核電站三維模型在進(jìn)度計(jì)劃管理中的應(yīng)用

年發(fā)揚(yáng)

（山東核電有限公司，山東 海陽(yáng) 265100）

核電站三維模型在進(jìn)度計(jì)劃管理中的應(yīng)用

年發(fā)揚(yáng)

（山東核電有限公司，山東 海陽(yáng) 265100）

三維技術(shù)在被廣泛用于設(shè)計(jì)的同時(shí)，設(shè)計(jì)成果三維模型也包含了大量可用于施工的信息。通過(guò)可視化的界面，三維模型可被用于工程施工的各個(gè)方面。通過(guò)將三維模型與工程進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，生成四維模型的方法，可實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度計(jì)劃的可視化管理。

核電站；三維模型；四維模型；可視化；AP1000

1 工程建造可視化介紹

工程建造可視化的應(yīng)用是從虛擬制造概念基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其本質(zhì)是對(duì)實(shí)際建造施工過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬和預(yù)演，從而實(shí)現(xiàn)施工中的事前控制和動(dòng)態(tài)管理。支撐該應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、仿真技術(shù)、優(yōu)化技術(shù)、建模技術(shù)和各種軟硬件環(huán)境平臺(tái)，它們形成了可視化建造的系統(tǒng)體系，其應(yīng)用將會(huì)開(kāi)創(chuàng)一個(gè)全新的數(shù)字化施工新時(shí)代。

二灘電站的展示部分采用了工程建造可視化技術(shù)，用戶可以輕松瀏覽二灘環(huán)境及大壩的任意一個(gè)部位。國(guó)內(nèi)在對(duì)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的仿真和可視化計(jì)算方面取得了一些成果，可以模擬各種施工過(guò)程。上海正大廣場(chǎng)工程是我國(guó)首次將工程建造可視化技術(shù)應(yīng)用于建筑工程的工程項(xiàng)目。

可視化技術(shù)在秦山三期核電站的建設(shè)中雖然沒(méi)有全面應(yīng)用，但在解決關(guān)鍵路徑上的關(guān)鍵設(shè)備的吊裝問(wèn)題時(shí)發(fā)揮了重要的作用。在蒸汽發(fā)生器的吊裝方案設(shè)計(jì)中，通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)的布置和吊車運(yùn)動(dòng)過(guò)程，輔助確定了吊車的站位、吊臂的角度等技術(shù)參數(shù)。

2 工程進(jìn)度計(jì)劃可視化的應(yīng)用

工程進(jìn)度計(jì)劃可視化是工程建造可視化的一個(gè)重要方面。工程建造可視化的實(shí)質(zhì)就是將設(shè)計(jì)成果三維模型和工程進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，在軟件中實(shí)現(xiàn)工程實(shí)體按照計(jì)劃“建造”（見(jiàn)圖1）。建立和工程進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)的三維模型，其實(shí)質(zhì)是給三維模型增加了“時(shí)間軸”，因此可以將其稱為四維模型。該技術(shù)在軍事、工程建設(shè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1 AP1000核電站在FCD+6月的形象進(jìn)度Fig.1 The image schedule of AP1000 at FCD+6 months

工程建造包括設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工等。工程進(jìn)度計(jì)劃可視化是建立在三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上的。目前用于核電站的三維設(shè)計(jì)軟件主要有PDS和PDMS，大亞灣、嶺澳和秦山二期的設(shè)計(jì)采用PDMS設(shè)計(jì)，秦山三期和正在建設(shè)中的浙江三門和山東海陽(yáng)核電站采用PDS設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)成果包括三維模型，這給工程進(jìn)度計(jì)劃可視化創(chuàng)造了條件。

由于工程進(jìn)度計(jì)劃可視化的實(shí)現(xiàn)，在計(jì)算機(jī)中可按照工程計(jì)劃預(yù)演工程建造，并不斷地優(yōu)化計(jì)劃，從而使工程計(jì)劃更加合理；以四維模型作為工程計(jì)劃的交流平臺(tái)，提高了工程參與各方的溝通效率，提高了工程計(jì)劃的可信程度；實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度可視化，在計(jì)算機(jī)中可視化再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)度，給工程協(xié)調(diào)提供直觀的信息，便于及時(shí)地決策。

在核電工程中，計(jì)劃的編制一般是用P3軟件完成的。這項(xiàng)技術(shù)讓我們能夠根據(jù)定義的工程計(jì)劃瀏覽和計(jì)劃關(guān)聯(lián)的四維模型，并可以停留在任何將來(lái)的時(shí)間點(diǎn)上，獲得該時(shí)間點(diǎn)的形象進(jìn)度，通過(guò)觀看建造過(guò)程，可以驗(yàn)證P3計(jì)劃中條目間的邏輯關(guān)系，觀察是否出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤，對(duì)不合理工作條目調(diào)整并自動(dòng)反映到模型中。這樣反復(fù)地觀察和調(diào)整，優(yōu)化出最佳方案（見(jiàn)圖2），并能使計(jì)劃在執(zhí)行過(guò)程中得到更有效的控制和監(jiān)督，以最小的資源消耗，取得最大的經(jīng)濟(jì)效果。

3 和計(jì)劃關(guān)聯(lián)的三維模型的實(shí)現(xiàn)方法和工具

上文提到，建立和計(jì)劃關(guān)聯(lián)的三維模型就是為三維模型增加了“時(shí)間軸”。這個(gè)關(guān)聯(lián)是在軟件中實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于PDMS軟件設(shè)計(jì)的三維模型，其關(guān)聯(lián)是在PDMS Review中實(shí)現(xiàn)的，對(duì)PDS軟件設(shè)計(jì)的三維模型其關(guān)聯(lián)是在Smartplant Review中實(shí)現(xiàn)的。

既然是關(guān)聯(lián)，必然有相同的屬性（或值）。對(duì)P3來(lái)說(shuō)，這個(gè)屬性就是其作業(yè)描述。而對(duì)于三維模型來(lái)說(shuō)相對(duì)復(fù)雜一些，三維模型中的每個(gè)物體，在設(shè)計(jì)時(shí)就確定了很多屬性，其中有一個(gè)屬性就是和工程計(jì)劃相關(guān)的，在軟件Smartplant Review中將這個(gè)屬性值相同的物體組合，并給組合體以和P3作業(yè)描述相同的值，這樣三維模型就可以和工程計(jì)劃關(guān)聯(lián)了。

下面對(duì)正在建設(shè)的AP1000核電站的工程進(jìn)度計(jì)劃可視化四維模型的建立過(guò)程進(jìn)行比較詳細(xì)的介紹:

首先是三維模型的設(shè)計(jì)。三維模型是工程設(shè)計(jì)的一種成果，就目前來(lái)說(shuō)，工程設(shè)計(jì)的重要任務(wù)是工程實(shí)體的設(shè)計(jì)和布置，其主要成果是二維圖紙。應(yīng)用的軟件是Intergraph公司的PDS7.3軟件，由于西屋公司在工程設(shè)計(jì)階段就考慮到了工程進(jìn)度計(jì)劃可視化的應(yīng)用，每一個(gè)最小工程實(shí)體的三維模型的屬性中，除了設(shè)計(jì)系統(tǒng)和設(shè)計(jì)過(guò)程要求的屬性外，還特意增加了和計(jì)劃相關(guān)的屬性，這給將來(lái)的應(yīng)用留下了接口。

圖2 工程進(jìn)度計(jì)劃可視化四維模型數(shù)據(jù)流Fig.2 Visualized 4D model data stream of project schedule

其次是工程計(jì)劃的編制，就是確定工程實(shí)體的安裝時(shí)間。比較常用的軟件有Microsoft公司的Project軟件和Primavera公司的P3軟件，對(duì)于大型的工程，一般應(yīng)用P3進(jìn)行工程進(jìn)度管理。進(jìn)度計(jì)劃的編制主要是定義實(shí)體安裝的邏輯順序及持續(xù)的時(shí)間或工期，然后軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出工程實(shí)體集合的安裝順序和時(shí)間。對(duì)應(yīng)此工程實(shí)體集合的作業(yè)有相應(yīng)的作業(yè)名稱。

最后是將上述計(jì)劃關(guān)聯(lián)的三維模型中實(shí)體屬性和工程計(jì)劃中的作業(yè)名稱關(guān)聯(lián)，形成四維模型。Smartplant Review是Intergraph公司開(kāi)發(fā)的三維模型瀏覽軟件。該公司為適應(yīng)工程進(jìn)度計(jì)劃可視化的需要開(kāi)發(fā)了Schedule Review模塊，用于完成關(guān)聯(lián)工作。其基本原理是，將三維模型計(jì)劃相關(guān)屬性值相同的模型實(shí)體形成顯示集Display set，顯示集的名字就是P3作業(yè)名稱，再在P3文件中導(dǎo)入作業(yè)名稱對(duì)應(yīng)的時(shí)間信息，用來(lái)控制顯示集的顯示，這樣就生成了四維模型。

4 結(jié)論

總體來(lái)看，工程進(jìn)度計(jì)劃可視化在工程建造領(lǐng)域發(fā)揮的作用比較明顯。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在工程規(guī)模較大或場(chǎng)地緊張等情況下，四維模型可以有效減少40%～90%的計(jì)劃外調(diào)整。但目前整體應(yīng)用的深度和廣度都不理想，這除了建筑業(yè)對(duì)新技術(shù)適應(yīng)較慢、使用者對(duì)其深層次價(jià)值認(rèn)識(shí)不足而缺乏熱情等因素外，最主要的原因是四維模型本身發(fā)展的技術(shù)瓶頸還沒(méi)有完全被克服，存在一些明顯的缺點(diǎn)。例如:還沒(méi)有找到處理復(fù)雜四維模型相關(guān)數(shù)據(jù)的最有效方法，工程模型常常也不足夠詳細(xì)到滿足施工企業(yè)的作業(yè)要求。另外，目前四維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的智能水平并不高，所謂計(jì)算機(jī)承擔(dān)的分析推理工作離不開(kāi)使用者的介入，這就要求使用者具有一定程度的計(jì)算機(jī)操作經(jīng)驗(yàn)和足夠的專業(yè)知識(shí)。因此對(duì)于工程設(shè)計(jì)人員而言，在沒(méi)有工程進(jìn)度計(jì)劃專業(yè)人員介入而單純依靠四維模型的情況下來(lái)評(píng)估工程進(jìn)度計(jì)劃，在目前看來(lái)還不太現(xiàn)實(shí)。工程進(jìn)度計(jì)劃專業(yè)人員如果不能操作四維模型，工程進(jìn)度計(jì)劃可視化也無(wú)法得到應(yīng)用。

總之，四維模型軟件還需要在技術(shù)上大幅度改進(jìn)以提高應(yīng)用水平，同時(shí)工程建造單位應(yīng)該充分利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)，提高管理水平，推進(jìn)包括工程進(jìn)度計(jì)劃可視化在內(nèi)的新技術(shù)的應(yīng)用，并獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 徐友全. 虛擬建設(shè)模式的研究[D]. 上海:同濟(jì)大學(xué)，2000.

[2] 彭勇，邢文. 虛擬建設(shè)——新型工程項(xiàng)目管理組織模式[J]. 建筑管理現(xiàn)代化，2001，2.

[3] 戴涌，張志遠(yuǎn). 形象進(jìn)度技術(shù)在施工管理中的應(yīng)用[C]. 第12屆全國(guó)工程建設(shè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2004.

[4] 張希黔，張利. 虛擬仿真技術(shù)在建筑工程施工中的應(yīng)用現(xiàn)狀和展望[J]. 施工技術(shù)，2001，8.

Application of 3D model in the schedule management of nuclear power plant construction

NIAN Fa-yang
（Shandong Nuclear Power Co.，Ltd.，Haiyang of Shandong Prov. 265100，China)

While 3D technology has been widely used in engineering design，the 3D model of engineering design also includes information that can be used to construction. By the visual interface，the 3D model can be used in different aspects of construction. By linking the 3D model with the construction schedule，the 4D model can be created，through which the visual manage of the construction schedule can be achieved.

nuclear power plant；3D model；4D model；visualization；AP1000

TL411

A

1674-1617（2009)04-0368-03

2009-02-17

年發(fā)揚(yáng)（1972—），男，工程師，學(xué)士，從事核電設(shè)計(jì)管理研究。