發電工程三維數字設計技術研究與應用

趙長青 劉鵬

摘要：本文從三維數字設計總體方案入手，介紹了全廠、全專業、全階段的數字設計技術，通過數字化移交技術手段，將數字化設計成果拓展延伸到建造、運維階段；通過各種平臺管控機制，實現不同專業不同地點設計數據高度集成、數據的可視化管控及自動化管控；通過小管道三維設計技術、布置詳圖協同設計技術、可視化電纜敷設技術、虛擬空間碰撞檢查技術等技術的應用，保證了三維模型的準確性與完整性。

關鍵詞：三維數字設計；可視化；數據移交

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0133-02

三維數字設計已逐漸成為電力行業主要設計手段，長期以來形成的粗放型布置設計深度，無法滿足業主對設計成品高質量的要求。

為滿足業主對設計成品的高標準需求、提升設計質量、提高設計效率，山東院針對發電工程各專業在三維數字設計方案、三維數字平臺管控、三維數字設計范圍及深度、三維數字設計質量等方面進行了深入的研究及應用，實現了無差錯設計、無碰撞施工、無縫隙移交的數字設計模式。

1 三維數字設計總體方案

采用以全面數字化、全專業協同、全過程可視為平臺層基礎特征，以標準化、精細化、自動化為應用層高級特征的數字化設計方案（圖1）。通過三維數字化設計技術的應用，極大提高了工程設計質量，有效的縮短的項目工期，節約了采購費用及變更費用。

針對常規火電工程數據管理中存在的各階段數據無法有效利用的問題，采用“數字→集成→應用”的思路，通過編碼將各階段數據進行關聯集成，形成統一的、結構化數據信息庫，實現電廠全生命周期數據的數字化存儲、集成、數據移交及應用。

2 三維數字設計應用范圍及深度

三維數字設計范圍為全廠、全專業、全階段，技術全面應用于投標設計、初步設計、施工圖及竣工圖設計四個階段，并通過設計施工一體化、數字化移交等技術手段，將數字化設計成果拓展延伸到了建造、運維階段。

系統設計采用數字化系統設計軟件Diagram進行智能P&ID;圖的繪制，圖中所有管線、管件選用標準等級設計并標識唯一的KKS編碼。

布置設計覆蓋了包括發電廠全部工藝專業（汽機、鍋爐、脫硫、除灰、上煤、化學、水工、暖通）、電控專業（電氣、儀控）、土建專業（建筑、結構、總交）在內的所有專業。

數字化移交與數字設計同步實施，業主方、監理方可通過數字化系統進行全三維設計審查，現場工代通過可視化三維模型進行設計數據的快速檢索，可進行設計信息的反饋與修改，有效提高了工程設計效率及質量。

3 三維數字設計平臺管控

（1）不同設計專業的設計數據高度集成。在傳統的工程設計過程中，各設計專業間的配合問題，成為制約電廠設計質量和效率提高的根本障礙。三維數字設計協同工作平臺，能高度集成工藝、電控、土建等不同專業的設計數據，徹底取消專業間的設計提資，從而從根本上解決專業間的配合難題。（2）不同設計地點的設計數據高度集成。跨地域異地協同設計是三維數字技術應用的延伸。在總部和項目部架設專線的前提下，利用定時同步互聯技術，實現同一個項目的多地點協同工作，多個項目現場工代直接處理施工過程中遇到的問題，并進行設計修改優化，省略了回傳總部再修改的過程，實現同一工程的實時數據共享。（3）全面可視化，管控效率高。通過可視化的系統設計平臺、可視化的布置設計平臺、可視化的詳圖設計平臺，以及可視化的設計管理平臺，數字化設計實現了設計過程、設計數據、設計內容的全面可視化，管控效率高。（4）全面自動化，管控精度高。基于三維數字化設計系統，依據《GB/T50549-2010電廠標識系統編碼標準》開發工程編碼管控程序，對三維模型命名進行控制，各專業設計人員在數字化設計過程中若未按編碼規則命名將無法進行模型設計，有效避免了數字化設計過程中管道、設備、閥門等模型編碼的錯漏情況，實現編碼命名的自動管控，保證了編碼的準確性與完整性。

4 采用三維數字設計技術，保證模型準確性

（1）采用小管道三維設計技術，保證管道模型的完整準確。采用三維平臺進行小管道布置設計，按照分布區域及系統參數對小管道進行統一規劃、集中布置，保證小管道布置合理、美觀；可出小管道、支吊架詳細安裝圖，滿足海外項目按圖施工的要求，節約項目實施成本。（2）采用布置詳圖協同設計技術，保證煙風道模型的完整準確。以往設計工程中，煙風道布置設計與詳圖設計相互獨立，布置設計模型不包括詳圖設計模型，詳圖設計模型不以布置設計模型為基礎，模型精細化程度不高。通過煙風道布置詳圖協同設計軟件，實現詳圖設計模型與布置設計模型的同步更新，煙風道加固肋、內撐桿等詳圖設計模型與布置設計模型緊密結合，保證了煙風道三維模型的完整性和準確性。（3）采用軸側視圖提取技術，保證暖通方管模型的完整準確。主廠房內采暖加熱站、集控室采用三維布置設計，直接抽取管道軸測安裝圖，更形象、直觀的表達出暖通設備、管道的空間布置，便于施工安裝。（4）采用土建模型轉換技術，保證土建模型的完整準確。采用土建模型轉換技術，可以將土建三維模型，二維圖紙，甚至定位數據表格等直接導入數字化設計平臺，保證土建模型的完整性和準確性。鍋爐廠鋼架模型直接導入數字化設計平臺，桿件數量、型號、定位、節點等信息與廠家模型完成一致，準確率達到100%。（5）采用可視化電纜敷設技術，保證電控模型的完整準確。通過三維設計平臺將電纜兩端設備接線盒位置精確定位，電纜通道精確定位，建立可視化電纜路徑，精確統計電纜長度。（6）采用虛擬空間碰撞檢查技術，保證整體模型的完整準確。在標準碰撞檢查基礎上，增加虛擬空間碰撞檢查，包括設備檢修空間、閥門可操作空間、人行通道、門窗開啟空間等。

5 采用三維數字化移交技術，保證移交數據的規范完整

為解決火電廠設計、施工、運行各階段數據相互獨立，無法共享和有效利用的問題，開發了數據處理、數據集成、數據應用等數字化電廠移交技術，形成了完善的數字化電廠移交技術標準及質量控制制度。

6 結語

通過三維數字設計技術在工程中的應用，形成了針對發電工程全專業、全過程的數字設計方案，滿足了業主對設計成品的高標準需求，減少了施工過程中錯漏問題的發生，極大的提高了工程質量。通過數字化移交技術，實現了電廠設計、建設數據的有效積累，為電廠的運維、管理提供了基礎數據。

參考文獻

[1]潘文思，趙長青.工藝管道三維數字化設計研究[J].數字技術與應用，2012（08）：143.

[2]郝倩，趙長青，生韻姿.基于PDMS三維平臺的土建模型導入技術研究[J].山東電力技術，2015（S1）.