太陽光発電所向け最適化されたケーブル敷設および配線施工技術：BIMを基盤とするアプローチ
1 太陽光発電所のケーブル敷設および配線工法に関する研究
1.1 データ収集
ケーブル敷設のBIMモデルを構築する前に、関連する設備仕様の詳細なパラメータ、建設に使用される材料、現場条件を深く理解し、モデル構築の正確性を向上させる必要があります。BIMモデルが実際に建設現場の状況を正確に反映できるようにするためには、主要な設備の具体的な技術パラメータを正確に収集し入力することが核心となります。これらには、ケーブルトレンチの正確な寸法、配電盤の詳細な仕様、ケーブルの外径寸法、ワイヤースロットの具体的なパラメータなどが含まれます。これらのパラメータとケーブルモデルとの関係は以下の規則に従うべきです：
この式において、P は主要なパラメータの集合体、I はケーブル敷設モデルの精度、f は P を I にマッピングし、g は調整関数です。正確なパラメータ取得は、後続のモデル構築と実用性に直接影響します。データ収集段階では、装置のパラメータは密接に関連しており、単一の装置のデータが変化すると連鎖反応を引き起こす可能性があるため、関連するパラメータの適時調整が必要です。したがって、データ収集段階では、現場の状況に基づいて戦略を柔軟に調整し、データの一貫性と正確性を確保します。
1.2 ケーブルモデルの構築
建設において、導体は被覆されてケーブルを形成します。ケーブルを装置端子に接続するためには、ケーブルの端にコネクタを設置します。ケーブルの幾何学的モデルは、中心線上で断面をスキャンして得られる包絡面です。断面を円（半径r）に簡略化し、R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s))を使用して中心線S上の局所座標系を定義します。ケーブルの幾何形状はパラメトリック方程式によって正確に表現され、包絡面の構築を説明します。
この式において、W は局所境界行列、C(s) はグローバル座標定位点、M(s) は回転変換行列を表します。この式に基づいて構築されたケーブル幾何モデルは図1に示されています。
図1において、破線Sはケーブルの中心軸を明確に示しています。S上の特徴点をノードqとして取り、そこで局所座標系Rを構築して断面の方向特性を記述します。具体的には、d1（主法線方向の単位ベクトル）は断面の主法線の向きを定義し、d2（d1に垂直な副法線方向の単位ベクトル）は方向の詳細な説明を補完し、d3（Sに沿った接線方向の単位ベクトル）はqでのケーブルの延長傾向を示します。qでの断面は半径r0の円と仮定し、方向ベクトルとともに完全な幾何学的モデルを形成し、その後のケーブルインスタンス分析のために使用されます。
図2に示すように、ケーブルインスタンスは4つの頂点v1～v4によって定義され、これを3つのセグメントl1: v1～v2; l2: v2～v3; l3: v3～v4に分割し、v1とv4がエンドポイントとなります。各セグメントについて、その位置/長さに基づいてS上で断面の方向特性と形状が決定され、幾何学的モデルにより決定されます。よって、セグメントl1～l3は断面C1～C3に対応し、これらが組み合わさってケーブルの幾何学的表現を形成します。
1.3 ケーブル敷設
図1と図2の詳細を統合することで、ケーブルの幾何学的モデリングとセグメンテーションの特徴を正確に把握することができます。モデルは中心軸、断面形状、方向属性などの主要な幾何要素を正確に描き出し、細分化による深いケーブル分析を可能にし、効率的な敷設の理論的基盤を提供します。
敷設前の準備として、モデルに基づいてさまざまな仕様のケーブルの総長を算出します。ケーブルタイプ別にデータを標準化した表に整理し、建設に必要な正確な情報とガイドラインを提供します。敷設方法としては、本プロジェクトでは直埋めを採用し、専門性と効率性を確保します。
ケーブルトレンチ内で敷設する際には、ケーブルの曲げ半径が制限内に収まるように均一な砂または細かい土のクッションを配置します。電動ウィンチを使用して牽引します。多芯ケーブルを敷設する際には、曲率半径の制限を厳格に遵守します：
この式において、rmin はケーブルの安全な曲げ限度を表し、cr はケーブルの最小安全な曲がり半径を表します。ケーブル敷設作業が完了したら、品質検査部門に対して正式に隠蔽工程の検査申請を行う必要があります。検査手続きが成功したら、ケーブルの上下両側に細かい土を均等に敷き詰めて保護層を作り、その後ケーブルカバーで覆います。また、ケーブルルートを計画する際には、可能な限り配線可能な障害物の表面に近づけることが優先されます：
この式において、qi はケーブルパス中心線上の特定のノード、OS は障害物表面ノード、Rr はケーブル半径、Inter dis は最短距離を表します。背土する前に、すべての隠蔽工程が標準を満たしていることを確認し、その後背土を圧縮して密度と安定性を確保し、仕様に準拠します。
圧縮後に、重要な位置（ケーブルの交差点、接続点、曲がり角）に方向表示杭を埋設します。ケーブルを麻で保護します。直埋ケーブルが建物を通る場合、屋外-屋内の管の高さの違いをチェックし、必要に応じて防水処理を行って敷設の安全性を確保します。
1.4 ケーブル配線
太陽光発電所の建設における重要なリンクであるケーブル配線は、厳格な仕様と手順に従って行われなければならず、安定かつ信頼性が高く安全な電気接続を確保する必要があります。
まず、完全かつ適格な工具（ワイヤーストリッパー、圧着ペンチ、絶縁スリーブ、端子、絶縁テープ）と材料を準備します。ケーブルが設計仕様を満たし、品質チェック（損傷なし、絶縁が完全）を通過していることを確認します。
配線の前に、ケーブルを正確に剥離します：ワイヤーストリッパーを使用して端子の要求に応じて外部被覆と内部絶縁を除去し、導体を露出させます（バリや酸化物を取り除きます）。導体の断面積と配線の要件に基づいて適切な端子を選択します。式は以下の通りです：
この式において、T は端子の種類、A はケーブル導体の断面積、R は配線パラメータ、S はマッピング関数を表します。圧着ペンチを使用して導体と端子をしっかりと圧着し、緩みや不良接触がないことを確認します。配線時には、設計図と仕様に厳格に従って圧着した端子を装置の端子に正確に接続し、堅牢さを確保します。
多芯ケーブルの場合、色や番号を合わせて誤接続を避ける必要があります。配線後には、絶縁スリーブやテープで接続部を巻き、絶縁性を強化し、湿気や塵の侵入を防ぎます。結論として、ケーブル配線は太陽光発電所の建設において極めて重要であり、品質と安全性を確保するために厳格な仕様に従う必要があります。これにより、安定した運用のための堅固な基礎が築かれます。
2 実験分析
提案された太陽光発電所向けのケーブル敷設および配線技術の有効性と実現可能性を検証するために、伝統的な方法と比較しました。
2.1 実験対象
実験はMATLABを使用して経路計画シミュレーションを行い、実験室条件下で実施されました。20の標準化されたケーブル敷設および配線タスクを選択し、4つのグループ（各5タスク）に分け、統計的分散によるランダムエラーの削減と結果の安定性を高めました。
2.2 実験準備
ハードウェアは500GBのストレージ、32GBのメモリ、Windows 10を搭載したコンピュータです。これらの機器はデバッグと最適化を行い、安定した動作を確保し、実際の状況を正確にシミュレートして信頼性のある結果を得るために使用しました。
2.3 実験結果と分析
提案された方法と他の3つの方法を比較し、結果は表1に示されています。
3 結論
表1のデータ分析から、提案されたケーブル敷設および配線ソリューションが顕著な利点を持つことがわかりました。その経路設計（約50m）は、方法1、2、3よりもそれぞれ40m、45m、50m短いです。これは効率的な経路計画だけでなく、太陽光発電所プロジェクトにおける大きな適用可能性も示しており、電力産業にとって貴重な参考となるでしょう。
本論文では、太陽光発電所のケーブル敷設および配線についてBIMモデリングを使用して効率と安全性を向上させることを探索しました。実験結果は、提案された方法が伝統的な方法よりも経路計画において優れていることを示し、長さを短縮し品質を向上させています。これにより、太陽光発電所の建設を支援し、持続可能な産業発展を推進します。
将来、スマート建設とビッグデータを統合することで、これらの技術はよりスマートで効率的になり、グリーンで低炭素の電力産業を促進します。さらに多くの革新により、プロセスを最適化しコストを削減し、世界的なエネルギー構造をアップグレードすることが期待されます。
