核電工程數據中心信息模型研究與應用

文｜張蒙汝

隨著2007年10月《國家核電中長期發展規劃(2005-2020年)》的正式獲批，我國核電發展進入新階段，到2020年，我國要達到約7000萬千瓦至8000萬千瓦的核電裝機目標。為了全面支持工程公司從設計、采購、施工到服務全流程，以及核電站從設計到建造、施工、運營的生命周期管理，亟需展開工程數據中心的開發研究。

核電工程數據中心是核電項目建設信息管理的基礎數據集成平臺，是連接項目各業務應用系統的紐帶，也是對業主進行數字化移交的平臺。工程數據中心是以項目為對象，工程編碼為紐帶，工藝系統、設備、裝置性材料等為基本單元，有機關聯各相關數據、信息、圖紙、資料和三維模型等工程內容，伴隨建設過程動態生長的工程內容數據庫。信息模型則是核電工程數據中心的基礎數據層，也是存儲和管理項目全過程產生的信息的基礎。如何將工程數據、工程文檔、業務流程、知識庫等不同類型的信息組織在一起，實現內容可伸縮的數據存儲結構，是核電工程數據中心的難點之一。

信息模型的組成

圖1 AP1000 EPC信息模型

由于核電站是由大量的基礎設施、設備和系統構成，在建設過程中，包括設計、采購、建安、調試、項控、文檔等各個專業需要完成相應的工作。工程數據中心的建設方案需要考慮到不同專業工種的特點，能夠從不同的視角為他們提供有組織成體系的數據信息。這些不同體系的信息和數據，應當以某種內在聯系方式實現相互間的關聯，并形成一個整體。同時為了避免數據出現大量冗余，相同數據不應該在工程數據中心出現多次重復保存。

信息模型層是工程數據中心的核心，主要是對工程全生命周期的信息進行存儲和管理。信息模型主要由數據模型、文檔模型和關系模型三類模型構成，這也對工程數據中心的信息建模功能提出了明確的要求。

具體要求：一是管理結構化數據，結構化數據是業務應用系統間信息交互和復用的基礎。包括描述工程標的物的SSC數據模型、描述項目管理信息的管理數據模型。

二是管理非結構化文檔，非結構化文檔是工程的法律依據。包括圖紙、三維模型、規范、施工資料等項目全過程產生的文檔；文檔相關文件可存儲在CDC中。

三是管理關系模型，關系模型是信息溯源和提高信息檢索效率的基礎。除了包括文檔與文檔的關系、文檔與數據對象的關系、數據對象與數據對象的關系外，還包括設備等物理對象間客觀存在的關系，例如電纜和管道系統內在的線性拓撲關系，設備與區域之間的空間拓撲關系等。

核電工程數據中心的信息模型主要包括以下數據類型：功能位置、物項型號、物理物項、作業活動、規范、文檔、知識、系統、模塊、空間位置等。信息模型結構組成如圖1所示。

信息模型的構建

工程數據中心信息模型的規劃和建立是工程數據中心的重點和難點。信息模型的規劃和建立不是一個一蹴而就的過程，需以螺旋上升的方式隨著項目工程需求的日益清晰而逐步完善。這也對工程數據中心平臺建模的方便性和信息模型的可擴展性提出了較高的要求。

要將IMS信息管理系統中各個系統的信息進行集成，首先需要有一個能管理和容納各系統信息的信息模型。考慮到核電業務的特點，建立工程數據中心使用一種新型的內容存儲方法，通常稱為面向對象的內容存儲方法，或者特征法。這種方法創建了一個高度規格化的自描述與可擴展內容存儲模式，即任何時候它都可以添加新的內容，而無須重新編排索引或結構性重整。簡單的說，它能夠存儲任何內容，也可以隨時添加內容。例如一份典型的工程設計清單關系數據表的實施如圖2所示。

在工程數據中心中，這一排變成了至少四個對象，對象之間用一種關系相互關聯，如圖3所示。工程數據中心這種以對象為中心的特性允許數據可以自然地進行存儲，并可以像現實世界兩物體之間那樣同其它組件建立關系。

這種方法使得與不同應用系統之間的連接變得更加容易，可以瀏覽重要程度各異的數據。例如，在設計系統中，工程師主要關心的是帶有位號的對象以及其設計參數。對于設計系統來說，只需要增加些內容，就可以接受指令執行指定工作的設備模型。從制造商需求的角度來看，模型的技術規格就變得更加重要；其后所分配的位號號碼對于他們來說，則沒有太大的關系。在核電站運維過程中，運維人員主要是通過設備編碼來進行檢索并管理信息。工程數據中心為用戶提供了一個信息集來存儲信息，對每一個組件來說這樣的信息集都處于中心位置，而且信息集與信息集之間的相互聯系也不相同。但只要選定一個組件，就可以迅速找到完整的關聯信息。

雖然根據核電堆型技術的不同，核電站都在以不盡相同的方式管理他們的內容信息，但是作為核電站還是有非常多的共同特點，圖4描述了整個核電行業具有共性的信息管理模型，它們構成了工程數據中心管理內容信息的基礎。工程數據中心中所管理的對象及對象之間的關聯關系的信息管理模型。

圖2

圖3 工程數據中心面向對象的存儲方式

圖4 工程數據中心信息模型

通過工程數據中心提供的對象內容管理模型，結合《AP1000技術手冊》《非能動安全先進核電廠AP1000設計手冊》等基礎技術資料，參考在國外核電的成功實施經驗可對國核工程有限公司所建設的核電站的信息管理模型進行初步的建模。

工程數據中心信息模型的規劃和建立是工程數據中心的重點和難點。針對核電工程數據中心的基礎數據層，提出了一種基于特征法的信息模型構建方法，這是一種面向對象的內容存儲方法，創建了一個高度規格化的自描述與可擴展內容存儲模式，可以無須重新編排索引或結構性重整，即可任意添加新的內容，該數據模型的構建及實施經驗，可對我國后續核電站的信息化建設提供有益的參考和借鑒。