核電工程三維布置設計數據的技術狀態控制

周志鋼　楊帆

摘 要：核電工程設計是多學科、多團隊分工協作的系統性工作。當前，核電工程布置設計廣泛采用PDMS軟件，各專業的協同邏輯和工作流程均內化在PDMS中。要實現各專業高效協同，必須確保各專業設計的深度匹配、進度協調、狀態對等，即對三維設計模型實施技術狀態控制。文章分析研究了基于PDMS的核電工程三維布置設計數據技術狀態控制方法，論述了如何利用模型數據狀態進行三維布置設計的過程控制與數據管理，歸納了技術狀態管理在核電工程布置設計中典型的應用實踐。

關鍵詞：核電工程；PDMS；三維布置設計；模型數據；狀態控制

中圖分類號：TM623；TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）09-0004-03

技術狀態管理（Configuration Management）于20世紀60年代起源于美國的軍事和航天工業，90年代在美國和歐洲形成了比較完善的行業標準和體系，并被逐漸應用到核電、航空、智能交通和高端制造等領域。在核電領域，從設計階段開始即建立全面的技術狀態管理體系直至電站移交給業主也被作為明確的要求寫入了歐洲用戶要求（EUR）及美國用戶要求文件（URD）中。IAEA于2010年針對核電廠技術狀態管理發布了專門的安全報告（IAEA-Safety Reports Series-No.65），并建議在新建核電廠和在役核電廠中實行技術狀態管理。

在核電工程中，布置設計所涵蓋的數據量龐大、參與者眾多、接口信息復雜，并直接指導物資采購與現場安裝等活動，因而是實施技術狀態管理的優先領域。

PDMS（Plant Design Management System）是三維布置設計的主流產品之一，被廣泛應用于核電工程設計，其協同設計機制使處在不同地域、不同專業的設計人員都能獲取到實時的設計數據。這就要求模型數據應當有明確的技術標識，標明其設計狀態及其可用性，以便于各相關專業設計者或上下游應用者能準確有效地進行協同，從而提升了工作效率和質量。

1 實施模型數據狀態控制的技術基礎

PDMS是以數據庫為核心、以項目為應用單元、基于元件等級規則驅動的多專業三維布置設計軟件。她本身不具備技術狀態管理功能，但通過充分引入技術狀態管理理念，進而挖掘其軟件功能，亦可有效地進行模型數據的技術狀態控制。

1.1 PDMS的數據庫類型

PDMS的數據存儲載體是一系列有數據關聯關系的數據庫，根據存儲數據類型的不同，數據庫所列的幾類見表1。

1.2 PDMS的數據庫層次結構

PDMS軟件中有兩個層級的數據庫：主數據庫（Master Dat-

abases）和子數據庫（Extract Databases）。主數據庫一般是多寫數據庫（允許多個用戶同時寫數據庫，但對模型數據有簽入-簽出的控制以避免同一模型對象同時被多人修改），而子數據庫則是主數據庫的下級數據庫，且子數據庫也可以是多級的，但只能從屬于DESI/PADD/CATA/ISOD類型的數據庫。

這種主-子數據庫結構提供了一種控制設計對象發布給其他專業或人員的方法，使用子數據庫可以持久的簽出需修改的數據，控制某個專業內部的設計流程（如設計、發布）或專業間的交叉設計（如小管與大管共用的支架）。

1.3 PDMS的數據工作區

工作區（MDB）是用戶進入PDMS項目時選定的能查看的數據庫的集合，通過工作區的合理設置，可使不同的用戶查看到對其設計工作有效且必要的模型數據。

1.4 PDMS的模型數據結構

PDMS使用樹狀結構形式的資源管理器管理模型數據，規范模型數據各層對象之間的從屬關系。樹狀結構中各層對象可命名，且命名唯一。樹狀結構中各層均有特定的數據類型，在核電工程三維布置設計實踐中，物項與模型結構層次對應關系已基本固化，見表2。

而PDMS對模型數據的簽出-簽入控制是作用于特定數據層次的，即各類模型的基本元素（Primary Element），如管道模型的基本元素對應的是Branch層次。因此，模型狀態控制的顆粒度應大于或等于基本元素。

2 模型數據技術狀態控制方法

2.1 項目層次的技術狀態控制

核電工程的設計和建造一般是以已建成或進度先于本項目的同類堆型項目為參考，而其模型也是以參考項目指定時點的階段成果模型作為項目初始模型，即三維布置設計的基準技術狀態（Reference Configuration）。

項目初始模型確認后，需對其進行定義、說明和標識，作為項目三維布置設計的技術基線。

2.2 數據庫層次的技術狀態控制

三維模型存儲在PDMS的設計數據庫中，一系列設計數據庫構成完整的項目模型數據，數據庫層次的狀態控制是最基礎的模型狀態控制手段。

設計數據庫可設置為三個層次。

2.2.1 專業內工作層

各專業進行本專業內三維設計工作的數據區域，通常為子數據庫。

2.2.2 專業間協同層

通過PDMS數據發布機制將工作層完成的設計模型校審確認后對外發布的數據區域。該層次數據庫為工作層子數據庫的主數據庫。

2.2.3 各設計階段固化層

將項目主要設計階段固化的模型數據進行提取并存檔的數據區域。該層次數據庫應為獨立的主數據庫。

此外，為便于各專業在確定綜合設計方案前進行充分的信息交換和協同配合，還可建立專門的臨時研究層數據庫，使設計人員可以不受權限限制的建立各類設計模型，推演各自設計方案。相關專業可以直觀便捷地互動，以形成最終的設計方案。

設計數據庫的層次設置如圖1所示。

核電工程設計應用中，通常按專業、設計范圍和廠房（或子項）的組合劃分設計數據庫，命名規則為：

模型專業_設計范圍_廠房或子項_數據庫類型代碼_ 數據庫層次標識（M/E）。

其中：

①“模型專業”通常是按布置設計物項進行劃分的，如土建、設備、管道、橋架、支吊架等。

②設計范圍按不同參與單位的設計分工劃定；若不涉及多個參與單位，則不需要設置該劃分要素。

③數據庫層次如前所述，包含專業內工作層和專業間協同層，分別對應標識M（Master）和E（Extract）。

2.3 用戶工作區層次的技術狀態控制

如前所述，通過數據工作區差異化設置可使不同設計用戶查看對其有效且必需的數據。

為此，工作區通常按設計專業進行設置，即將本專業內工作層的數據庫和其他專業間協同層的數據組織在一起，如圖2所示，使各專業設計用戶能瀏覽到充分、必要且有效的數據，進而更好的進行協同設計。

注：以專業A的設計工作區為例，包含有DB1_E、DB2_M、DB3_M三個數據庫，即包含本專業工作層數據庫，還包含相關專業（B、C）協同層數據庫。其他專業設計工作區的設置依次類推。

2.4 模型元數據的技術狀態控制

模型狀態控制對象是PDMS樹狀數據結構的某個層次，稱其為三維布置設計技術狀態控制的元數據，結合上文的論述，根據各模型專業設計的基本單元對象，選定的PDMS元數據見表3。

模型狀態控制的方式是通過對元數據特定的自定義屬性值的設置而實現的，例如為上述模型狀態對象定義一個自定義屬性：MMSSTATUS，通過對該屬性進行賦值以標識其所依附對象的技術狀態。

3 模型數據技術狀態控制綜合應用

3.1 模型數據技術狀態與布置設計流程

管道布置是三維布置設計的核心內容，其設計流程及其狀態控制方法最具代表性。本節以管道模型設計過程為例，論述其狀態控制方法。

將管道布置模型從生成（節點“0”）至其完成固化并出圖（節點“100”），每一節點值對應著相應的設計完成度（%）。按照布置設計邏輯，其主要狀態控制節點如圖3所示。

由圖3可見，通過對管道布置設計流程的定制，明晰了模型元數據所處的設計節點；通過實施元數據的狀態標識，使開發出的配套模型校審流程能順暢流轉，從而實現了對三維布置設計過程的精準控制。

3.2 模型數據狀態控制與設計權限管理

各布置設計專業負責（通常為主設人）其責任范圍內設計對象（各模型元數據）狀態值的修改，一旦狀態屬性值設定后，與該狀態屬性值匹配的PDMS的權限控制規則（Data Access Rule）隨即生效，將對設計用戶對模型及其屬性所允許的修改進行控制。在某一狀態值下，根據布置設計流程邏輯，對應一組允許對模型物項及其屬性進行修改的操作，超出該范圍的操作將被禁止。

通過模型數據狀態控制與設計權限管理結合，實現了對設計流程各節點規劃工作的精準控制。

4 模型技術狀態控制的其他創新應用

4.1 專業間提資與收資

三維布置協同設計最典型的專業提資接口是工藝-結構提資與收資，即在三維環境中提出各工藝專業對土建結構的孔洞、預埋板、設備基座、荷載等需求，由結構專業進行收集與確認。在此過程中對提資信息所對應的模型載體進行技術狀態控制，可顯著提高接口的直觀性和準確性，進而提升設計的效率與質量。

4.2 模塊化三維設計

AP1000等核電工程廣泛應用模塊化技術，模塊相關模型數據的三維設計流程與技術狀態控制方法也需進行修正。對模塊化物項的狀態標識需綜合應用模型狀態節點值和模塊化屬性值，兩者共同作用以控制模塊物項的布置設計邏輯及其流程。

4.3 三維綜合碰撞檢查

多專業綜合布置與碰撞檢查也是三維布置設計過程中必不可少的環節，有賴于各模型專業物項技術狀態控制的實施，各個綜合碰撞檢查節點所涵蓋的模型數據基于明確的狀態值及必要的完成度，實施效果更好。

5 結 語

①核電工程三維布置設計所包含的模型數據龐大而復雜，通過模型數據技術狀態控制的實施，有效地支撐多團隊、多專業的協同設計，充分發揮三維設計“所見即所得”的可視化優勢，又達到了“所見知其義”及“所見即有效”的效果。

②基于技術狀態管理理念首次建立起了依托模型數據的三維布置設計校審流程，對三維布置設計進行精細化過程控制，顯著提升了核電工程三維布置設計的質量和效率。當然，在模塊化正向設計情況下，如何更好的實施相關物項的狀態標識和過程控制，有待于核電工程設計實踐對其進行持續修正。

③技術狀態管理的對象正逐步從“文件”層次過渡到“數據”層次，對核電三維布置設計數據的技術狀態控制對象已細化至模型元數據，真正實現了基于數據的技術狀態管理。

參考文獻：

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[2] GJB 3206-98，技術狀態管理[S].

[3] 魯勤武，李軼，吳祥勇.基于PDMS平臺的核電工程模塊三維設計系統研究開發[A].中國核學會2011年學術年會論文集（第2冊）[C].2011.