯上是由一系列的 柱和 列 组成，如图 3 - 2 所示 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 2 0 2 1 2 2 2 3 2 6 2 5 2 5 诸 2 6 2 7 vii i 5 0 0 0 c 40 0 0 皿 3 000 e 3 0 0 0 万 巨日 li 习 l ) 厂-月亡 ，r)一曰尸门 一山 l 口 口 口 口 /一，l 门l口口 口 l一 日l口口 巨习 es r一 门l口口口 l 口!口 口 日l1二 二i巴 3 0 0 0 3 0 0 0疙 0 0 0 3 0 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 1 2 0 0 2 5 0 0 图3 - 2厂房的局部简图 由于设计院提供的桥架设计图并未给出于电缆桥架密切相关的各节点位置的 坐标， 而只是给出了各节点相对于厂房某柱( 列) 的相对位置， 因此首先须将柱 列) 的相对坐标转化为 c a d m c l系统认可的绝对坐标，以便根据厂房的模型进一步建立 正确的电缆桥架模型。 鉴于厂房图数据结构较复杂，各柱、列之间只存在相对关系，必须设计相应的 编码技术方案，以实现厂房建模的数据要求。对厂房数据进行编码既要考虑使用人 员录入数据的方便又要考虑编码的合理性， 编码技术方案考虑用柱、列的编号、长 度、所属部分、起点坐标、点坐标等表达厂房设计模型 ( 设计图)中的信息。同时 为了系统功能更加人性化，在录入有关图纸数据时考虑了图形交互界面和图形编辑 功能 ( 删除、插入柱列、修改间距等) ，以方便快速建模。为了实现上述这些功能， c a d m c l 系统用链表形式表达所述的厂房模型，具体结构为: t y p e d r a w l i n k = d r a w n o d e ; d r a w n o d e = r e c o r d o d a t a x : i n t e g e r ; o d a t a y : i n t e g e r ; t d a t a x : i n t e g e r ; t d a t a y : i n t e g e r ; s t r : s t r i n g ; n e x t : d r a w l i n k; e n d : 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 v a r f a c t o r y : d r a w l i n k 上述结构中，s t r 代表柱列编号;o d a t a x 和 o d a t a y 代表起点坐标; t d a t a x 和 t d a t a y 代表终点坐标。 在确定厂房模型前首先应计算出厂房的整体范围并统计出要录入的列数、柱数 等信息。通过上述结构，就可以清晰地表达厂房区。 以图3 - 2 所示的厂房简图为例具体阐明厂房建模的方法。 设该厂房x 方向长度为2 2 2 0 0 m m , y 方向 长度1 7 0 0 0 m m ; 九柱六列 ( 柱、 列的编 号和间距详见图3 - 2 ) 0 首先确定厂房名称和厂房基点坐标: 设2 0 柱为基点，其坐标b a s e x = 2 0 0 0 m m , b a s e y = 2 0 0 0 m m ，其链表结构表达为: f a c t o r y . o d a t a x := 2 0 0 0 f a c t o r y . - o d a t a y : = 2 0 0 0 ; f a c t o r y 一 t d a t a x : = 2 0 0 0 f a c t o r y . t d a t a y : = 1 9 0 0 0 f a c t o r y 一 s t r : = 2 0 上述厂房模型的表达中: o d a t a x 代表2 0 柱起点坐标x , o d a t a x = b a s e x 十 2 0 柱到厂房基点距离; o d a t a y 代表2 0 柱起点坐标 y , o d a t a y = b a s e y ; t d a t a x 为2 0 柱终点坐标x , t d a t a x = b a s e x + 2 0 柱到厂房基点距离; t d a t a y 是2 0 柱终点坐标y , t d a t a y = b a s e y + 1 7 0 0 0 ; s t r 代表柱编号2 0 0 在确定2 1 柱参数时可以2 0 柱作为参考，输入 2 1 柱到2 0 柱的柱间距和柱编号 即可。这样可依次确定图3 - 2 所示广房所有九柱的模型。 确定厂房模型的列参量与柱参量的方法相似，但计算起点坐标和终点坐标的方 法有所不同。 以a 列参量为例:若a 列已经确定，为了表达清楚起见，在a 列的信息前增加 a . 以示区别，即 a . f a c t o r y 一 o d a t a x : = b a s e x a . f a c t o r y - o d a t a y : = b a s e y + o ( a 3 u 到基点的距离) a . f a c t o r y . - t d a t a x : = b a s e x + 2 2 2 0 0 ( 厂房x 方向长度) a . f a c t o r y - t d a t a y : = b a s e y + o ( a 列到基点的距离) a . f a c t o r y 一 s t r : = a 若在此基础上确定 b 列参量， 只需根据a 和b 列间距即可确定b 列的所有信息: 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 f a c t o r y . o d a t a x :=a . f a c t o r y . o d a t a x f a c t o r y 一 o d a t a y :=a . f a c t o r y . - o d a t a y + 2 0 0 0 ( a , b 列间距) f a c t o r y . t d a t a x :二a . f a c t o r y . t d a t a x f a c t o r y 一 t d a t a y : = a . f a c t o r y . t d a t a y + 2 0 0 0 ( a , b 列间距) f a c t o r y 一 s t r : = b 通过上述讨论可知，在输入厂房的基本信息 ( 基点坐标、x方向长度、 y方向 长度和柱列参量)后，输入相应的柱列编号和相邻柱列间距即可快速完成厂房的数 据建模。 需要指出:上述的数学表达只是在程序开发中出现，而 c a d m c l系统的用户实 际上面向的只是简单而直观的图形绘制界面，完全不用为熟悉以上的复杂数据结构 而烦恼。另外，考虑到即使采用了图形输入方式，在输入大量的图纸信息时也难免 会出 现错误， 因此系统增加了删除、 修改柱列间距、 插入柱列等图形编辑功能模块。 而这些功能在程序中的实现，可通过对链表中的相关数据相关信息的进一步加工处 理 自动完成。 3 . 2电缆桥架结构分析及其建模 3 . 2 . 1 电缆桥架 电缆桥架是电缆的载体，所有的电缆必须通过电缆桥架而将起点设备和终点设 备连接起来 ( 有些电缆不通过电缆桥架，直接连接起点设备和终点设备，但属于极 个别情况) 。在电厂建设过程中，电缆桥架的布置是一项很重要的工作。桥架在电 厂各部分都占有较大的空间，以主厂房为例，每一层一般都设有电缆夹层，以便将 电缆桥架集中地设置。 电缆桥架包括普通桥架和竖井两种，普通桥架是指电厂各部分中水平放置的各 电缆桥架，可以架空放置，也可以放置于地下缆沟中。竖井是专门用来敷设跨层电 缆的桥架，一般是垂直放置，两端与普通电缆桥架连接，( 例如，在主厂房的零米 层和十米层之间就有很多竖井，用来放置连接零米层和十米层设备的电缆) 。电缆 桥架的基本结构如图3 - 3 所示。 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 十米层 特征节点 竖井 零米层 图3 - 3电缆桥架局部简图 各部分电缆桥架都应有自己的标高 ( 指电缆桥架距地面的实际高度，一般用 “ 米”作为测量单位) ，这是电缆桥架的参数之一;每段普通电缆桥架中多包含有 儿层电缆托架，各种电缆就放置于电缆托架上。一般说来，同一电缆托架上应放置 相同类型的电缆，例如，第一层电缆托架上放置动力电缆，第二层电缆托架上放置 控制电缆，第三层放信号电缆等。 托架 图3 - 4桥架截面示意图 图3 - 4 是一般电缆桥架的截面示意，表达了各层电缆托架之间的关系。电缆托 架的宽度和厚度决定了托架的大小 缆桥架中的托架设计尺寸是一致的 ，也直接决定托架的电缆容量。通常，同一段电 华北电力大学( 北京) 硕士毕业论文 3 2 2 电缆 大型火电厂的厂用电缆一般可以分成五大类：动力电缆、控制电缆、信号电缆、 计算机电缆和光缆。描述电缆设计信息的数据包括：被敷设电缆的起点和终点、所 经历的路径、电缆型号、规格以及所属系统等。这些设计信息一般是通过电缆数据 清册表述的。 电缆数据清册由设计单位直接提供给施工单位，清册内包含的电缆信息，是 c a d m c l 系统所需的原始设计数据。 3 2 3 电缆桥架编码方案 实现电缆敷设计算机辅助设计和管理，必须采用科学的编码方案对有关的设计 信息进行处理。这种编码方案应可作为电缆的敷设c a d 设计和施工阶段信息处理的 通用编码，以满足c a d m c l 系统需要。 由于目前国内各电力设计院所作的电厂电缆敷设设计所采用的电缆桥架形式 及其数据表达差异较大，甚至同一设计单位所作的不同电厂电缆桥架的设计也不尽 相同，尚无统一的标准和规范可言，给c a d m c l 系统编码方案的设计带来了很大的 困难。为了解决这一问题，保证系统的通用性，首先须制定一定的处理方法，将不 同的电力设计单位设计的电厂的电缆桥架转换成规范的形式，然后再进一步实现对 电缆、电缆桥架以及相关设备属性识别的数字编码。 目前对于桥架的编码多采用两种方法：即 a ) 按段编码 b ) 按节点编码 按段编码，即将电缆桥架按一定规则分段，利用起点和终点位置确定段的位置。 按段编码虽能表达出电缆桥架每段的属性，但对于段与段之间的相互关系的表达却 很困难。 按节点编码，是指提取出电缆桥架的特征节点( 例如，三通、四通和拐弯处) ， 并确定该节点位簧以及与其相邻节点的关系。按节点编码虽可以表达桥架中各节点 间的相互关系，但对桥架属性的表达却不够清晰。二 考虑到上述两种方案各有利弊，本研究中综合应用了这两种编码方案：首先采 用首先按段编码的方法输入电缆桥架段属性的相关数据，然后在此基础上输入与节 点属性相关的数据，在输入时计算出节点之间的相互关系。这种做法虽然使数据结 构更加复杂，但采用合理的编码方案可以方便以后的计算和数据管理。其具体数据 结构表达如下： t y p e 一一 坐! ! 皇型查堂! ! ! 塞! 雯主生些堡塞 l i n k = “n o d e ： n o d e = r e c o r d m y s t r ：s t r in g ： d a t a ：t p o i n t ： m y d e c k ：i n t e g e r ： n w i d t h ：i n t e g e r ： n e x t ：l i n k ： e n d ； 其中，m y s t r 代表电缆桥架段的节点编号； d a t a 和t d a t a 代表电缆桥架段的节点坐标( d a t a x ，d a t a “y ) ： m y d e c k 代表电缆桥架某段托架的层数； n w i d t h 代表电缆桥架的宽度。 设在某主厂房的l o 米层有部分电缆桥架如图3 5 所示，以此为例说明对电缆 桥架进行编码的具体方法。 e ( 2 0 4 0 ) 柚= 2 0 b c ；2 0 c d = 2 0 = 4 0 胙= 4 0 d 图3 5 局部电缆桥架的平面图 该部分电缆桥架共包含有六段，即：a b 、b c 、c d 、d e 、e f 、f a ； a 、b 、c 、d 、 e 、f 分别为节点编号，每段桥架有3 层托架( 也可不同) ，桥架宽度均为6 0 0 m m 。 其中基点的坐标和各段的长度在图卜4 中标出。另外，还应该明确表达该部分电缆 桥架位于1 0 米层，一层托架存放的动力电缆；二层电缆存放控制电缆；三层托架 存放信号电缆。 在表达a b 段电缆桥架的位置时，利用a 、b 两点的坐标，再附加上该段电缆桥 架的其它属性信息就可明确表达出这段电缆桥架的位置。 该段电缆桥架的起点数据和终点数据为参见图3 5 。 确定节点a 的属性信息，包括：节点编号、节点坐标、节点类型( 参考图3 - 5 ， 2 0 一兰j ! 皇型查兰! ! ! 塞! 竺主兰些监兰 节点a 的节点类型序号为六，b 、c f 等以此类推) 。然后确定a b 段的段属性信息： 段长度、段宽度、层数、每层托架的厚度等，节点b 点的坐标根据a 点坐标和段长 度确定 a 点： m y s t r ：= a d a t a 5 x ：- - 2 0 d a t a y ：= 4 0 m y d e c k ：= 3 n w i d t h ：= 6 0 0 8 点： m y s t r ：= b d a t a “x ：= 由a 点坐标和桥架段的走向确定 d a t a “y ：= 由a 点坐标和桥架段的走向确定 m y d e c k ：= 3 n w i d t h ：= 6 0 0 上述链表中存储的数据只是a b 段桥架的部分信息，其余有关信息在桥架模型 输入时已直接存入数据库。节点b 的坐标是根据节点a 坐标和a b 段长度通过程序 计算得出的。 为清晰地表达节点之间的相互关系，在节点属性表( 3 4 节表3 ) 中特别增加 了上、下、左、右四个字段，用来存放两个节点相邻的节点信息。如在录入节点b 的属性信息时通过程序计算德出节点b 在节点a 的右方，在节点属性表中搜寻节点 编号为。a 的纪录，在字段右中存入节点b 的节点编号b ，而同时在节点 编号为b 纪录的字段左中存入a 的节点编号a ，这样可清楚表达两个节 点之间的关系。 这样在计算时若将以上两点的数据组合使用，即可以表达出a b 段电缆桥架的 信息。依此类推，b c 、c d 等各段电缆桥架也可以通过类似的方式进行编码。 为了使操作人员可阻方便地录入桥架数据，c a d m c l 系统首次对于桥架节点的形 式进行了归类。图3 6 所示是节点九种基本类型，其中标号从一到五的节点为特征 节点。在录入过程中，操作人员只需从这些节点类型中选取适当的形式即可表达桥 架的真实节点形式。 图3 - 6 桥架节点 2 1 华北电力大学 ( 北京)硕士毕业论文 通过上述方法，不但可以综合运用按段编码和按节点编码来表达电缆桥架的关 系，也使用户能方便的操作软件。在输入信息时，只需按段输入电缆桥架的信息， 其节点信息将由c a d m c l 系统自动整理计算得出。 3 . 3电缆的分类及其预处理 随着机组容量的增大和自 动化水平的不断提高，电厂电缆的数量和长度也相应 剧增，其中尤以控制电缆和信号电缆的增加为最快。如1 台采用d c s 的6 0 0 m w 燃煤 机组， 电缆总长度约2 0 0 0 k m ，数万根电缆。如此庞大的数据，人工重复录入逐根录 入不但要花费很长时间，且极易出现错误。因此必须寻求一种快速简捷且满足 c a d m c l 系统信息处理需要的录入和数据加工方法。 考虑到目前设计院已可提供电缆清册数据的电子文档，为成批导入原始设计数 据的成批导入提供了可能。但由于不同设计单位提供的文档格式并无标准可言，甚 至同一设计单位也会有个别格式和数据表达方式的差异。 为解决这一问题，研究中确定的技术方案是:为提高数据录入的效率，仍考虑 采用数据导入的方法将电缆快速导入数据库， 但在导入以前需要对这些电缆清册进 行预处理，即预先对电缆清册进行适当的编辑，基本要求是将电缆清册中的电缆型 号、电缆路径、起点设备等按一定的顺序排列，修改成规定的e x c e l 文档格式。在 此基础上， c a d m c l 系统设置的专用数据接口模块即可迅速的将电缆清册电子文档中 的数据转换为电缆工程数据库的数据信息，在很大程度上减少了录入原始数据的工 作量。 3 . 4数据库结构的定制 对于 c a d m c l系统所涉及的大量数据，需要建立合理的数据库结构进行管理， 以方便、可靠地为电缆的分析计算提供准确无误的数据，并且为施工过程的数据统 计分析提供方便快捷的途径。 由于 c a d m c l系统的数据源核心部分一一电厂电缆敷设数据库的建立过程考虑 得比 较完善，数据库中已包含了电缆敷设设计、管理过程所需的完整信息，并包含 了各种数据表。但为了表达及编程方便，还要对各种数据结构精确的定制，以使得 各数据表间相互的关联。 华北电力大学 北京)硕士毕业论文 3 . 4 . 1 敷设设计有关的部分数据表 1 )厂房设计数据表 在电缆敷设过程中经常要查看电缆的路径，因为整个桥架中节点众多不便查 找，另外，由于电缆施工人员的习惯是根据厂房图的柱列来确定节点和桥架的位置 的。因此，厂房图数据表用于存放厂房图的数据。在开始录入桥架图之前先要录入 厂房的一些数据，以便于确定桥架的位置，主要内容包括柱 ( 列)的起点、终点坐 标和柱 ( 列)编号等。表的结构如表 1 示: 表 1柱列表 列名数据类型 长度允许空 柱列编号 c h a r1 0 起点坐标 x i n t 4 起点坐标 y i n t 4 终点坐标 x 立 n t 4 终点坐标 y i nt 4 厂房名称 c h a r 1 0 主需 2 ) 段属性表 ( 桥架表) 用于存放电缆桥架的原始数据，该表中存放的桥架数据是以线段形式存在的 要包