淺析工業配電設計方式的發展
撰文 法國Trace Software公司技術工程師 陳鑫
引言
前些年，由于我國對全社會固定資產的持續投入以及招商引資的大力推動，工程設計咨詢服務行業取得了快速發展，行業隊伍素質、經營規模、經濟效益得到大幅提升。近年來，受國際油價下跌，國家產業結構調整等影響，國內工業工程設計行業進入了寒冬期，外資工程公司紛紛大規模裁員或結束在華業務，一些國內設計院、工程公司也相應裁員或解散。目前工程項目數量銳減，行業惡性競爭嚴重，業主單位為了早日實現經濟效益，對工程服務單位提出了更高要求，而絕大部分企業應對不足，依舊延續原有設計方式，通過加人加班來克服困難，設計人員苦不堪言，公司成本增加，利潤減少，惡性循環。嚴峻的市場形勢將推動企業主動尋求變革，改進設計方式已刻不容緩，將成為企業突破發展的重要一環。
1 工業配電設計方式的現狀
1.1 設計流程
工業配電設計主要包括配電系統、照明、防雷接地等。設計基本流程是：根據其他專業負荷條件進行負荷計算，確定系統形式，繪制系統圖，進行變電所/配電室布置、橋架布置及電纜敷設，可同時進行照明、防雷接地的設計，最終統計材料表。
配電系統設計是配電設計中最重要的部分，需要進行多種計算和繪制單線圖才能完成系統部分的設計，計算包括負荷計算、短路電流計算、電纜截面計算（電壓降計算、載流量的校正以及熱穩定校驗）、保護整定與靈敏度的校驗等。多種計算及繪制單線圖之間相互關聯，某項計算的結果同時是其他計算或單線圖的輸入，如通過電纜截面計算后所選電纜的阻抗為短路電流計算的輸入，短路電流同時是電纜截面計算中熱穩定校驗的輸入。配電系統設計流程如圖1所示。
圖1 配電系統設計流程
1.2 設計工具
目前，工業配電設計主要依托于AutoCAD、PDS/PMDS、Microsoft（Word/Excel）等工具進行設計。AutoCAD用來制作系統圖（單線圖）、控制原理圖、平面布置圖等；PDS/PMDS用來規劃橋架路徑、布置配電柜/箱/操作柱等，檢查布置位置是否合理，是否與其他設備管道發生碰撞；Word/Excel用來編寫設計說明、計算（負荷計算、短路電流計算、電纜截面計算等）、材料表等。
1.3 存在問題
目前計算和繪制單線圖一般采用兩種方式：①自制Excel表格和AutoCAD。自制Excel表格用來處理多種計算，AutoCAD用來繪制單線圖。②AutoCAD及插件。AutoCAD繪制單線圖的同時采用插件來進行計算。上述兩種設計方式存在以下缺點：①自制Excel表格需根據不同規范標準以及項目實際情況進行調整。如項目地點在海外，需要遵循當地的規范標準，設計人員須查閱大量當地規范及標準，耗費大量時間。②相互關聯的計算反復輸入，占用大量時間處理數據。③計算之間、計算與繪制單線圖之間無法集成，圖形中元件無屬性。若輸入數據發生變化，造成大量的重復勞動且易出錯。④無法判斷正確性且無法診斷錯誤位置。計算及繪制單線圖對設計人員的要求較高，經驗不足的設計人員無法勝任該工作。
1.4 設計方式進步緩慢原因分析
設計方式進步緩慢，依舊是耗時耗人力的設計方式為主，分析主要有以下因素：①使用習慣：習慣了傳統設計方式，不愿輕易改變工作習慣。②投入意愿小：先進的專業設計軟件需要購買，企業不愿投入這方面資金。③標桿企業未改進：很多行業標桿企業也是延續傳統設計方式，無法產生鯰魚效應，帶動整個行業發展。
2 工業配電設計方式的發展
2.1 設計方式的發展
隨著科技日新月異的進步，
配電設計方式也取得了巨大發展，出現了一些智能化、集成化的軟件。可以對電纜截面、短路電流、上下級保護配合等進行自動計算與元件選型，快速建立單線圖模型，輸出成品文件。
2.2 智能化軟件
2.2.1 SIMARIS design
SIMARIS design是西門子公司推出的針對中低壓配電系統產品應用和選型優化的軟件。適用于規劃和設計樹干式配電。軟件提供多國語言，遵循IEC標準規范，協助工程師快速可靠地完成大量的計算和設備選型工作。主要功能有短路電流計算、電壓降計算、選擇性評估、負荷計算等。軟件內置數據庫只支持西門子產品。
2.2.2 eleccalc
eleccalc是法國Trace software公司出品的配電系統設計、計算和設備選型的綜合性軟件。軟件界面與Windows軟件界面相同，多種語言可自由切換。設計范圍包括高壓進線、低壓配電直至最終負載（如電機、插座、燈具等）。軟件集成多種計算與繪制單線圖，不需要使用其他多種工具，能定制配置，建立和維護企業數據庫，通過調用數據庫的方式快捷的完成高質量的設計。內置海量的制造商產品庫，（如ABB、西門子、施耐德等）。同時集成了國際和當地規范標準，自動實時的計算和設備選型，實時發出錯誤警告和優化建議，一鍵自動生成計算報告、單線圖和材料清單。貫穿項目的整個生命周期，從最初設計、施工、調試、運行、維護直至拆除。
該軟件支持將同一項目的電氣系統與三維模型設計平臺無縫集成，支持Revit、ArchiCAD等IFC4協議的軟件數據交換。基于此功能，可根據三維模型中電氣設備的布置以及橋架電纜走向精確測量電纜長度，從而更精確的進行電纜截面計算。同時該軟件還支持導出數據至電氣原理圖設計軟件elecworks進行二次設計，也可導出數據至至eleclive云端協同共享。各平臺相互集成如圖2所示。
圖2 各平臺相互集成
2.3 設計方式的未來
隨著BIM設計的發展與推廣，設計將從設計思想的示意性二維表述轉變為模擬實現的過程。全專業、全過程BIM設計應用是設計人員從設計初始立足項目工程全局，借助BIM平臺相互協調工程項目各專業，權衡主次，模擬分析，不斷優化設計，確保時時完全對應的3D模型和2D圖紙成果和信息完整傳遞，使得設計方、施工方、業主與管理各受益方效益最大化。BIM電氣工程設計將集成所有計算和模擬，末端信息自動提取，系統自動生成，模擬照明、防雷接地等系統布置和測試，實現全專業、全過程BIM施工圖設計，直接打印出所有圖紙。在項目設計中實施BIM將極大地提高項目設計質量和效率，減少后續施工期間的洽商和返工，保障施工周期，節約項目資金。
3 結語
目前工程行業正處于重新洗牌的關鍵時期，加強修煉內功、勇于開拓國際業務的企業將會占得先機。改進設計方式、采用先進的配電設計解決方案不僅能提高工作效率，提高工程質量，優化企業人員結構，節約成本，還能增強企業軟實力，贏得更多客戶青睞。