三維設計軟件在核電工藝管道設計中的應用

張戀

（山東 海陽 265118）

1 概述

AP1000是當今世界第三代核電的主力堆型之一，也是我國引進反應堆技術并進行國產化依托的堆型，自主設計也是主要國產化目標之一。核電廠的設計是一項極其龐大的系統(tǒng)工程，要想優(yōu)質高效的完成設計就必須有先進的設計手段。相對于手工繪圖和計算機二維繪圖方法，三維繪圖本質的特點在于其以實體造型為基礎，形成的是三維模型，設計人員在虛擬的空間環(huán)境中進行設計，能夠清晰地觀察各模型之間的空間關系。核電廠工藝管道的設計具有工程大、接口多、精度要求高等特點，應用PDMS三維設計軟件進行設計，可有效解決管道施工中與其他各專業(yè)間的碰撞等問題，從而大大提高核電工藝管道設計的準確性和有效性。

2 PDMS三維設計軟件介紹

VANTAGE PDMS，即工廠三維設計管理系統(tǒng)，是在計算機上創(chuàng)建全比例三維模型的軟件，是以數(shù)據為中心產生圖形，其內涵是幾何信息加屬性，最終表現(xiàn)成果為圖紙和報表以及對最終三維模型附加的各種渲染和漫游。它是一體化多專業(yè)集成布置設計數(shù)據庫平臺，可用于以管道詳細設計為核心的工廠設計，包括設備、土建結構、暖通、電纜橋架等各專業(yè)詳細設計，可實現(xiàn)各專業(yè)間的充分聯(lián)動，在一個統(tǒng)一的平臺上進行設計操作。該軟件在功能性、易用性、先進性、開放性、協(xié)同性和普及性方面都極具優(yōu)勢，其主要功能包括結構功能、設備建模和布置功能、管道布置功能、支吊架功能、碰撞檢查功能和動態(tài)模擬功能等。

3 PDMS三維設計軟件在核電廠工藝管道設計中的應用方法和優(yōu)勢

3.1 建立管道元件庫

三維設計材料元件數(shù)據庫的建立是工藝管道三維建模的基礎，首先將核電建設中常用的各種標準件（如：三通、管帽、閥門、大小頭、彎頭等）按照不同的等級標準進行建模并放在元件庫里，然后再通過不同的等級建立等級庫、特性庫，最后將兩庫通過等級或特性關聯(lián)起來，在建模過程中可以隨時通過等級來調用庫里的模型來建模。在建模的過程中，按照標準和需要，全面綜合考慮元件在建模過程中的屬性應用，設置好元件的屬性，如元件標準、等級、材料等。

3.2 三維建模

核電廠的管道布置設計是在設備布置基礎上進一步按照工藝流程要求通過圖紙（或三維模型）來表示管道位置、走向、支承等，并滿足管道強度、剛度的要求，滿足操作、維護、消防的要求等，最后給出管道及元件的用量。管道建模是PDMS中最強大的功能之一，它可以提高設計質量，嚴格控制材料，并最大可能地避免設計錯誤的產生。應用PDMS進行管道設計有以下幾步：

3.2.1 確定管線的起點和終點

管道布置設計的第一步就是根據系統(tǒng)流程圖確定管線的起點和終點，然后在PDMS三維模型中根據此介質流向，定義管道的起點和終點（PDMS稱之為Head和Tail）。

3.2.2 篩選出相應范圍的各專業(yè)模型

管道布置設計人員應與土建、機械設備、電氣、暖通空調、施工工藝和安全技術等專業(yè)設計人員協(xié)同合作。各專業(yè)模型的建立及固化，為管道布置設計提供了必要的前提條件。在進行布置設計的過程中依次在PDMS中調出各個專業(yè)的模型，根據管道布置原則進行從起點到終點的布置，實現(xiàn)現(xiàn)場空間的合理定位。

3.2.3 進行管線走向布置

在PDMS中定義好起點、終點之后，即可進行管線的鋪設，首先按照管道等級選擇并生成管件，然后指定管件位置和方向，即可進行管道布置設計。

良好的管道走向應規(guī)則整齊，建設費用最低，運行起來安全可靠。在三維模型中進行管道走向的布置，可充分實現(xiàn)路徑的優(yōu)化，快速準確地確定管道走向。管道走向的布置應滿足工藝、多專業(yè)協(xié)同設計、經濟性、美觀等要求，應用PDMS軟件可以快速高效地實現(xiàn)這些要求。

（1）滿足工藝要求

多路管道的布置應對稱，不能使各路介質互相干擾或發(fā)生偏流；另外，存在兩相流動的管道，宜先垂直走向，后水平布置，且應短而直。利用PDMS三維模型進行管道布置時，可以將這些要求直觀清晰地反映在模型中，增加管道的立體性，提高了布置的效率和準確率。

（2）滿足多專業(yè)協(xié)同設計的要求

核電廠的建造是一個龐大工程，在一個項目的三維模型中，各種專業(yè)實體種類繁多、數(shù)量巨大，在PDMS中進行管道的布置應與各個專業(yè)之間密切配合，避免與各個專業(yè)產生碰撞，利用三維模型設計可以充分地實現(xiàn)路徑的優(yōu)化。例如，當管線布置需要穿過土建墻時，在三維模型中可以清晰地看出孔洞的信息，避免未穿預留孔洞而直接穿墻的情況；當管線端點需要與設備連接時，在三維模型中可以查找相應的設備定位信息和設備接口信息，將管線端點準確地與設備連接；當管線布置與電氣主托盤布置相沖突時，在三維模型中進行合理的避讓。

碰撞檢查是PDMS軟件在工藝管道設計中的一個重要應用，通過碰撞檢查可以在設計時直觀地發(fā)現(xiàn)管道布置的錯誤，減少設計碰撞，從而在設計階段即為施工贏得效率。在PDMS中，除了同一設備的兩個基本元件之間碰撞、相連的管道部件之間的碰撞及相連的管道部件和管嘴之間的碰撞，各種基本元件、管道部件或鋼結構部件之間的碰撞通常都會得到報告；另外，在進行管道布置的同時，按下主菜單右邊的Auto Clash按鈕，即可檢查空間占有表中所有的模型與當前模型的碰撞情況，從而在布置的同時即可進行調整。

（3）滿足可操作的要求

管線的布置應確保人員操作的可行性和方便性，留出人員通行和操作空間，避免穿過人行通道，不妨礙操作、檢查以及設備檢修；并排的法蘭和閥門應相互錯開以便操作，并減少間距以節(jié)省空間，操作點應集中設置。在PDMS三維模型中進行管道設計可以隨時對管道布置中影響操作的參數(shù)進行調整，確保閥門法蘭的操作空間和管道設備的檢查和檢修空間。

（4）滿足經濟美觀的要求

根據經濟性原則，兩點的距離在空間允許的條件下應最短，以節(jié)約材料；根據美觀性原則，多段管道在一起時應排列整齊，交錯層次分明，并盡可能地使用共用支撐。在PDMS三維模型中布置管道可以非常清晰地看出各個管線的走向，從而盡可能的保證管道的經濟美觀性。

可見，利用PDMS三維設計軟件進行核電廠管道布置設計，無需現(xiàn)場實地考察即可在模型中清晰地了解各個空間關系，從而提高管線布置設計的效率和準確性，以及管線布置的美觀性。另外，管道支吊架作為管道支承件的一部分，利用PDMS三維模型進行支架生根部分的確定，可以在模型中找到相關的預埋板和鋼結構模型，快速地確定支吊架的生根位置和生根型式并避免與其他專業(yè)發(fā)生沖突。同時，通過模型中直觀的管線走向可確定支架功能選用是否合理，支架定位距離是否干涉等，從而提高支吊架設計的效率。

3.3 三維出圖

目前，利用PDMS三維設計軟件可以實現(xiàn)在已經建立的計算機三維工程模型上智能化提取工藝管道施工圖紙，圖紙形式包括平面布置圖、軸側圖、局部詳圖、節(jié)點剖面圖等，通過用PDMS三維設計軟件進行工程施工圖紙智能化提取，改變了二維平面設計中的圖紙單一、出圖效率低、設計準確性差的狀況，提高設計成果的產出效率，減少簡單繪圖設計中人工的重復性投入，從而降低設計成本。

結語

PDMS三維設計軟件的使用，對提高核電廠工藝管道設計的質量及設計效率、縮短核電廠建造周期及節(jié)約經濟成本等方面都有著重要的作用，這邊表明PDMS三維設計軟件的使用能夠為AP1000實現(xiàn)設計國產化做出積極性貢獻。

[1]魏峰.計算機三維設計在核電站工藝布置設計中的應用研究[J].核工業(yè)第二研究設計院。