CN110222443A - 一种基于bim的机房工程线缆排布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，包括以下步骤：步骤1，按地槽至邻排方向对机柜按由小到大的顺序进行编号，通往机房外部的洞口按照机柜编号原则参与编号；步骤2，机柜编号完成后，将最大机柜编号与最小机柜编号相减，确定机柜编号的最大差值；步骤3，计算最大允许布放的线缆数量；步骤4，整理、汇总机房所有线缆；步骤5，制定不同线径的排布顺序；步骤6，按照线缆排布依据完成所有线缆的排布。本发明通过预先根据线缆排布的交叉点进行相应的错层排布处理等，减少了线缆排布时的交叉及增加地槽内工程线缆的美观性，利用BIM技术对线缆布线工程进行三维建模，根据模型进行实施，更直观、快捷。

Description

一种基于BIM的机房工程线缆排布方法

技术领域

本发明涉及BIM应用技术领域，尤其涉及一种基于BIM的机房地槽内的线缆排布方法。

背景技术

BIM(Building Information Modeling，即建筑信息模型)具有强大的三维设计功能，具有三维可视化、协同性和信息可提取性的特点。BIM中所有的结构构件都是三维实体，提供的信息量完整，且三维显示直观并可实时观察，能很好地检测结构布置的合理性及结构细部构造特征。BIM的全面应用将大大提高建筑工程的信息化程度，对建筑相关的施工技术的进步产生巨大的影响。

在城市轨道交通、高铁、楼宇智能化领域中，机房工程是智能化系统的一个重要部分，机房建设内容多，工程量大，机房涵盖了建筑装修、供电、照明、防雷、接地、UPS不间断电源、精密空调、环境监测、火灾报警及灭火、门禁、防盗、综合布线和系统集成等技术。机房的种类繁多，根据功能的不同大致分为：计算机机房或称信息网络机房(网络交换机、服务器群、程控交换机等)，其特点是面积较大，电源和空调不允许中断，是综合布线和信息化网络设备的核心；监控机房(电视监视墙、矩阵主机、画面分割器、硬盘录像机、防盗报警主机、编/解码器、楼宇自控、门禁、车库管理主机房)是实现安防功能的重要组成部分；消防机房(火灾报警主机、灭火联动控制台、紧急广播机柜等)是实现消防功能的重要组成部分。此外，还有屏蔽机房、卫星电视机房等。

线缆敷设、绑扎是体现机房工程施工工艺的主要环节，目前行业普遍采用的施工方法是通过人工对线缆进行排布，完成线缆排布后按照排布方案进行线缆敷设及绑扎。传统线缆排布方法无法直观的看到线缆排布的位置，不能综合考虑、合理分配线缆布放空间，同时不便于对交叉部位进行优化调整；存在效率低、人工成本高、排布效果不理想等缺点，无法满足机房工程施工工艺要求。

机房工程线缆排布最理想的的排布情况如图1所示，即线缆从首端机柜设备端口按照端口排布顺序通过桥架敷设至末端机柜设备端口，且所有线缆全程无交叉，此种排布方式既能减少理线工作量，又能满足美观要求。在实际的机房工程施工中，此种排布方式几乎无法实现，原因如下：

按照设备端口排布顺序敷设线缆至末端机柜的设备端口时，若末端机柜位置分别在首端机柜两侧，或末端机柜顺序与首端设备端口排布顺序相反，则线缆会出现交叉的情况，如图2、图3所示；由于设备端口分配通常是按照专业特点或者系统需求进行分配，无法避免的会出现以上的交叉情况，因此图1排布方式属于理想情况，由机柜排布位置及设备端口分配导致在施工中无法实现。

传统线缆排布方案通常分为两种，第一种方案按照机柜顺序将机柜内的线缆全部排布完，按照此流程依次完成剩余机柜的排布，每个机柜的线缆分配独立的排布空间。此方案不能充分、合理的利用地槽或走线架内空间，线缆排布松散、外观凌乱，无法满足机房工程的工艺要求；施工前没有合理的方法检查方案是否存在交叉，排布思路取决于技术人员自身经验，缺乏系统性的排布依据。

第二种方案针对每一排机柜，将本排机柜相关的线缆分为同排线缆、至相邻第一排线缆、至相邻第二排线缆……按照从上至下、从左至右的原则依次对以上分类的线缆进行排布。此方案较第一种方案空间利用率更高，外观紧凑，合理的分类思路易于被施工人员理解。但与第一种方案相同，存在缺少有效检查交叉的方法，主要依靠技术人员的排布经验；此外，该方案产生的交叉难以调整，由局部的交叉导致方案的反复修改，耗费大量的时间、精力后仍旧无法得到较为合理的排布方案。

为了合理的利用排布空间，在地槽或走线架的同一断面上需要提前规划放置的线缆列数，通过增加列数的方法降低线缆的整体高度，达到充分利用排布空间的目的，增加列数容易导致交叉部位增加，因此需要提前对线缆进行筛选、分类，在增加列数的同时避免产生交叉，这对于依靠技术人员排布经验的传统线缆排布方案来说是无法实现的。

设备端口的分配方式决定了排布成百上千甚至更多的线缆时，无可避免的会产生线缆交叉。在施工过程中，为了达到布局合理、工艺美观、最大程度利用排布空间的目的，需要适当的方法来处理线缆交叉。

为了合理的处理线缆交叉，一方面需要有效的方法尽可能减少交叉的数量，如分层排布；另一方面，需要找到合适的部位用来存放线缆交叉。

对于机房工程来说，机柜内部及设备配线无疑是体现施工工艺的重要部位；地槽或走线架内的线缆排布同样是施工工艺的重要内容，因此交叉只能存放于机柜底座内。

对于地槽或走线架内的线缆交叉，将两根相交的线缆分层布放是常用的方法，尽管是在地槽或走线架内解决线缆交叉，但实质上还是通过将交叉存放于机柜底座内来达到解决交叉的目的。需要注意的是，对产生交叉的线缆进行移动来解决的方法，本质上是将交叉从此处移动至其他部位，局部看交叉解决了，整体上看交叉依旧存在。

针对传统线缆排布中存在的问题，亟需一种针对性的技术方法或手段，提出明确、科学的线缆排布依据及施工方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，通过预先根据线缆排布的交叉点进行相应的错层排布处理等，减少排布时线缆的交叉及增加地槽内工程线缆的美观性。

为了实现解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案，一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，包括以下步骤：

1)根据机房线缆具体施工要求，整理、汇总线缆相关信息，所述相关信息包括线缆种类、数量、线径、机柜始末端编号；

2)制定线缆排布方案，具体包括：

步骤1，按地槽至邻排方向对机柜按由小到大的顺序进行编号，通往机房外部的洞口按照机柜编号原则参与编号；机柜根据实际施工图纸进行位置的确定；

步骤2，机柜编号完成后，将最大机柜编号与最小机柜编号相减，确定机柜编号的最大差值；

步骤3，根据同断面、同层理线器数量确定每层排布空间最大允许布放的线缆数量，计算如下：式中，S为同直径线缆在同断面每层可布放的最大线缆数量，取整数；a为单块理线器能够容纳的最大线缆数量，取整数；n为同断面、同层理线器总数；

步骤4，整理、汇总机房所有线缆，每根线缆注明首端机柜、末端机柜、首末端机柜编号、线缆型号，根据专业要求划分强、弱电线槽，记录各型号线缆的线径，按照每根线缆首末端机柜编号差值的绝对值从大至小进行排序；

步骤5，根据专业特点及需求制定不同线径的排布顺序；

步骤6，按照线缆排布依据完成所有线缆的排布：优先排布通过洞口通往机房外部的所有线缆，按照线径排布顺序，同线径线缆按照首末端机柜编号差值从大到小依次排布线缆，直至完成通过洞口的所有线缆；

除通过洞口通往机房外部的线缆外的剩余线缆，按照线径排布顺序逐类排布；同线径线缆排布时，线缆从最底层开始依次往上逐层排布，每层按照首末端机柜编号差值从大至小逐根排布；判断当前排布的线缆是否会与上一根线缆发生交叉，若交叉则将当前线缆排布至下一层，重复此步骤直至排布数量达到最大允许排布的线缆数量；余下的空间依据一定条件排布小差值线缆，在满足一定条件下同层中所有线缆差值总和最大的排布方案即为该层最优排布方案。重复此步骤直至完成此种线径所有线缆的排布。

3)按照所述线缆排布方案，录入线缆相关信息，建立机房、设备及线缆的三维模型，三维模型如实反映机房工程实体；

4)使用BIM软件碰撞检测功能对步骤3)得到的三维模型进行碰撞检测，并输出碰撞检测结果；

5)根据步骤4)输出的碰撞检测结果，以线缆排布方案为依据重新排布交叉部位线缆，对步骤3)得到的三维模型进行调整、优化，直至碰撞检测结果显示未检测到冲突，最终输出排布合理、无线缆交叉的三维模型；

6)导出线缆、理线器等模型材料明细表，得到工程量、材料计算结果；

7)根据步骤6)得到的工程量、材料计算结果对机房工程进行成本估算及施工中人工、材料的配置；

8)根据步骤4)输出的三维模型对施工人员进行技术交底；

进一步的，所述步骤3)中建立三维模型的采用直接建模和图纸转换再调整建模方式；

进一步的，所述步骤4)输出的三维模型与机房工程包含的实物具有一对一的对应关系，由技术人员将施工过程、人员、材料进场日期等施工信息添加到对应的模型之中。

进一步的，所述步骤8)技术交底具体可使用BIM软件的漫游功能、三维显示功能，或通过连接VR设备进行查看，使三维模型具有可视化，更为直观，提高工作效率。

线缆排布依据：

所有机柜依次从左至右、从上至下进行编号。通过观察可以发现，所有无交叉的线缆都可以视为用一根线缆完全的“包围”另一根线缆，此时机柜、线缆组成一个闭合的环，如图4所示。在发生交叉的情况下，机柜、线缆将会组成两个相交的闭合环，交点即为线缆排布的交叉点，如图5所示。由此可得出无交叉线缆排布均满足的一个条件：

Ⅰa≤Ⅱc<Ⅰb≤Ⅱd (式二)，

两根线缆不发生“包围”关系时，同样也存在互不交叉的情况，如图6所示。由此可得出以下条件：

Ⅰa<Ⅰb≤Ⅱc<Ⅱd (式三)

上述式二、式三中，Ⅰ-编号为Ⅰ的线缆，Ⅱ-编号为Ⅱ的线缆，a-线缆Ⅰ的首端机柜，b-线缆Ⅰ的末端机柜，c-线缆Ⅱ的首端机柜，d-线缆Ⅱ的末端机柜；

满足式三的同时还需满足以下条件：

C_Ⅰ+C_Ⅱ≤C_max (式四)

式中Ⅰ─编号为Ⅰ的线缆；

Ⅱ─编号为Ⅱ的线缆；

C_Ⅰ─线缆Ⅰ的首端机柜编号a、末端机柜编号b的差值；

C_Ⅱ─线缆Ⅰ的首端机柜编号c、末端机柜编号d的差值；

C_max─机房内机柜首、末端编号的最大差值；

当C_Ⅰ+C_Ⅱ＞C_max时，会产生如图7所示的交叉情况。

式一可用于判断需要排布的线缆相互之间是否会产生交叉，以式一为依据可筛选出需要错层排布来避免交叉的线缆；通过式二可知多种不同长度的线缆可排布在同层空间且互不交叉，以式二为依据可制定更为合理的同层线缆排布方案，最大程度的利用线缆排布空间。

同时，式一、二还为线缆排布方案提供了整体排布思路，即每一层空间优先排布长度最长的线缆，余下空间用较短长度的线缆进行组合。此种排布方式的目的有两点：一是使优先排布的线缆尽可能多的“包围”后续排布的线缆，避免交叉；二是减少为了增加高度而架空的理线器，减少理线器的使用数量、节约成本。

本发明提供的这种一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，提出了可用于机房工程线缆排布的理论依据，以制定机房工程线缆排布方案，预先根据线缆排布的交叉点进行相应的错层排布处理等，减少线缆的交叉增加地槽内工程线缆的美观性；通过本发明提出的线缆排布方法可形成机房工程线缆排布的通用制定流程，解决传统线缆排布方法完全依赖个人经验、缺少合理依据的问题；利用模型进行技术交底、施工、检查和验收，具有直观、快捷的特点，可大大提高机房线缆施工工作的效率，增强施工过程的可控性。

附图说明

图1为理想状况下的线缆排布示意图；

图2为线缆交叉情况一示意图；

图3为线缆交叉情况二示意图；

图4为线缆无交叉情况一示意图；

图5为线缆发生交叉示意图；

图6为线缆无交叉情况二示意图；

图7当C_Ⅰ+C_Ⅱ＞C_max时产生的交叉情况示意图；

图8为机柜编号示意图；

图9为流程示意图；

图10为采用本发明施工后线缆排布示意图；

图11为三维模型进行碰撞检测图；

图12为模型材料明细表输出图一；

图13为模型材料明细表输出图二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参见流程图，一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，参见图9，包括以下步骤：

1)根据机房线缆具体施工要求，整理、汇总线缆相关信息，所述相关信息包括线缆种类、数量、线径、机柜始末端编号；

2)制定线缆排布方案，具体为：

(1)按地槽至邻排方向对机柜按由小到大的顺序进行编号，如图8所示，通往机房外部的洞口按照机柜编号原则编号；

(2)机柜编号完成后，将最大机柜编号与最小机柜编号相减，确定机柜最大差值。

(3)根据同断面、同层理线器数量确定每层排布空间最大允许布放的线缆数量。计算公式如下：

式中，S-同直径线缆在同断面每层可布放的最大线缆数量，取整数；a-单块理线器能够容纳的最大线缆数量，取整数；n-同断面、同层理线器总数；

比如单块理线器能够容纳的最大线缆数量为12根，该层理线器共3块，因此同断面每层布放的最大数量为36根。

(4)整理、汇总机房所有线缆，注明首端机柜、末端机柜、首末端机柜编号、线缆型号。根据专业要求划分强、弱电线槽，记录各型号线缆的线径，按照首末端机柜差值的绝对值从大至小进行排序。

(5)根据专业特点及需求制定不同线径的排布顺序。

(6)为了满足施工工艺要求，优先排布通过洞口通往机房外部的所有线缆，按照线径排布顺序，同线径线缆按照首末端编号差值从大到小依次排布线缆，直至完成通过洞口的所有线缆。

(7)除洞口外的剩余线缆，按照线径排布顺序逐类排布。同线径线缆排布时，线缆从最底层开始依次往上逐层排布，每层按照首末端机柜编号差值从大至小逐根排布。根据式Ⅰa≤Ⅱc<Ⅰb≤Ⅱd判断当前排布的线缆是否会与上一根线缆发生交叉，若交叉则将当前线缆排布至下一层，重复此步骤直至排布数量达到最大允许排布的线缆数量；余下的空间依据式Ⅰa<Ⅰb≤Ⅱc<Ⅱd排布小差值线缆，在满足式C_Ⅰ+C_Ⅱ≤C_max及式Ⅰa<Ⅰb≤Ⅱc<Ⅱd的条件下同层中所有线缆差值总和最大的排布方案即为该层最优排布方案。重复此步骤直至完成此种线径所有线缆的排布，地槽内线缆排布效果图见图10，图中1为机柜，2为线缆，3为理线器，4为地槽。

3)利用BIM软件Autodesk Revit按照所述线缆排布方案，录入线缆相关信息，建立机房、设备及线缆的三维模型，三维模型如实反映机房工程实体；

4)使用BIM软件碰撞检测功能对步骤3)得到的三维模型进行碰撞检测，并输出碰撞检测结果，参见图11；

5)根据步骤4)输出的碰撞检测结果，以线缆排布方案为依据重新排布交叉部位线缆，对步骤3)得到的三维模型进行调整、优化，直至碰撞检测结果显示未检测到冲突，最终输出排布合理、无线缆交叉的三维模型；

6)导出线缆、理线器等模型材料明细表，得到工程量、材料计算结果，参见图12、图13；

7)根据步骤6)得到的工程量、材料计算结果对机房工程进行成本估算及施工中人工、材料的配置；

8)根据步骤4)输出的三维模型对施工人员进行技术交底，具体可使用BIM软件的漫游功能、三维显示功能，或通过连接VR设备进行查看；

9)步骤4)输出的三维模型与机房工程包含的实物具有一对一的对应关系，由技术人员将施工过程、人员、材料进场日期等施工信息添加到对应的模型之中。

本实施例步骤3)中建立三维模型的采用直接建模和图纸转换再调整建模方式，具体为：

将机房平面布置图进行简化处理，删除图中多余的注释、尺寸、图纸说明、图标等内容，保留轴网、建筑、机柜、地槽等部分，修改图纸单位，保证CAD图与Revit模型单位一致。将CAD图导入至Revit中；

在建立机房工程模型前，需要完善建模所需的族库。Rveit包含系统族、内建族、标准构建族。建筑模型可使用系统族中墙、柱、楼板等。由于地槽通常根据机房情况进行定制，弯通、三通等地槽配件为非标准件，与系统族中的电气桥架及配件尺寸不一致，因此可使用内建族进行绘制。Revit自带构件库供用户使用，对于构件库中缺少的构件，例如理线器、机柜底座等，自行绘制模型；

使用系统族的墙、柱、楼板等模型按照导入至Revit的CAD图进行绘制，尺寸与CAD图保持一致；

按照机房平面布置图将机柜、底座、理线器等构件进行绘制，位置、尺寸与CAD图保持一致；

按照机房平面布置图使用内建族绘制地槽模型，地槽模型应与实际加工的地槽实物一致；

按照制定好的线缆排布方案依次绘制线缆模型，直至全部线缆绘制完毕，线缆的直径需提前测量，直径、名称与线缆实物保持一致。

本实施例采用的一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，提出可用于机房工程线缆排布的排布依据，以制定机房工程线缆排布方案。通过本发明提出的线缆排布方法可形成机房工程线缆排布的通用制定流程，解决传统线缆排布方法完全依赖个人经验、缺少合理依据的问题；可避免因排布方案不合理导致的现场返工、材料浪费，在施工过程中可降低人工成本、返工次数，缩短施工周期、节约经济成本等有益效果。经济效益如下表。

名称	本发明	传统方法
			时间(小时)	388	540
理线器数量	2485	2849
			返工次数	较少	多

本发明线缆排布方法有效施工时间缩减为传统方法的71.9％(减少152小时)，理线器数量缩减为传统方法的87.2％(减少364片)；同时具备合理的线缆排布方案制定原则，可避免因排布方案不合理引起的返工。本发明还可以以BIM模型为基础，弥补传统施工工法缺少的算量、交叉检测、VR展示、施工模拟动画等功能，将模型的应用从三维模拟延伸至算量、交叉检测等方面，做到与施工相融合。

Claims (8)

1.一种基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据机房线缆具体施工要求，整理、汇总线缆相关信息，所述相关信息包括线缆种类、数量、线径、机柜始末端编号；

2)制定线缆排布方案，具体包括：

步骤1，按地槽至邻排方向对机柜按由小到大的顺序进行编号，通往机房外部的洞口按照机柜编号原则参与编号；

步骤2，机柜编号完成后，将最大机柜编号与最小机柜编号相减，确定机柜编号的最大差值；

步骤3，计算最大允许布放的线缆数量；

步骤4，整理、汇总机房所有线缆；

步骤5，制定不同线径的排布顺序；

步骤6，按照线缆排布依据完成所有线缆的排布；

3)按照所述线缆排布方案，录入线缆相关信息，建立机房、设备及线缆的三维模型，三维模型如实反映机房工程实体；

4)使用BIM软件碰撞检测功能对步骤3)得到的三维模型进行碰撞检测，并输出碰撞检测结果；

5)根据步骤4)输出的碰撞检测结果，以线缆排布方案为依据重新排布交叉部位线缆，对步骤3)得到的三维模型进行调整、优化，直至碰撞检测结果显示未检测到冲突，最终输出排布合理、无线缆交叉的三维模型；

6)导出线缆、理线器等模型材料明细表，得到工程量、材料计算结果；

7)根据步骤6)得到的工程量、材料计算结果对机房工程进行成本估算及施工中人工、材料的配置；

8)根据步骤4)输出的三维模型对施工人员进行技术交底。

2.根据权利要求1所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述步骤3具体为根据同断面、同层理线器数量确定每层排布空间最大允许布放的线缆数量，计算如下：式中，S为同直径线缆在同断面每层可布放的最大线缆数量，取整数，a为单块理线器能够容纳的最大线缆数量，取整数，n为同断面、同层理线器总数。

3.根据权利要求2所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述步骤4具体为每根线缆注明首端机柜、末端机柜、首末端机柜编号、线缆型号，根据专业要求划分强、弱电线槽，记录各型号线缆的线径，按照每根线缆首末端机柜编号差值的绝对值从大至小进行排序。

4.根据权利要求3所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述步骤6具体为：优先排布通过洞口通往机房外部的所有线缆，按照线径排布顺序，同线径线缆按照首末端编号差值从大到小依次排布线缆，直至完成通过洞口的所有线缆；除洞口外的剩余线缆，按照线径排布顺序逐类排布；同线径线缆排布时，线缆从最底层开始依次往上逐层排布，每层按照首末端机柜编号差值从大至小逐根排布；根据公式一判断当前排布的线缆是否会与上一根线缆发生交叉，若交叉则将当前线缆排布至下一层，重复此步骤直至排布数量达到最大允许排布的线缆数量；余下的空间依据公式二排布小差值线缆，在满足公式二的条件下同层中所有线缆差值总和最大的排布方案即为此层最优排布方案；重复此步骤直至完成此种线径所有线缆的排布，所述的公式一和公式二分别为：

Ⅰa≤Ⅱc<Ⅰb≤Ⅱd (式二)，

Ⅰa<Ⅰb≤Ⅱc<Ⅱd (式三)，

上述式二、式三中，Ⅰ-编号为Ⅰ的线缆，Ⅱ-编号为Ⅱ的线缆，a-线缆Ⅰ的首端机柜，b-线缆Ⅰ的末端机柜，c-线缆Ⅱ的首端机柜，d-线缆Ⅱ的末端机柜。

5.根据权利要求4所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述线缆差值总和最大即满足公式二的同时还需要满足式四，C_Ⅰ+C_Ⅱ≤C_max (式四)，式中，Ⅰ─编号为Ⅰ的线缆；

Ⅱ─编号为Ⅱ的线缆；

C_Ⅰ─线缆Ⅰ的首端机柜编号a、末端机柜编号b的差值；

C_Ⅱ─线缆Ⅰ的首端机柜编号c、末端机柜编号d的差值；

C_max─机房内机柜首、末端编号的最大差值。

6.根据权利要求5所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述步骤3)中建立三维模型的采用直接建模和图纸转换再调整建模方式。

7.根据权利要求6所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述步骤4)输出的三维模型与机房工程包含的实物具有一对一的对应关系，由技术人员将施工过程、人员、材料进场日期等施工信息添加到对应的模型之中。

8.根据权利要求7所述的基于BIM的机房工程线缆排布方法，其特征在于，所述步骤8)技术交底具体可使用BIM软件的漫游功能、三维显示功能，或通过连接VR设备进行查看，使三维模型具有可视化，更为直观，提高工作效率。