一种电气三维系统照明设计方法与流程

本发明涉及电气领域，尤其涉及一种电气三维系统照明设计方法。

背景技术：

照明设计应满足工程项目在运行、维护、检修及安装时的正常照明要求，是电气工程设计的重要组成部分。传统二维设计方式，直接在二维图纸上放置照明二维图例并绘制接线图，人工计算校验压降及统计材料，存在如下诸多问题：(1)二维图例无法实现基于标准元件库进行统一管理，导致设计人员调用繁琐，大部分人工拷贝；(2)二维图例为纯粹的图形元素，没有工程属性信息；(3)设备间未建立真正的电气回路接线关系，二维连线只是示意，无法真正生成三维敷设路径以指导施工；(4)回路相关计算及压降校验全部手动完成，材料表由人工统计，难免出现失误；(5)上游专业设计出现反复变更，照明从头至尾各个环节都需要重新手动修改，无法自动更新，设计效率低下。

三维协同设计是一种全新的设计手段，是工程行业的一次技术革命。相比于二维设计，它带来一种全新的设计模式和协同状态，能够极大地提高生产力，同时为优化施工方案，指导工程施工以及为设计产品的最终交付提供了新的思路和途径。以工程数据中心为基础，研究设计施工一体化及生产管理信息化，将成为一种必然趋势。

目前，在照明设计领域，市场上没有可实现从三维建模到二维出图的一体化流程。市面上涌现的三维建模软件很多，但仅能够满足建模的要求，未形成一套完整的照明设计体系与设计环境，无法形成一套完整的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，形成一套完整成体系的照明设计解决方案，本发明提供了一种电气三维系统照明设计方法。本发明采用以下技术方案。

一种电气三维系统照明设计方法，包括以下步骤：

s1、照明设备标准模型库建立；根据不同应用领域，不同厂家创建各类照明设备模型，赋予工程属性信息；再依据设计手册关联设备的二维符号与三维模型，组建照明设备标准模型库；照明设备包括灯具、疏散指示、照明配电箱、开关和插座，所述照明设备标准模型库方便用户使用并可扩充；

s2：设备三维空间布置；参考土建专业图纸，在照明设备标准模型库中选择符合规范要求的灯具类型，进行照度计算，从而确定灯具功率及数量，实现照明设备批量布置，并生成照度计算书，为设计提供依据；

s3：三维电气回路创建；基于步骤s1和步骤s2布置好的三维模型模拟施工布线创建三维电线回路，设备间形成电气连接通路，电能从配电箱出发依次分配给用电设备，在布置照明设备的基础上创建三维电气回路；

s4：三维电气回路属性定义及计算；赋予步骤s3所创建的三维电气回路工程属性信息，计算回路容量与电流并进行压降校验；

s5、回路三维穿管模型创建及选型；基于步骤s3生成的电线回路路径创建三维穿管模型；

s6、生成二维布置图及配电箱系统接线图；基于以上步骤取得的三维设计成果绘制和更新二维布置图及配电箱系统接线图；

s7、设备材料表生成；基于定制好的报表模板统计设备材料并插入图例符号。

优选的，所述步骤s1中，所述工程属性信息包括设备默认编码、接线点数量及位置、设备插入点、厂家信息、光源类型、安装方式以及光源功率。

优选的，所述步骤s2中，所述照度计算提供单位容量和利用系数两种方法，用于计算房间所需灯具数量，计算时自动读取灯具容量、光通量以及镇流器功率参数，可生成word格式照度计算书，为设计提供依据；设备批量布置时提供自由布置、沿线布置、起止布置、矩阵布置、矩阵均布以及两点均布六种方式，供用户根据设计工况自由选择。

优选的，所述步骤s2中，基于标准模型库建立的二维符号与三维模型的关联对应关系，布置三维模型的同时在楼板上投影位置放置二维符号，三维模型用于与其他专业模型进行碰撞检查，二维符号直接用于出平面布置图。

优选的，所述步骤s2中，布置的设备类型包括参数化吊杆与吊链，自动在灯具表面与天花板之间生成多个三维吊杆与吊链模型，其长度随着灯具位置变化同步更新。

优选的，所述步骤s2中，设备布置时自动赋予其唯一编码标识，编码规则可定制；采用kks编码规则，编码由全厂码、系统码、设备分类码以及部件码四个码段组成。

优选的，所述步骤s3中，创建的三维电气回路包括正常照明、应急照明、疏散指示以及插座回路四种类型。针对不同类型回路提供多种走线规则包括沿天花板敷设、沿地板敷设以及沿墙壁敷设。

优选的，所述步骤s3中，创建三维电气回路时支持添加分支，并且同一回路可以跨楼层定义，以模拟真实线缆敷设。

优选的，所述步骤s4中，所述三维电气回路工程属性包括线路类型、回路额定电压、负荷类型、光源功率因数、照明负荷同时系数、镇流器及其附件损耗系数。

优选的，所述步骤s6中，生成系统接线图时，用户可选择不同行业模板；配电箱接线型式包括末端型与双电源供电型，回路接线型式包括正常照明回路、插座回路、备用回路以及消防强启回路。

本发明的有益效果是：本发明提供了一个全三维的设计环境，融合了三维设计有关技术、方法与标准。通过放置三维实体照明设备模型，定位更加准确并参与全专业碰撞检查；通过三维回路连线模拟真实线缆敷设及穿管生成，指导施工；通过自动生成二维照明布置图、系统接线图及材料表，大大提高了出图效率；另外，精确的定位和统计照明设备及照明线缆及穿管，设备材料统计更加精准，大大节省了建设成本。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是本发明具体实施例中单位容量法与利用系数法照度计算界面；

图3是本发明具体实施例中生成的word格式照度计算书；

图4是本发明具体实施例中灯具、三维电线及三维穿管模型；

图5是本发明具体实施例中灯具、三维电线及三维穿管模型局部放大图；

图6是本发明具体实施例中二维布置图；

图7是本发明具体实施例中配电箱系统接线图；

图8是本发明具体实施例中设备材料表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例以某水电站某厂房照明设计为例，选用bentley公司的产品microstation作为电气三维系统照明设计平台。

本实施例按照本发明的流程示意图，如图1所示，一种电气三维系统照明设计方法，包括如下操作步骤：

s1、照明设备标准模型库建立(a)，根据不同应用领域，不同厂家创建各类照明设备模型，赋予工程属性信息；再依据设计手册关联设备的二维符号与三维模型，组建标准模型库。照明设备包括灯具、疏散指示、照明配电箱、开关和插座等类型，标准模型库方便用户使用并可扩充；

本实施例中水电行业标准模型库中照明设备模型，设备种类丰富多样，完全能满足设计需求。模型库的扩充方便快捷，基于导入的三维模型，定义其接线点及相关属性如额定功率、额定电流等信息，保存在模型库中，三维模型即转化为具备工程属性信息的照明设备。模型库承担着照明设备管理功能，并方便用户查找调用需要的设备。

s2：设备三维空间布置(b)，参考土建专业图纸，在标准模型库中选择符合规范要求的灯具类型，进行照度计算，从而确定灯具功率及数量，实现照明设备批量布置，并生成word格式照度计算书，为设计提供依据；

首先根据房间类型选择合适的灯具类型，本实施例中选择工厂灯，分别采用单位容量法与利用系数法进行照度计算，界面如图2所示，选择水电站房间类型为主副厂房蜗壳层，依据水力发电厂照明设计规范nb/t35008，其功率密度规范值为5w/m2，要求照度值为30lx，框选房间计算其面积为160m2，最终计算确定房间需要布置8盏100w的工厂灯，才能满足功率密度和照度要求，生成的word格式照度计算书如图3所示。根据应用场景不同，可选择多种批量布置方式包括自由布置、沿线布置、起止布置、矩阵布置、矩阵均布以及两点均布。自由布置适用于不规则空间中单个设备的布置；沿线布置适用于沿线规则分布灯具；起止布置和两点均布适用于隧道灯的布置；矩阵布置和矩阵均布适用于规则空间中设备的批量布置。本实施例中厂房布局规则，选用矩阵布置方式，设置矩阵行数与列数以及其间间距，沿用二维设计习惯在顶视图输入其相对地板高度为5m，实现一次性布置上述计算确定的8盏灯具，布置效果图如图4所示。基于标准模型库建立的二维符号与三维模型的关联对应关系，布置三维模型的同时可选择在楼板上投影位置放置二维符号。设备布置时自动赋予其唯一编码标识，本实施例中采用kks编码规则。

灯具布置完成后，根据其安装方式，参数化创建吊杆吊链模型。自动在灯具表面与天花板之间批量创建多个三维吊杆与吊链模型，其长度随着灯具位置变化同步更新。

s3：三维电气回路创建(c)，基于步骤s1和步骤s2布置好的三维模型模拟施工布线创建三维电线回路，设备间形成电气连接通路，电能从配电箱出发依次分配给用电设备；

在布置三维照明设备的基础上创建三维电气回路，定义回路类型为正常照明、应急照明、疏散指示或插座回路。本发明为每种类型回路定制了默认的走线规则，正常照明与应急照明走天花板，疏散指示与插座回路走地板，特殊情况下可选择沿墙敷设。针对暗敷设类型回路输入埋深(埋墙、埋天花板或埋地板)，进而确定电线及穿管高程。定义回路类型后，图纸中从配电箱出发依次点选灯具及插座等照明设备，本发明支持分支回路的添加，以添加开关至回路中用于控制灯具，从而完全模拟施工布线。创建回路时，第一个设备必须为照明配电箱，分支回路中第一个设备必须为回路中已定义的灯具。针对跨楼层供电情况，供电配电箱与灯具间通过引线连接，表明电气连接通路。本实施例中采用上述方法在水电站厂房中创建了部分正常照明回路及插座回路，三维电线模型如图4所示，局部放大图如图5所示，用于指导施工。

s4：三维电气回路属性定义及计算(d)，赋予步骤s3所创建的三维电气回路工程属性信息，计算回路容量与电流并进行压降校验；

赋予三维电气回路的工程属性信息包括回路模板、照明类型(照明回路、插座回路、疏散指示以及三相进线回路)、回路额定电压、照明负荷同时系数、镇流器及其附件损耗系数、光源功率因数。回路容量与电流的计算以及压降校验采用如下公式：

(1)针对单相照明回路

pjs＝pz(1+a)(1)

其中，a为镇流器及其附件损耗系数；pz为回路中所有灯具功率和(kw)；pjs为计算功率(kw)；ijs为计算电流(a)；unx为线路额定相电压(v)；cosφ为气体放电灯的功率因数；r、x分别为线路电阻和电抗(ω/km)；l为线路长度(km)；∑ijs为通过线路的计算电流和(a)；δul为回路压降。

(2)针对单相插座回路与疏散指示回路

pjs＝pz(4)

其中，pz为回路中所有灯具功率和(kw)；pjs为计算功率(kw)；ijs为计算电流(a)；unx为线路额定相电压(v)；r为线路电阻(ω/km)；l为线路长度(km)；∑ijs为通过线路的计算电流和(a)；δul为回路压降。

(3)针对三相进线回路

pjs＝3ktpsd(1+a)(7)

其中，kt为负荷系数，psd为a、b、c三相中功率最大值(kw)；a为镇流器及其附件损耗系数；pjs为计算功率(kw)；ijs为计算电流(a)；unx为线路额定相电压(v)；cosφ为气体放电灯的功率因数；r为线路电阻(ω/km)；l为线路长度(km)；∑ijs为通过线路的计算电流和(a)；δul为回路压降。

s5、回路三维穿管模型创建及选型(e)，基于步骤s3生成的电线回路路径创建三维穿管模型，暗埋在天花板与墙体内，穿管型号基于导线外径自动选型，选型原则符合设计规范要求；

创建三维电气回路后，压降校验确定了导线芯线截面及导线外径，定义绝缘导线穿管根数后，本发明即可自动选择穿管型号，并根据电线回路路径自动创建三维穿管模型，以模拟实际施工布线，实现电线回路经过穿管按埋在天花板、地板或墙壁内。本实施例中创建的回路经穿管按埋在天花板内，三维穿管模型如图4所示，局部放大图如图5所示。

s6、二维布置图及配电箱系统接线图一键生成(f)，基于以上过程取得的三维设计成果自动绘制和更新二维布置图及配电箱系统接线图。本发明以楼层为单位，一键绘制和更新该楼层下创建的所有三维电气回路对应的二维布置图及配电箱系统接线图，参考土建专业切图，直接用于出图。本实施例中绘制的二维布置图如图6所示，绘制的配电箱系统接线图如图7所示。

s7、设备材料表自动生成(g)，基于定制好的报表模板自动统计设备材料并插入图例符号。操作过程与s6相同，以楼层为单位自动统计，本实施例中生成的设备材料表如图8所示。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。