三維工廠設(shè)計軟件在核電設(shè)計配合中的應(yīng)用與研究

楊暉　曹林　劉升志　陳林

引言：在面臨電廠建設(shè)全周期信息數(shù)字化的總趨勢下，本文以三維工廠設(shè)計軟件為核心，介紹在核電領(lǐng)域中項目管理和三維設(shè)計配合的應(yīng)用。

一、前言

隨著信息數(shù)字化的發(fā)展，搭建以計算機(jī)通信技術(shù)為基礎(chǔ)的三維設(shè)計平臺進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計和管理，已成為當(dāng)今各大電力企業(yè)的主導(dǎo)發(fā)展方向。核電工廠在國內(nèi)的數(shù)字工廠建設(shè)一直處于領(lǐng)先地，作為主要的核電設(shè)備供應(yīng)商我們不僅需要滿足不同項目在多種軟件平臺下數(shù)字工廠建設(shè)的各方面要求，同時還需建立包含工程配合、計算分析、設(shè)計制造、安裝服務(wù)的完整的管道設(shè)計體系，以滿足廠內(nèi)的生產(chǎn)需求。

二、三維設(shè)計配合

國內(nèi)核電項目逐漸采用數(shù)字化工廠設(shè)計模式，核電汽輪機(jī)設(shè)備布置及管道設(shè)計需要三維工廠設(shè)計平臺下進(jìn)行，工程配合需要面對不同的業(yè)主和不同的設(shè)計院。以往工作模式為單純的進(jìn)行圖紙設(shè)計，而現(xiàn)階段可以在工程配合初期就參與到核電數(shù)字工廠的異地協(xié)同設(shè)計當(dāng)中。

其中PDMS是完全基于數(shù)據(jù)庫管理的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計軟件，也是業(yè)內(nèi)使用最為廣泛的三維工廠設(shè)計軟件之一。下面就以PDMS 軟件為例介紹三維工廠設(shè)計軟件在核電項目中關(guān)于模型移交、網(wǎng)絡(luò)碰撞檢查、異地協(xié)同設(shè)計方面的應(yīng)用，以及如何通過數(shù)據(jù)庫開發(fā)實現(xiàn)了軟件自動根據(jù)系統(tǒng)等級手冊進(jìn)行管件選型匹配，通過開發(fā)工具集實現(xiàn)碰撞檢查的電子表格管理，通過開發(fā)區(qū)域顯示等工具集模塊如何優(yōu)化三維設(shè)計方法。

1）異地協(xié)同設(shè)計

核電工程項目，往往需要多個專業(yè)協(xié)同設(shè)計完成。工程設(shè)計是多專業(yè)綜配合設(shè)計的成果，強(qiáng)調(diào)整體水平和相互協(xié)調(diào)配合，因此整個設(shè)計過程是各專業(yè)間反復(fù)配合的過程，最終設(shè)計成果不是簡單的疊加，而是有機(jī)結(jié)合。

協(xié)同設(shè)計的目的不僅僅是數(shù)據(jù)設(shè)計，更重要的是注重對信息的交流和管理。PDMS就是作為一體化多專業(yè)協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)平臺，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使不同專業(yè)設(shè)計者，分散的設(shè)計部門連為一體，改變了以電話、傳真、郵件和會議為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)配合模式，從而設(shè)計效率達(dá)到最大化。對于PDMS，通過多專業(yè)配合，建立整個項目的統(tǒng)一的數(shù)字化三維模型，不僅解決了管道、設(shè)備、土建、暖通、電纜橋架等各專業(yè)詳細(xì)設(shè)計的交叉配合問題，而且能以三維模型為基礎(chǔ)在平臺上實現(xiàn)各專業(yè)間的提資配合、工程圖紙和報表的提交等工程配合問題。

2）碰撞配合

碰撞檢查是三維工廠設(shè)計軟件區(qū)別于二維設(shè)計方法中最突出的設(shè)計功能。而傳統(tǒng)的三維設(shè)計碰撞配合都是通過一個較繁瑣的過程來實現(xiàn)，先通過電話郵件等方式交換意見，再定期召開專門的三維碰撞會協(xié)商解決存在的碰撞問題達(dá)成一致意見，最后修改三維模型及收換設(shè)計圖紙。整個配合過程相對繁冗，時效性差，容錯率高，而且浪費大量的人力、物力和時間，影響管道的設(shè)計質(zhì)量及工廠的生產(chǎn)制造周期。由于傳統(tǒng)項目三維設(shè)計軟件和平臺不統(tǒng)一，三維模型需轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)容易出現(xiàn)偏差，碰撞點數(shù)目多，信息量大，篩選耗時多，且容易遺漏問題。因三維碰撞問題經(jīng)常導(dǎo)致圖紙設(shè)計更改，從而影響到項目的施工進(jìn)度。

通過PDMS建立安全的網(wǎng)絡(luò)共享數(shù)字平臺，可以在平臺上實時更新模型，保證當(dāng)前模型反應(yīng)了雙方真實設(shè)計狀態(tài)，大大減少了由此產(chǎn)生的碰撞問題。另外，PDMS軟件自帶的碰撞檢查軟件實際操作性差、碰撞檢查效率低。利用PDMS開發(fā)的工具集，減少了虛假碰撞點數(shù)量，節(jié)約碰撞配合時間，提高工作效率。通過改進(jìn)原有的碰撞配合方法，利用計算機(jī)信息化查找碰撞信息，雙方協(xié)商制定碰撞解決方案并存檔記錄，修改三維模型，顯著的提高了三維配合的執(zhí)行效率。

3）數(shù)據(jù)共享

PDMS項目數(shù)據(jù)的存儲采用“金字塔”式的樹狀結(jié)構(gòu)及堆嵌的方式，有利于項目數(shù)據(jù)的管理和恢復(fù)。數(shù)據(jù)庫的管理采用分門別類的方式，不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲在不同的數(shù)據(jù)庫中，如設(shè)計數(shù)據(jù)對應(yīng)“DESI”，出圖數(shù)據(jù)對應(yīng)“PADD”，元件等級數(shù)據(jù)對應(yīng)“CATA”等 ，有利于數(shù)據(jù)交互和傳遞。管理員可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行刪除，創(chuàng)建，復(fù)制，引用等操作，并定期對數(shù)據(jù)庫做完整性檢查和備份工作。一般一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建需要耗費大量的人力物力，因此可以通過對項目的訪問引用和復(fù)制數(shù)據(jù)庫。

通過設(shè)置各種篩選條件便可實現(xiàn)對信息統(tǒng)計篩選，前期配合時可以進(jìn)行工程提資，如電氣專業(yè)需要閥門，測量儀表等的定位信息以便布置電纜和接線盒，這時只要直接檢索其名稱類型和定位坐標(biāo)即可；還可以提取材料報表，方便采購部門預(yù)備生產(chǎn)材料。

4）出圖定制

雖然如今項目設(shè)計主要以三維軟件為工具，但工廠制造，現(xiàn)場安裝仍然以二維圖紙為主，圖紙也是項目設(shè)計成果的最終體現(xiàn)形式。工廠預(yù)制管道，我們要設(shè)計管道ISO圖；現(xiàn)場安裝設(shè)備，我們要設(shè)計設(shè)備布置圖。PDMS擁有強(qiáng)大的出圖功能，DRAFT模塊可以出平面圖、剖面圖等，ISODRAFT模塊可以出管道ISO圖。利用PDMS自動出管道ISO圖，減少重復(fù)工作量，大幅提高了出圖效率。相對于人工繪圖，PDMS將管道ISO圖，三維模型和數(shù)據(jù)庫緊密的聯(lián)系在一起，保證了數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，不僅能根據(jù)三維模型進(jìn)行合理的管道拆分，而且直接提取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的信息，避免人為設(shè)計導(dǎo)致的疏忽錯誤，從而大大提高了圖紙的設(shè)計質(zhì)量。

5）工具集開發(fā)

PDMS具有開放的開發(fā)環(huán)境，除了核心代碼封裝在軟件程序內(nèi)，大部分對象、函數(shù)和窗體都是開源的。運用PDMS自帶的編程語言PML以及PML.NET可以開發(fā)各種工具插件來提高軟件的工作效率，通過加載外部動態(tài)庫和自定義控件，實現(xiàn)PDMS與其他應(yīng)用軟件CAD、OFFICE等的動態(tài)接口，擴(kuò)展PDMS的應(yīng)用范圍。從而更加快速高效的操作PDMS數(shù)據(jù)庫。

而且通過開發(fā)數(shù)據(jù)庫可根據(jù)各自公司的生產(chǎn)工藝流程將需要的所有數(shù)據(jù)信息反應(yīng)在設(shè)計圖紙或BOM表中，也可根據(jù)要求生成電子表格通過定制接口軟件實現(xiàn)與其他數(shù)據(jù)管理平臺間的數(shù)據(jù)共享。

三、結(jié)語

PDMS作為集項目設(shè)計、配合和管理為一體的數(shù)字化平臺，為項目執(zhí)行提供了最佳的解決方案。本文就PDMS在核電三維設(shè)計配合工作的功能和應(yīng)用作了些通用性的介紹和深入探討，為大型核電項目的三維數(shù)據(jù)管理提供了指導(dǎo)方向。文章還介紹了PDMS軟件二次開發(fā)的應(yīng)用，闡述了軟件二次開發(fā)的基本思路和方法，通過開發(fā)各種滿足設(shè)計工作需求的工具集，大大提高了工作效率和工作質(zhì)量。當(dāng)然在今后的工作中，為使三維工廠設(shè)計軟件更好的服務(wù)項目的發(fā)展， 進(jìn)一步深入軟件的開發(fā)應(yīng)用，例如開發(fā)與EXCEL關(guān)聯(lián)的設(shè)計進(jìn)度校審工具來優(yōu)化三維設(shè)計校審流程；開發(fā)AUTOCAD插件，使管道ISO圖設(shè)計更加智能化。

參考文獻(xiàn)

[1] AVEVA PDMS Manuals.

[2] ASME B31.1-2007 動力管道.

[3] ISEIT2012 Paper Collection.

（作者單位：東方汽輪機(jī)有限公司）