三維設(shè)計軟件在核電工藝管道設(shè)計中的應(yīng)用

張戀

（山東 海陽 265118）

1 概述

AP1000是當(dāng)今世界第三代核電的主力堆型之一，也是我國引進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)并進(jìn)行國產(chǎn)化依托的堆型，自主設(shè)計也是主要國產(chǎn)化目標(biāo)之一。核電廠的設(shè)計是一項極其龐大的系統(tǒng)工程，要想優(yōu)質(zhì)高效的完成設(shè)計就必須有先進(jìn)的設(shè)計手段。相對于手工繪圖和計算機二維繪圖方法，三維繪圖本質(zhì)的特點在于其以實體造型為基礎(chǔ)，形成的是三維模型，設(shè)計人員在虛擬的空間環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計，能夠清晰地觀察各模型之間的空間關(guān)系。核電廠工藝管道的設(shè)計具有工程大、接口多、精度要求高等特點，應(yīng)用PDMS三維設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計，可有效解決管道施工中與其他各專業(yè)間的碰撞等問題，從而大大提高核電工藝管道設(shè)計的準(zhǔn)確性和有效性。

2 PDMS三維設(shè)計軟件介紹

VANTAGE PDMS，即工廠三維設(shè)計管理系統(tǒng)，是在計算機上創(chuàng)建全比例三維模型的軟件，是以數(shù)據(jù)為中心產(chǎn)生圖形，其內(nèi)涵是幾何信息加屬性，最終表現(xiàn)成果為圖紙和報表以及對最終三維模型附加的各種渲染和漫游。它是一體化多專業(yè)集成布置設(shè)計數(shù)據(jù)庫平臺，可用于以管道詳細(xì)設(shè)計為核心的工廠設(shè)計，包括設(shè)備、土建結(jié)構(gòu)、暖通、電纜橋架等各專業(yè)詳細(xì)設(shè)計，可實現(xiàn)各專業(yè)間的充分聯(lián)動，在一個統(tǒng)一的平臺上進(jìn)行設(shè)計操作。該軟件在功能性、易用性、先進(jìn)性、開放性、協(xié)同性和普及性方面都極具優(yōu)勢，其主要功能包括結(jié)構(gòu)功能、設(shè)備建模和布置功能、管道布置功能、支吊架功能、碰撞檢查功能和動態(tài)模擬功能等。

3 PDMS三維設(shè)計軟件在核電廠工藝管道設(shè)計中的應(yīng)用方法和優(yōu)勢

3.1 建立管道元件庫

三維設(shè)計材料元件數(shù)據(jù)庫的建立是工藝管道三維建模的基礎(chǔ)，首先將核電建設(shè)中常用的各種標(biāo)準(zhǔn)件（如：三通、管帽、閥門、大小頭、彎頭等）按照不同的等級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模并放在元件庫里，然后再通過不同的等級建立等級庫、特性庫，最后將兩庫通過等級或特性關(guān)聯(lián)起來，在建模過程中可以隨時通過等級來調(diào)用庫里的模型來建模。在建模的過程中，按照標(biāo)準(zhǔn)和需要，全面綜合考慮元件在建模過程中的屬性應(yīng)用，設(shè)置好元件的屬性，如元件標(biāo)準(zhǔn)、等級、材料等。

3.2 三維建模

核電廠的管道布置設(shè)計是在設(shè)備布置基礎(chǔ)上進(jìn)一步按照工藝流程要求通過圖紙（或三維模型）來表示管道位置、走向、支承等，并滿足管道強度、剛度的要求，滿足操作、維護、消防的要求等，最后給出管道及元件的用量。管道建模是PDMS中最強大的功能之一，它可以提高設(shè)計質(zhì)量，嚴(yán)格控制材料，并最大可能地避免設(shè)計錯誤的產(chǎn)生。應(yīng)用PDMS進(jìn)行管道設(shè)計有以下幾步：

3.2.1 確定管線的起點和終點

管道布置設(shè)計的第一步就是根據(jù)系統(tǒng)流程圖確定管線的起點和終點，然后在PDMS三維模型中根據(jù)此介質(zhì)流向，定義管道的起點和終點（PDMS稱之為Head和Tail）。

3.2.2 篩選出相應(yīng)范圍的各專業(yè)模型

管道布置設(shè)計人員應(yīng)與土建、機械設(shè)備、電氣、暖通空調(diào)、施工工藝和安全技術(shù)等專業(yè)設(shè)計人員協(xié)同合作。各專業(yè)模型的建立及固化，為管道布置設(shè)計提供了必要的前提條件。在進(jìn)行布置設(shè)計的過程中依次在PDMS中調(diào)出各個專業(yè)的模型，根據(jù)管道布置原則進(jìn)行從起點到終點的布置，實現(xiàn)現(xiàn)場空間的合理定位。

3.2.3 進(jìn)行管線走向布置

在PDMS中定義好起點、終點之后，即可進(jìn)行管線的鋪設(shè)，首先按照管道等級選擇并生成管件，然后指定管件位置和方向，即可進(jìn)行管道布置設(shè)計。

良好的管道走向應(yīng)規(guī)則整齊，建設(shè)費用最低，運行起來安全可靠。在三維模型中進(jìn)行管道走向的布置，可充分實現(xiàn)路徑的優(yōu)化，快速準(zhǔn)確地確定管道走向。管道走向的布置應(yīng)滿足工藝、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計、經(jīng)濟性、美觀等要求，應(yīng)用PDMS軟件可以快速高效地實現(xiàn)這些要求。

（1）滿足工藝要求

多路管道的布置應(yīng)對稱，不能使各路介質(zhì)互相干擾或發(fā)生偏流；另外，存在兩相流動的管道，宜先垂直走向，后水平布置，且應(yīng)短而直。利用PDMS三維模型進(jìn)行管道布置時，可以將這些要求直觀清晰地反映在模型中，增加管道的立體性，提高了布置的效率和準(zhǔn)確率。

（2）滿足多專業(yè)協(xié)同設(shè)計的要求

核電廠的建造是一個龐大工程，在一個項目的三維模型中，各種專業(yè)實體種類繁多、數(shù)量巨大，在PDMS中進(jìn)行管道的布置應(yīng)與各個專業(yè)之間密切配合，避免與各個專業(yè)產(chǎn)生碰撞，利用三維模型設(shè)計可以充分地實現(xiàn)路徑的優(yōu)化。例如，當(dāng)管線布置需要穿過土建墻時，在三維模型中可以清晰地看出孔洞的信息，避免未穿預(yù)留孔洞而直接穿墻的情況；當(dāng)管線端點需要與設(shè)備連接時，在三維模型中可以查找相應(yīng)的設(shè)備定位信息和設(shè)備接口信息，將管線端點準(zhǔn)確地與設(shè)備連接；當(dāng)管線布置與電氣主托盤布置相沖突時，在三維模型中進(jìn)行合理的避讓。

碰撞檢查是PDMS軟件在工藝管道設(shè)計中的一個重要應(yīng)用，通過碰撞檢查可以在設(shè)計時直觀地發(fā)現(xiàn)管道布置的錯誤，減少設(shè)計碰撞，從而在設(shè)計階段即為施工贏得效率。在PDMS中，除了同一設(shè)備的兩個基本元件之間碰撞、相連的管道部件之間的碰撞及相連的管道部件和管嘴之間的碰撞，各種基本元件、管道部件或鋼結(jié)構(gòu)部件之間的碰撞通常都會得到報告；另外，在進(jìn)行管道布置的同時，按下主菜單右邊的Auto Clash按鈕，即可檢查空間占有表中所有的模型與當(dāng)前模型的碰撞情況，從而在布置的同時即可進(jìn)行調(diào)整。

（3）滿足可操作的要求

管線的布置應(yīng)確保人員操作的可行性和方便性，留出人員通行和操作空間，避免穿過人行通道，不妨礙操作、檢查以及設(shè)備檢修；并排的法蘭和閥門應(yīng)相互錯開以便操作，并減少間距以節(jié)省空間，操作點應(yīng)集中設(shè)置。在PDMS三維模型中進(jìn)行管道設(shè)計可以隨時對管道布置中影響操作的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保閥門法蘭的操作空間和管道設(shè)備的檢查和檢修空間。

（4）滿足經(jīng)濟美觀的要求

根據(jù)經(jīng)濟性原則，兩點的距離在空間允許的條件下應(yīng)最短，以節(jié)約材料；根據(jù)美觀性原則，多段管道在一起時應(yīng)排列整齊，交錯層次分明，并盡可能地使用共用支撐。在PDMS三維模型中布置管道可以非常清晰地看出各個管線的走向，從而盡可能的保證管道的經(jīng)濟美觀性。

可見，利用PDMS三維設(shè)計軟件進(jìn)行核電廠管道布置設(shè)計，無需現(xiàn)場實地考察即可在模型中清晰地了解各個空間關(guān)系，從而提高管線布置設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性，以及管線布置的美觀性。另外，管道支吊架作為管道支承件的一部分，利用PDMS三維模型進(jìn)行支架生根部分的確定，可以在模型中找到相關(guān)的預(yù)埋板和鋼結(jié)構(gòu)模型，快速地確定支吊架的生根位置和生根型式并避免與其他專業(yè)發(fā)生沖突。同時，通過模型中直觀的管線走向可確定支架功能選用是否合理，支架定位距離是否干涉等，從而提高支吊架設(shè)計的效率。

3.3 三維出圖

目前，利用PDMS三維設(shè)計軟件可以實現(xiàn)在已經(jīng)建立的計算機三維工程模型上智能化提取工藝管道施工圖紙，圖紙形式包括平面布置圖、軸側(cè)圖、局部詳圖、節(jié)點剖面圖等，通過用PDMS三維設(shè)計軟件進(jìn)行工程施工圖紙智能化提取，改變了二維平面設(shè)計中的圖紙單一、出圖效率低、設(shè)計準(zhǔn)確性差的狀況，提高設(shè)計成果的產(chǎn)出效率，減少簡單繪圖設(shè)計中人工的重復(fù)性投入，從而降低設(shè)計成本。

結(jié)語

PDMS三維設(shè)計軟件的使用，對提高核電廠工藝管道設(shè)計的質(zhì)量及設(shè)計效率、縮短核電廠建造周期及節(jié)約經(jīng)濟成本等方面都有著重要的作用，這邊表明PDMS三維設(shè)計軟件的使用能夠為AP1000實現(xiàn)設(shè)計國產(chǎn)化做出積極性貢獻(xiàn)。

[1]魏峰.計算機三維設(shè)計在核電站工藝布置設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].核工業(yè)第二研究設(shè)計院。