火力發電布置設計協同方式

薛江

（西南電力設計院有限公司，成都610021）

1 引言

數字化協同設計是近年來很火熱的話題，尤其是近2a 來智慧電廠概念的興起，更推動了相關技術的迅猛發展。作為智慧電廠重要基礎之一的數字化布置協同設計已成為各電力設計企業普遍關切的議題。本文結合筆者工作經驗和近年對國內各工業設計行業的調研，對火力發電布置協同設計的情況進行了分析，提出了確定協同方式應關注的要點，給出了協同方式的建議。

2 概念分析

2.1 協同設計

工程類的設計過程應該都屬于協同設計，只是隨計算機技術的發展，設計手段由手工發展成電子化，再發展為現在的數字化。近年來，公開文獻中提到的協同設計多指在計算機的支持下, 借助計算機網絡技術、通信技術及多媒體技術實現的數字化協同設計。

2.2 數字化與電子化

數字化設計屬于比較新鮮的事物，常有設計人員誤將電子化理解成了數字化。將紙介質的文檔、圖紙變成電子版的文檔、圖紙，無論是否可編輯，均不是數字化。筆者認為，數字化與計算機技術密切相關，重點圍繞信息的產生、存儲、流轉、利用，是一種可以用計算機進行數據識別處理的方式。

3 專業概況

國內從事火力發電設計的企業可能存在著不同的專業劃分，但總的來說可以分為3 大類：土建類、機械類、電控類。土建類如結構、水工結構、建筑；機械類如熱機、運煤、脫硫；電控類如電氣、照明、自動化。其中，機械類專業數字化布置設計起步較早，土建類和電控類專業近年來也開始探索數字化布置設計。

4 軟件概況

國內工業工程設計采用的布置設計軟件有很多，常見的如表1 所示。

表1 軟件與專業對照表

很多軟件還可以同時建立其他類型專業的模型，因此，有些企業擴展了軟件的專業應用，如在Revit 里開發電氣布置設計或管道布置設計，在PDMS 里面開發電氣布置設計[1]。但從實際效果來看，沒有一款軟件能同時滿足各專業的工程設計需要[2]，當創建非適用類專業的模型時，其效果和方便性通常要差一些。

表1 中，PDMS、SP3D、Plant 3D 等主要用于管道設計的軟件，又常被稱作工廠設計軟件，是發電最早開始使用的數字化設計軟件。

5 協同方式

5.1 基本情況

發電布置設計主要包括專業內和專業間的協同，其中。專業內的協同相對容易實現，而專業間的協同由于專業軟件間的差異和專業間數據流方案的復雜性，是協同的難點，是影響許多企業數字化設計發展的主要技術障礙[3]。另外，還存在少量與其他企業進行協同的情況。

5.2 專業內協同

因為同專業的設計人采用的都是相同的布置設計軟件，因此，專業內的協同方式主要取決于設計軟件的類型。當設計軟件為單機版類時，設計人的模型需經過必要的管理流程才可以傳遞給他人。例如，Revit 設計人可以將自己的.rvt 文件傳遞給其他人，這種方式的優點在于容易將傳遞過程納入傳統設計管理體系中，流程節點清晰，但缺點是有滯后性。當設計軟件為C/S 架構時，協同的管理也可以借助軟件自身的一些管理功能，有權限的人可以實時看到其他人的設計修改情況，降低配合的復雜性。

5.3 專業間協同

5.3.1 協同類型

火力發電布置設計屬于以機械類專業為龍頭的類型，若從布置模型的數據流方向分析，專業間協同可分為2 種基本類型：

1）各專業首先在工廠設計軟件中建立模型，進行布置配合，以此中的模型為準，再向其他設計軟件傳遞數據，數據流源在工廠設計軟件。

2）各專業在專業的布置設計軟件中進行設計，以各自軟件中的模型為準，根據需要接收其他專業或發出本專業的模型，數據流源在各專業的布置設計軟件。

5.3.2 協同方式分析

情況一：火力發電的數字化設計一般是從汽機管道的三維設計起步的。彼時主要在工廠設計軟件中進行翻模和整合模型，用以輔助傳統布置設計、核實碰撞，協同方式類似第二種。為了降低翻模的工作量，有些企業將土建、電控設計數據導入工廠設計軟件中。例如，將結構計算軟件SAP2000、STAAD.Pro 的三維模型導入到PDMS 中。但由于結構計算模型與實際布置的差異，導入后必須修改，而且結構設計通常會升版，升版會導致重復翻模修改，雖有的企業開發了升版自動對比功能，但翻模方式的效益并不理想。筆者所在公司也曾翻模，但土建、電控專業認為翻模增大其軟件應用負擔，同時，同步維護多個模型或圖紙也增加了工作量，而機械專業也不愿意替外專業翻模。由于翻模效益較少，少有專業主動采用了。

情況二：針對翻模的缺點，有些企業調整了思路，將部分重點專業的協同改用類似第一種類型的方式，將數據流源定在了工廠設計軟件[4]。在工廠設計軟件中完成布置建模和協同，再將土建、橋架布置數據傳遞給傳統計算分析軟件和布置設計軟件，如STAAD.Pro、電纜敷設軟件、天正建筑軟件等,以減少數據重復創建工作。但此模式仍存在一些組織管理和質量控制的難點。例如，結構布置調整后，結構計算的輸入數據是覆蓋還是增量修改，是只維護布置模型還是布置與計算模型都同時維護，結構計算調整桿件后又如何返回實際布置模型，如何保證數據的一致和正確，此時數據流不論單向還是往返都會帶來困惑。筆者所在公司也曾提出類似方案，但考慮到工廠設計軟件能出的土建、電控設計圖紙較少，圖紙深度不夠，相關專業為了完成出圖任務，還要重復傳統設計工作，加之考慮軟件開發的局限性、難度和費用，專業的軟件應用負擔重，多處模型維護煩瑣，數據流管控復雜等，所產生的效益將會大打折扣，未有實施。

情況三：隨著數字化程度的提高，很多專業確定了自己的數字化布置設計軟件。對那些不采用工廠設計軟件的專業，協同仍可以選擇第一種類型的方式。其優點是專業可及時進行配合，不需要考慮模型的整合。但實際上愿采用此方式的設計人并不多，因為專業的布置設計軟件的細節和功能更完善，設計人更喜歡使用。此外專業的布置設計軟件是以施工圖為目標的，而從工廠設計軟件傳遞出的模型普遍深度不夠,需要再加工。筆者所在公司的土建類專業經評估后也未采用此方式。因為機座、冷卻塔、循環水泵房、水池、道路、墻面、基礎等模型從工廠設計軟件傳遞到土建布置設計軟件后要么需要加工，要么沒法用。若要求以工廠設計軟件中模型為準，很多專業寧愿同時手工維護多個模型，也不愿用傳遞模型導致更大的工作量。由于此方式帶來工作重復、軟件應用負擔加大、模型統一維護煩瑣、數據流管控復雜等問題，削弱了數字化協同設計的價值。若不同的專業均選擇工廠設計軟件進行布置設計出圖，則他們之間容易實現專業間協同。

情況四：若多個專業有自己不同的布置設計軟件，有些企業對這部分專業采用第二種類型的協同方式。目的是讓軟件做擅長的事，設計人在適宜的布置設計軟件上設計[5]，設計效率更高。此方式下，各專業只需重點關注自己布置設計軟件中的模型，無重復建模工作，模型數據流無往返，管控簡單。此時同軟件的協同類似于專業內協同，只是模型傳遞管控更為嚴格。若為不同軟件的協同，主要有3 種模型傳遞方法：（1）模型文件鏈接；（2）利用軟件的兼容性、接口程序或通用格式將模型傳遞到工廠設計軟件中[6]或反向傳遞；（3）利用第三方模型瀏覽軟件整合模型[7，8]。第二種類型協同方式的主要缺點是協同及時性稍差、軟件接口偏多，但考慮到未經校審批準的模型直接用于其他專業并不允許，模型傳遞管理正好用于專業間的接口管理，及時性問題可以容忍。在與其他行業設計企業交流，并對電力同行的實施效果分析之后，筆者所在公司的相關專業認為此類型的協同方式更適合。

情況五：由于不同專業的數字化布置設計軟件發展不平衡，尚存在使用傳統設計軟件的情況，故而目前有較多的混合模式存在。

5.4 企業間協同

企業間的布置協同設計包括上下游企業間和并行協作分包商間的協同，是將其他企業的布置模型整合進來，供自己設計參考。方式上，采用可編輯模型或通用三維模型格式的方式均有。例如，鍋爐廠提供其設計范圍的PDMS 模型和數據庫，電力設計企業將它們整合到自己的PDMS 系統中，完成鍋爐房布置設計。又例如，筆者所在公司曾將PDMS 設計的管道、設備、結構布置以DGN 格式細化拆分給韓國三星公司，三星公司用PDS 完成對應區域內的橋架布置設計。

6 結語

和其他工業行業的工程布置設計類似，火力發電的布置設計如何協同取決于企業的規劃目標、設計習慣，與設計軟件的功能、協同過程的數據流模式密切相關，同時還要考慮軟件的購買費用、開發成本、學習成本和設計過程的組織管理難度，應將提升設計的質量和效率放在首位。

專業間的協同建議采用本文所述第二種類型的協同方式，接受上游專業模型后，在專業的數字化設計軟件中進行布置設計，專業以此模型為準，根據需要再進行模型發布傳遞。

筆者還建議，確定協同方式時可利用數據流的概念理清協同過程，協助方案的抉擇。借鑒其他行業的工業工程設計經驗，簡單的數據流方式將會有利于協同的組織，有利于信息的共享利用，有利于設計人的體驗和認可。