AES-91堆型核電工程小管現場設計

溫穎帥

（核工業工程研究設計有限公司，北京 101300）

田灣核電站3、4號機組是由俄羅斯設計的AES-91堆型百萬千瓦級壓水堆核電機組。在俄羅斯圣彼得堡院出版的設計文件中，對于DN＜80 mm的小管就僅給出了局部流程圖，而沒有給出平面布置圖、管道軸測圖及其支吊架圖紙，不具備直接施工條件。因此如何準確、快速地進行小管的現場布線就顯得十分重要。

1 設計條件分析及設計方案確定

根據俄方出版的上游設計文件，需現場進行布線的小管主要包括反應堆廠房（UJA）、核輔助廠房（UKA）的疏排水、排污、監測、取樣等系統管線。這部分施工圖紙中，能參考的只有局部系統流程圖，其他設計信息都沒有給出。

例如，在31UJA廠房的一套管道施工圖中，根據局部流程圖及管線特性表，小管30KUA62BR001~30KUA65BR009等多條管線均未給出平面布置圖及管道軸測圖，需進行現場布線。這部分小管線屬于反應堆裝置輔助系統的取樣系統（KUA），管道外徑為14 mm，設計溫度分別為80 ℃、150 ℃，管線總長預計180 m左右。除了給出的幾個接口點坐標，其余布置信息均不明確。

由于上游提供的施工圖紙設計深度不足以直接用于現場施工，因此需要在上游提供的設計標準、規范等資料基礎上，具體結合現場實際條件進一步完善和細化小管及其支吊架。

小管及支吊架現場設計的主要內容就是管道路徑的確定及其支吊架位置、型式的確定。要確定現場設計方案，最重要的就是在對上游設計條件深入細致分析的基礎上進行充分利用，并結合現場實際施工需要，選擇最合理、最優化的設計方案，進而實施具體的現場設計工作。

根據小管現場設計需求情況，經分析各類上游文件的內容及深度，初步考慮有兩種設計方案：

方案一：參考局部流程圖、廠房平面布置圖冊，根據現場實際情況，由技術人員確定管線的布置并設置支架，在施工的同時繪制管線布置圖和支架定位及結構圖。對可能用到的管材、型材提前進行備料，以保證現場施工的需要。

方案二：參考相關的上游文件及三維工程模型，在三維模型中模擬現場進行管道路徑的布置并手繪草圖，然后依據草圖建立PDMS三維模型，并與原有三維工程模型進行碰撞檢查、修正；同時在模型中考慮支架的設置；最終出版管道軸測圖及其支吊架圖紙。

從上游文件出版情況及現場工作經驗來看，兩種設計方案各有優缺點。具體分析如下：

方案一的優點：

（1）對設計人員技能要求較低；

（2）設計、施工方式簡單、靈活。

方案一的缺點：

（1）上游文件分散，信息不完整、不直觀，設計過程繁瑣；

（2）現場部分物項安裝較晚或空間不可達，各專業施工進展不易控制，且存在安全風險；

（3）設計時間長，設計進度難以保證；

（4）設計準確度低，現場修改量大，浪費材料和人工。

方案二的優點：

（1）減少現場核實、測量環節，縮短設計時間，滿足進度要求；

（2）不依賴施工現場條件；

（3）可進行碰撞檢查及修改，準確度高，返工量小，節約材料。

方案二的缺點：

（1）對設計人員素質要求高；

（2）對設備性能有一定的要求，需增加一部分成本。

在方案二中使用到了中核工程公司提供的三維工程模型。其查看、審閱等操作主要通過Navisworks軟件進行。

利用Navisworks Manage 2014，不僅可以直觀地查看三維工程模型中各廠房、各專業物項的形狀、位置等信息，還可以采用多種視圖和剖分方法查看特定位置的模型信息，并進行長度、角度等測量繼而作出所需的標記，極度有利于核實小管的路徑布置，及對支吊架的定位和生根的設計。更重要的是，該軟件可以集成多方的三維模型，這正好給現場進行的小管布線的校核提供了極大的便利?？蓪F場布線的小管模型集成到總體三維工程模型中，進行路徑的碰撞檢查、核實及修改，大大減少了現場核實的工作量，加快了設計出圖的速度。

根據以上分析以及三維工程模型、三維軟件所能實現的功能，結合方案一、二的優缺點對比，考慮設計圖紙準確性以及材料的精細化控制，采用方案二作為最終的設計方案，以滿足各項工作需求。

2 小管現場設計

小管現場設計的難點就在于管道路徑的設計。首先應確定需設計小管的接口位置及控制點，然后按照一定的布線原則，結合現場實際情況進行路徑設計。

2.1 管線接口位置及控制點的確定

通過俄方在DG（管道安裝和裝配圖）文件中提供的局部流程圖信息，查找需進行現場設計的管線以及管線的起點、終點和控制點（管線穿墻、穿樓板的位置）涉及物項的KKS編碼，并記錄下來。然后通過這些接口物項的KKS編碼查找相應的圖紙或清單，確定起點、終點及控制點的準確坐標，并記錄這些數據及其來源。對于局部流程圖中已提供控制點坐標的情況，也應進行相應的核實，以保證接口信息的準確性。

管線起點、終點和控制點的物項類別一般有以下幾種：

（1）其他管線或管線上的閥門。此時應記錄這些管線的管線號、閥門KKS編碼及對應的安裝圖紙編碼（如有），然后在對應的安裝施工圖中查找相應的接口位置，通過計算或直接抄錄連接點的坐標。

（2）設備。此時應記錄設備KKS編碼，再查找相應的設備接口圖紙，及設備布置圖紙，以確認具體的接口點坐標。

（3）貫穿件。記錄貫穿件KKS編碼，再查找相應的貫穿件制造、安裝圖紙，記錄該貫穿件所接該管線的具體角度和標高，并計算出準確坐標。

（4）孔洞、地漏、水池、水箱、衛生器具。與上述土建類物項連接時，應記錄這些物項的編碼（如有），或記錄其所在的房間號，再查找對應的土建圖紙以確認連接點坐標。

2.2 管道布線原則

小管的布線應考慮應在設備、通風系統管道、大管道（DN≥80）及其支架、主電纜托盤和主電纜套管位置確認后進行。在保持與局部流程圖信息一致的基礎上，還應遵循以下原則：

（1）管道布置力求短、直、簡單，走向宜與廠房軸線一致；

（2）原則上不允許沿著人員通道和逃生線路布置管道，保證人員通行、消防、維修和運輸需要；

（3）室內管道的布置不應妨礙起重設備的運轉和操作；

（4）管道布置時應考慮支架的位置，可以利用現有的預埋件或鋼結構對支架進行固定；

（5）閥門應布置在便于操作和檢修的位置；

（6）排水和排氣閥（儀表閥除外）應安裝在便于操作和維護的位置。

2.3 小管設計流程

根據上文分析、確定的總體設計思路，經過詳細、縝密地梳理后得出小管的設計流程如下：

（1）確定管線的起點、終點及控制點坐標；

（2）打開Navisworks軟件在三維工程模型中找到相應接口點，并分析可能的路徑，確定初步敷設方案；

（3）該方案可在廠房平面布置圖或土建圖紙上手繪草圖，并將從三維模型中測量得出的關鍵數據進行標記；

（4）依據帶有標記的管道布線草圖，在PDMS三維工廠設計軟件中建立小管布線模型，并將該模型導出；

（5）通過Navisworks軟件的附加功能將上述導出的PDMS數據模型附加到總體三維工程模型中，進行碰撞檢查，并記下碰撞位置及尺寸，標記在草圖上；

（6）對PDMS小管模型進行修改，直至無明顯碰撞；

（7）使用PDMS軟件的ISODRAFT模塊抽取管道軸測圖，并使用AutoCAD完善圖面信息。

3 設計實例

為了對上述理論分析出的設計方案和流程進行驗證，現以上文提到的31UJA廠房輔助取樣系統（KUA）低壓小管線為例，分析小管現場設計的步驟和方法，并評估其準確性及可操作性。

根據設計標準，這部分管道和閥門材質均為奧氏體不銹鋼，所有的接頭采用焊接連接。

設計的小管管線分別從反應堆廠房設備疏水系統（KTA）收集取樣液體，匯總至一條管線后，經反應堆廠房貫穿件，至取樣冷卻器30KUA65AC001進行冷卻，并最終排放至31UKC廠房的取樣箱30KUA01AX002。與KTA系統的接口點，俄方已給出軸測圖及詳細的坐標位置，貫穿件坐標可以從土建圖紙及貫穿件組裝圖中得出。將信息匯總如表1。

表1 控制點坐標匯總表

參考廠房平面布置圖及Navisworks三維工程模型，根據已查得的管線起終點、控制點坐標及連接物項信息（見圖1示例），在頭腦中規劃相應的路徑布置，并在平面圖紙上手繪初步路徑走向。將線路經過之處周邊的土建墻體、樓板、鋼結構、設備、風管、托盤、大管道及其支架等物項加以標記，并利用軟件的測量等工具標記出草圖中拐點的大概位置和標高改變。

圖1 三維模型接口位置圖

接口管線所在的22米層樓板，其地面標高為+22500，樓板底標高為+21300。按照上文管道布線原則，考慮到樓板上物項眾多，為避免橫穿通道及便于設置支架，將整趟管線從各接口點在設備基礎附近穿過地面孔洞引至樓板下方，并沿內安全殼呈半環狀布置，同時也有利于設置管道支撐。

草圖繪制完成后，應用PDMS三維工廠設計軟件建立該管線的三維模型。該模型暫不包括閥門、流量計等在線設備。建模完成后，導出RVM格式的三維模型，并在Navisworks軟件中附加進來，這樣就實現了新設計的小管模型與原有的三維工程模型的整合，并可以方便地進行碰撞檢查。

應用Navisworks軟件的碰撞檢查功能，可以直觀地查看新建的小管與各專業物項的干涉情況，并進行測量、記錄，以便在PDMS三維設計軟件中進行修正。如此反復修改至無碰撞后，使用ISODRAFT模塊生成管道軸測圖，再使用AutoCAD軟件調整圖面信息后即可發布設計圖紙。

根據上述實例的設計步驟及設計結果分析可見，該方法無需進行大量的現場核實和實測工作，也節約了大量查閱分散的上游文件、資料的時間，并且設計信息準確，設計圖紙可用于指導現場施工活動，為提前進行設計出圖、精確控制材料及提高安裝工作效率起到了重要的作用。

4 結論

通過借助三維工程模型進行現場設計出圖，有利于核電項目規范材料統計和需求、采購，節約成本、減少浪費，進一步實現精細化、集約化管理；同時提高了技術人員的設計能力和現場施工技術指導能力。對設計上游條件進行詳細分析和充分利用，并結合先進的設計、工程管理軟件和技術，全面提高效率，這種方法和思路對后續的設計和建造工作都有很好的參考借鑒意義。