三維工廠設計軟件在核電設計配合中的應用與研究

楊暉　曹林　劉升志　陳林

引言：在面臨電廠建設全周期信息數字化的總趨勢下，本文以三維工廠設計軟件為核心，介紹在核電領域中項目管理和三維設計配合的應用。

一、前言

隨著信息數字化的發展，搭建以計算機通信技術為基礎的三維設計平臺進行統一設計和管理，已成為當今各大電力企業的主導發展方向。核電工廠在國內的數字工廠建設一直處于領先地，作為主要的核電設備供應商我們不僅需要滿足不同項目在多種軟件平臺下數字工廠建設的各方面要求，同時還需建立包含工程配合、計算分析、設計制造、安裝服務的完整的管道設計體系，以滿足廠內的生產需求。

二、三維設計配合

國內核電項目逐漸采用數字化工廠設計模式，核電汽輪機設備布置及管道設計需要三維工廠設計平臺下進行，工程配合需要面對不同的業主和不同的設計院。以往工作模式為單純的進行圖紙設計，而現階段可以在工程配合初期就參與到核電數字工廠的異地協同設計當中。

其中PDMS是完全基于數據庫管理的多專業協同設計軟件，也是業內使用最為廣泛的三維工廠設計軟件之一。下面就以PDMS 軟件為例介紹三維工廠設計軟件在核電項目中關于模型移交、網絡碰撞檢查、異地協同設計方面的應用，以及如何通過數據庫開發實現了軟件自動根據系統等級手冊進行管件選型匹配，通過開發工具集實現碰撞檢查的電子表格管理，通過開發區域顯示等工具集模塊如何優化三維設計方法。

1）異地協同設計

核電工程項目，往往需要多個專業協同設計完成。工程設計是多專業綜配合設計的成果，強調整體水平和相互協調配合，因此整個設計過程是各專業間反復配合的過程，最終設計成果不是簡單的疊加，而是有機結合。

協同設計的目的不僅僅是數據設計，更重要的是注重對信息的交流和管理。PDMS就是作為一體化多專業協同設計數據平臺，通過計算機網絡使不同專業設計者，分散的設計部門連為一體，改變了以電話、傳真、郵件和會議為基礎的傳統配合模式，從而設計效率達到最大化。對于PDMS，通過多專業配合，建立整個項目的統一的數字化三維模型，不僅解決了管道、設備、土建、暖通、電纜橋架等各專業詳細設計的交叉配合問題，而且能以三維模型為基礎在平臺上實現各專業間的提資配合、工程圖紙和報表的提交等工程配合問題。

2）碰撞配合

碰撞檢查是三維工廠設計軟件區別于二維設計方法中最突出的設計功能。而傳統的三維設計碰撞配合都是通過一個較繁瑣的過程來實現，先通過電話郵件等方式交換意見，再定期召開專門的三維碰撞會協商解決存在的碰撞問題達成一致意見，最后修改三維模型及收換設計圖紙。整個配合過程相對繁冗，時效性差，容錯率高，而且浪費大量的人力、物力和時間，影響管道的設計質量及工廠的生產制造周期。由于傳統項目三維設計軟件和平臺不統一，三維模型需轉化數據容易出現偏差，碰撞點數目多，信息量大，篩選耗時多，且容易遺漏問題。因三維碰撞問題經常導致圖紙設計更改，從而影響到項目的施工進度。

通過PDMS建立安全的網絡共享數字平臺，可以在平臺上實時更新模型，保證當前模型反應了雙方真實設計狀態，大大減少了由此產生的碰撞問題。另外，PDMS軟件自帶的碰撞檢查軟件實際操作性差、碰撞檢查效率低。利用PDMS開發的工具集，減少了虛假碰撞點數量，節約碰撞配合時間，提高工作效率。通過改進原有的碰撞配合方法，利用計算機信息化查找碰撞信息，雙方協商制定碰撞解決方案并存檔記錄，修改三維模型，顯著的提高了三維配合的執行效率。

3）數據共享

PDMS項目數據的存儲采用“金字塔”式的樹狀結構及堆嵌的方式，有利于項目數據的管理和恢復。數據庫的管理采用分門別類的方式，不同性質的數據存儲在不同的數據庫中，如設計數據對應“DESI”，出圖數據對應“PADD”，元件等級數據對應“CATA”等 ，有利于數據交互和傳遞。管理員可以對數據庫進行刪除，創建，復制，引用等操作，并定期對數據庫做完整性檢查和備份工作。一般一個標準數據庫的創建需要耗費大量的人力物力，因此可以通過對項目的訪問引用和復制數據庫。

通過設置各種篩選條件便可實現對信息統計篩選，前期配合時可以進行工程提資，如電氣專業需要閥門，測量儀表等的定位信息以便布置電纜和接線盒，這時只要直接檢索其名稱類型和定位坐標即可；還可以提取材料報表，方便采購部門預備生產材料。

4）出圖定制

雖然如今項目設計主要以三維軟件為工具，但工廠制造，現場安裝仍然以二維圖紙為主，圖紙也是項目設計成果的最終體現形式。工廠預制管道，我們要設計管道ISO圖；現場安裝設備，我們要設計設備布置圖。PDMS擁有強大的出圖功能，DRAFT模塊可以出平面圖、剖面圖等，ISODRAFT模塊可以出管道ISO圖。利用PDMS自動出管道ISO圖，減少重復工作量，大幅提高了出圖效率。相對于人工繪圖，PDMS將管道ISO圖，三維模型和數據庫緊密的聯系在一起，保證了數據的一致性和準確性，不僅能根據三維模型進行合理的管道拆分，而且直接提取標準數據庫的信息，避免人為設計導致的疏忽錯誤，從而大大提高了圖紙的設計質量。

5）工具集開發

PDMS具有開放的開發環境，除了核心代碼封裝在軟件程序內，大部分對象、函數和窗體都是開源的。運用PDMS自帶的編程語言PML以及PML.NET可以開發各種工具插件來提高軟件的工作效率，通過加載外部動態庫和自定義控件，實現PDMS與其他應用軟件CAD、OFFICE等的動態接口，擴展PDMS的應用范圍。從而更加快速高效的操作PDMS數據庫。

而且通過開發數據庫可根據各自公司的生產工藝流程將需要的所有數據信息反應在設計圖紙或BOM表中，也可根據要求生成電子表格通過定制接口軟件實現與其他數據管理平臺間的數據共享。

三、結語

PDMS作為集項目設計、配合和管理為一體的數字化平臺，為項目執行提供了最佳的解決方案。本文就PDMS在核電三維設計配合工作的功能和應用作了些通用性的介紹和深入探討，為大型核電項目的三維數據管理提供了指導方向。文章還介紹了PDMS軟件二次開發的應用，闡述了軟件二次開發的基本思路和方法，通過開發各種滿足設計工作需求的工具集，大大提高了工作效率和工作質量。當然在今后的工作中，為使三維工廠設計軟件更好的服務項目的發展， 進一步深入軟件的開發應用，例如開發與EXCEL關聯的設計進度校審工具來優化三維設計校審流程；開發AUTOCAD插件，使管道ISO圖設計更加智能化。

參考文獻

[1] AVEVA PDMS Manuals.

[2] ASME B31.1-2007 動力管道.

[3] ISEIT2012 Paper Collection.

（作者單位：東方汽輪機有限公司）