三維設(shè)計(jì)平臺在快堆中的應(yīng)用研究

周立軍

摘 要 中國實(shí)驗(yàn)快堆在設(shè)計(jì)和施工過程中，一直面臨各種各樣的困難和問題。各工藝系統(tǒng)都是獨(dú)立進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，并未進(jìn)行真正意義上的綜合設(shè)計(jì)，施工時(shí)設(shè)備、管道和支吊架等干涉現(xiàn)象較多，導(dǎo)致現(xiàn)場安裝所需進(jìn)行的設(shè)計(jì)變更較為頻繁，進(jìn)而影響了工程的施工進(jìn)度。文章探討了在快堆工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)中開始引入三維數(shù)字平臺這一先進(jìn)的工程平臺和設(shè)計(jì)手段，并提出了若干預(yù)期目標(biāo)，比如各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、在設(shè)計(jì)過程中完成碰撞和干涉檢查、施工模擬、平立面圖和材料報(bào)表從統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中提取等等，進(jìn)而提高我們的設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率，同時(shí)可以更加科學(xué)合理地使用人力資源。

關(guān)鍵詞 快堆；三維數(shù)字平臺；建模

中圖分類號：TL43 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0129-03

核電站的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)極其龐大的系統(tǒng)工程，要想做到優(yōu)質(zhì)高效的完成就必須有高質(zhì)量的管理和先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段相結(jié)合。作為目前國際工程管理公司最為暢銷的三維數(shù)字平臺（或者有著不同的叫法，其核心內(nèi)容和手段是一致的），是在統(tǒng)一的工作平臺基礎(chǔ)上，利用三維設(shè)計(jì)工具，各專業(yè)工種協(xié)作，資源共享，實(shí)現(xiàn)空間的實(shí)時(shí)可變的輔助設(shè)計(jì)。它最簡單和顯而易見的優(yōu)點(diǎn)包括：

1）三維設(shè)計(jì)起步，直接抽取軸測圖和平立面圖。

2）與土建平行設(shè)計(jì)，土建偏差影響能直接得到直觀反映。

3）三維仿真，建模過程完成碰撞和干涉檢查。

4）安裝中隨過程修改，實(shí)時(shí)進(jìn)行全面的碰撞檢查。

5）從數(shù)據(jù)庫中提取材料參數(shù)表。

6）三維模型導(dǎo)入管道分析軟件，反饋及時(shí)。

7）統(tǒng)一智能平臺管理，相應(yīng)權(quán)限劃分嚴(yán)格。

8）通過系統(tǒng)平臺，總工程師控制全局。

1 三維數(shù)字平臺的選擇

設(shè)計(jì)則是精確的，設(shè)計(jì)軟件是為了實(shí)際工程實(shí)施的設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)軟件是為了實(shí)際工程實(shí)施的設(shè)計(jì)工具，分為一類以繪圖為目的的CAD，這里D表示繪圖，如DRAWING、AUTOCAD、MicroStation等軟件；另一類是以設(shè)計(jì)為主的CAD，這里的D表示設(shè)計(jì)，它又可以分為兩種：一種是以參數(shù)化為代表的機(jī)械類軟件，比如PRO-E、SolidWorks、CATIA、INVENTOR等，以及相應(yīng)更高層次的三維設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)屬于離散型工藝，更接近以傳動設(shè)備為中心的，非連續(xù)的工藝過程；另一種就是我們所要引入的流程化工程性質(zhì)的三維數(shù)字平臺，比如Intergraph公司的PDS系統(tǒng)和SmartPlant 3D系統(tǒng)、Bentley公司的PlantSpace系統(tǒng)和AVEVA公司的PDMS系統(tǒng)。

三維數(shù)字平臺概念具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）集成化項(xiàng)目模型。各個專業(yè)的三維模型（建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、電纜橋架等）組成的全信息工程模型，包括：幾何信息（長度、高度、厚度、坐標(biāo)軸）；屬性信息（樣式、材質(zhì)、單位重量、成本）。

2）三維設(shè)計(jì)。三維設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就是在虛擬環(huán)境中建立項(xiàng)目的三維實(shí)體，正在反映了設(shè)計(jì)人員頭腦中想象出各物項(xiàng)的空間形象，可以非常直觀和明確的反饋各物體之間的空間關(guān)系，便于進(jìn)行碰撞檢查及調(diào)整修改。

3）多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。在統(tǒng)一的設(shè)計(jì)平臺，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，讓項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員得以運(yùn)用集成模型，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作和集成制造，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同工作的目的。

還可以跨越地域以便同步分享圖表與屬性數(shù)據(jù)。工作團(tuán)隊(duì)，無論是在同一處室或在同一棟建筑，還是在不同的城市、國家、甚至是不同洲，其設(shè)計(jì)與工程信息之間的協(xié)調(diào)性可大幅地改善，對位于不同時(shí)區(qū)的跨國合作項(xiàng)目特別有幫助。

4）統(tǒng)一的應(yīng)用平臺。三維數(shù)字平臺在一個工程中使用統(tǒng)一的應(yīng)用平臺，經(jīng)過長期應(yīng)用和探索分析，目前快堆工藝系統(tǒng)的三維數(shù)字平臺是基于Intergraph公司的SmartPlant系統(tǒng)（見圖1），目前正在該系統(tǒng)中進(jìn)行快堆某些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

圖1 SmartPlant集成系統(tǒng)

2 SmartPlant 3D在快堆某項(xiàng)目中的應(yīng)用

SmartPlant 3D作為最先進(jìn)的工廠設(shè)計(jì)軟件，是Intergraph推出的新一代的，面向數(shù)據(jù)的，規(guī)則驅(qū)動的更符合工程設(shè)計(jì)流程的軟件，工程數(shù)據(jù)可以更好的被使用和復(fù)用。SmartPlant 3D以MS SQL和Oracle為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，所有模型都是以對象形式存放在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中，并且不需要其他的圖形引擎，使用較易使用的Visual Basic作為開發(fā)工具。SmartPlant 3D是一個前瞻性的產(chǎn)品，它改變了工程設(shè)計(jì)的方式，它打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的局限。與簡單的完成工廠設(shè)計(jì)相比，SmartPlant 3D能夠更有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高效率并縮短項(xiàng)目周期。

Smartplant 3D是一個新型的三維工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它與我們以往所使用的設(shè)計(jì)軟件在設(shè)計(jì)習(xí)慣上有所不同，在設(shè)計(jì)流程、二次開發(fā)、系統(tǒng)管理等方面對我們來說都是全的課題。

2012年3月-5月進(jìn)行了快堆某項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)，由工藝、結(jié)構(gòu)、管道等專業(yè)人員共同進(jìn)行三維建模，具體內(nèi)容和步驟如下。

1）管道元件數(shù)據(jù)庫定制。由于快堆采用鈉作為工作介質(zhì)，運(yùn)行溫度較高，對于材料具有的特殊要求，而SmartPlant 3D附帶的數(shù)據(jù)庫中并沒有我們工藝上所使用的管道、閥門和儀表等數(shù)據(jù)，要將SmartPlant 3D應(yīng)用到工程實(shí)踐中，必須在工程項(xiàng)目實(shí)施前對其進(jìn)行全面的二次開發(fā)，定制適用于快堆項(xiàng)目的管道元件數(shù)據(jù)庫，這是一項(xiàng)長期且復(fù)雜的工程，只有在不斷的實(shí)際工程中逐漸補(bǔ)充完善。

管道元件數(shù)據(jù)庫的建立主要是將工程前期準(zhǔn)備好的管道材料表按SmartPlant 3D標(biāo)準(zhǔn)Excel文件進(jìn)行輸入，通過SmartPlant 3D附帶的Bulkload Utility導(dǎo)入工具，將Excel文件中的數(shù)據(jù)加載到SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中以滿足工程設(shè)計(jì)應(yīng)用。管道元件數(shù)據(jù)庫的定制主要涉及以下幾個Excel文件：AllCodeLists——所有代碼的聲明、Piping Catalog——管道元件物理參數(shù)、Piping Specification——管道元件屬性描述、Instrument Data——標(biāo)準(zhǔn)儀表數(shù)據(jù)庫、Equipment——標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備數(shù)據(jù)庫等，這些Excel文件在定義管道元件是相互關(guān)聯(lián)的，稍有錯誤就會影響三維模型的生成，必須導(dǎo)入測試服務(wù)器中數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行仔細(xì)檢查和測試，發(fā)現(xiàn)錯誤則返回Excel文件修改，直到能生成正確的三維模型，才能將定制的管道元件數(shù)據(jù)導(dǎo)入實(shí)際項(xiàng)目的數(shù)據(jù)庫中。此項(xiàng)工作是使用SmartPlant 3D必不可少一個工作步驟，應(yīng)組織經(jīng)驗(yàn)豐富的工藝管道工程師按標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范逐步完善管道元件數(shù)據(jù)庫。endprint

我們在引入SmartPlant 3D設(shè)計(jì)平臺后，定制的快堆專屬管道元件數(shù)據(jù)庫（見圖2）。

圖2 部分快堆工程管道元件數(shù)據(jù)庫

2）操作權(quán)限劃分。SmartPlant 3D作為全廠設(shè)計(jì)軟件，所有專業(yè)都是在同一個環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有數(shù)據(jù)都存儲在服務(wù)器中，通過權(quán)限組和項(xiàng)目層級相匹配的方式來保證不同專業(yè)、不同人員既能互相協(xié)作而又不互相干擾。在開始一個項(xiàng)目設(shè)計(jì)前，系統(tǒng)管理員需要在服務(wù)器端建立一個項(xiàng)目，并劃分層次結(jié)構(gòu)和設(shè)定權(quán)限，權(quán)限組的層次如下：

項(xiàng)目/參考數(shù)據(jù)庫——最高層的權(quán)限組；

權(quán)限組目錄——含有用戶權(quán)限組的目錄；

用戶權(quán)限組——根據(jù)Windows登錄用戶或用戶組分配訪問權(quán)限。

操作權(quán)限級別如下：

Read—僅能瀏覽模型對象；

Write—可以建立、修改、刪除模型對象；

Full Control—可執(zhí)行寫權(quán)和批準(zhǔn)模型對象。

我們目前按專業(yè)進(jìn)行了權(quán)限組的劃分：Piping、Structure、Electrical、Drawing等。

3）土建結(jié)構(gòu)建模。首先，結(jié)構(gòu)專業(yè)人員根據(jù)項(xiàng)目的總體方案，使用Grids模塊進(jìn)行項(xiàng)目的軸網(wǎng)布置，在Structure模塊中進(jìn)行土建結(jié)構(gòu)建模，確定廠房的尺寸和坐標(biāo)，便于設(shè)備布置和定位等，再建立廠房整體結(jié)構(gòu)，使模型具備土建條件。

圖3 快堆某項(xiàng)目廠房結(jié)構(gòu)模型

4）設(shè)備建模和布置。設(shè)備建模在Equipment and Furnishings模塊中進(jìn)行。SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中有部分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型，本項(xiàng)目所需的大部分設(shè)備模型都需要利用標(biāo)準(zhǔn)幾何體進(jìn)行拼裝，并保證外形尺寸、接管尺寸和方位等與設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)一致。當(dāng)然也可以將設(shè)備的三維設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入到SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中使用。設(shè)備建模完成后，可以按廠房的尺寸坐標(biāo)和工藝要求進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。

5）管道布置。管道的設(shè)計(jì)在Piping模塊中進(jìn)行，必須嚴(yán)格按照工藝流程圖進(jìn)行，并遵循先主工藝專業(yè)后輔助專業(yè)，先主要管道后次要管道的原則。此外，根據(jù)鈉系統(tǒng)的特殊要求，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)布置設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守下列原則：設(shè)備與管道必須采用焊接方式；要遵守相應(yīng)等級的設(shè)計(jì)規(guī)范；由于鈉管道的高溫和材料的特性，合理利用彎管、彎頭或矩形補(bǔ)償器吸收熱膨脹；須有符合規(guī)范要求的傾斜度；設(shè)置合理的固定點(diǎn)；合理配置支吊系統(tǒng)等。

圖4 本項(xiàng)目中典型系統(tǒng)的設(shè)備及管道布置

6）碰撞檢查。SmartPlant 3D的碰撞檢查有兩種工作模式，一種是基于服務(wù)器的碰撞檢查，檢查所有模型的所有碰撞；另一種是基于客戶端的交互式的碰撞檢查，可以實(shí)時(shí)幫助設(shè)計(jì)人員檢查模型是否發(fā)生碰撞。

在SmartPlant 3D中可對整個項(xiàng)目的模型進(jìn)行碰撞檢查（見圖5），即可以檢查出各專業(yè)模型間的直接碰撞（硬碰撞，紅色圓球或方塊提醒），包括：管道與管道、管道與設(shè)備、管道與結(jié)構(gòu)等，也可檢查出各模型與預(yù)留空間（如操作空間、檢修空間和保溫層等）的碰撞（軟碰撞，黃色圓球或方塊提醒）。

圖5 本項(xiàng)目中的實(shí)時(shí)碰撞檢查

7）圖紙和報(bào)表生成。三維建模只是手段，我們真正需要的是用于施工的管道軸測圖、平立面圖、材料報(bào)表等。SmartPlant 3D中自帶的圖紙和報(bào)表模板并不滿足我們的要求，必須對圖紙和報(bào)表模板進(jìn)行定制。相對于定制數(shù)據(jù)庫的繁瑣，定制圖紙和報(bào)表模板難度更大也更重要，需要了解定制模板相關(guān)的無數(shù)的選項(xiàng)和開關(guān)，需要理解數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲方式等。模板的定制是我們所遇到的最棘手、最困難的部分工作。經(jīng)過我們的不懈努力，并在Intergraph工程師的幫助和指導(dǎo)下，最終完成了此項(xiàng)工作。

3 結(jié)束語

在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，最終項(xiàng)目成果見圖6。在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中完成三維建模、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞和干涉檢查、施工模擬、軸測圖、平立面圖和材料報(bào)表從統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中提取等預(yù)期目標(biāo)。

信息時(shí)代設(shè)計(jì)手段日新月異，我們在快堆項(xiàng)目中引入SmartPlant 3D三維設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變，提升整體設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，形成了專業(yè)化設(shè)計(jì)能力。在工程實(shí)踐中，我們感受到Intergraph公司SmartPlant系統(tǒng)的前瞻性和先進(jìn)性，我們將逐步實(shí)現(xiàn)示范快堆項(xiàng)目三維數(shù)字工廠的設(shè)計(jì)、施工、管理集成化目標(biāo)。

圖6 快堆某項(xiàng)目三維模型

參考文獻(xiàn)

[1]鄧培坤，馬明.1.12 中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)初步設(shè)計(jì)任務(wù)書[J].中國原子能科學(xué)研究院年報(bào)，1995.endprint

我們在引入SmartPlant 3D設(shè)計(jì)平臺后，定制的快堆專屬管道元件數(shù)據(jù)庫（見圖2）。

圖2 部分快堆工程管道元件數(shù)據(jù)庫

2）操作權(quán)限劃分。SmartPlant 3D作為全廠設(shè)計(jì)軟件，所有專業(yè)都是在同一個環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有數(shù)據(jù)都存儲在服務(wù)器中，通過權(quán)限組和項(xiàng)目層級相匹配的方式來保證不同專業(yè)、不同人員既能互相協(xié)作而又不互相干擾。在開始一個項(xiàng)目設(shè)計(jì)前，系統(tǒng)管理員需要在服務(wù)器端建立一個項(xiàng)目，并劃分層次結(jié)構(gòu)和設(shè)定權(quán)限，權(quán)限組的層次如下：

項(xiàng)目/參考數(shù)據(jù)庫——最高層的權(quán)限組；

權(quán)限組目錄——含有用戶權(quán)限組的目錄；

用戶權(quán)限組——根據(jù)Windows登錄用戶或用戶組分配訪問權(quán)限。

操作權(quán)限級別如下：

Read—僅能瀏覽模型對象；

Write—可以建立、修改、刪除模型對象；

Full Control—可執(zhí)行寫權(quán)和批準(zhǔn)模型對象。

我們目前按專業(yè)進(jìn)行了權(quán)限組的劃分：Piping、Structure、Electrical、Drawing等。

3）土建結(jié)構(gòu)建模。首先，結(jié)構(gòu)專業(yè)人員根據(jù)項(xiàng)目的總體方案，使用Grids模塊進(jìn)行項(xiàng)目的軸網(wǎng)布置，在Structure模塊中進(jìn)行土建結(jié)構(gòu)建模，確定廠房的尺寸和坐標(biāo)，便于設(shè)備布置和定位等，再建立廠房整體結(jié)構(gòu)，使模型具備土建條件。

圖3 快堆某項(xiàng)目廠房結(jié)構(gòu)模型

4）設(shè)備建模和布置。設(shè)備建模在Equipment and Furnishings模塊中進(jìn)行。SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中有部分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型，本項(xiàng)目所需的大部分設(shè)備模型都需要利用標(biāo)準(zhǔn)幾何體進(jìn)行拼裝，并保證外形尺寸、接管尺寸和方位等與設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)一致。當(dāng)然也可以將設(shè)備的三維設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入到SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中使用。設(shè)備建模完成后，可以按廠房的尺寸坐標(biāo)和工藝要求進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。

5）管道布置。管道的設(shè)計(jì)在Piping模塊中進(jìn)行，必須嚴(yán)格按照工藝流程圖進(jìn)行，并遵循先主工藝專業(yè)后輔助專業(yè)，先主要管道后次要管道的原則。此外，根據(jù)鈉系統(tǒng)的特殊要求，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)布置設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守下列原則：設(shè)備與管道必須采用焊接方式；要遵守相應(yīng)等級的設(shè)計(jì)規(guī)范；由于鈉管道的高溫和材料的特性，合理利用彎管、彎頭或矩形補(bǔ)償器吸收熱膨脹；須有符合規(guī)范要求的傾斜度；設(shè)置合理的固定點(diǎn)；合理配置支吊系統(tǒng)等。

圖4 本項(xiàng)目中典型系統(tǒng)的設(shè)備及管道布置

6）碰撞檢查。SmartPlant 3D的碰撞檢查有兩種工作模式，一種是基于服務(wù)器的碰撞檢查，檢查所有模型的所有碰撞；另一種是基于客戶端的交互式的碰撞檢查，可以實(shí)時(shí)幫助設(shè)計(jì)人員檢查模型是否發(fā)生碰撞。

在SmartPlant 3D中可對整個項(xiàng)目的模型進(jìn)行碰撞檢查（見圖5），即可以檢查出各專業(yè)模型間的直接碰撞（硬碰撞，紅色圓球或方塊提醒），包括：管道與管道、管道與設(shè)備、管道與結(jié)構(gòu)等，也可檢查出各模型與預(yù)留空間（如操作空間、檢修空間和保溫層等）的碰撞（軟碰撞，黃色圓球或方塊提醒）。

圖5 本項(xiàng)目中的實(shí)時(shí)碰撞檢查

7）圖紙和報(bào)表生成。三維建模只是手段，我們真正需要的是用于施工的管道軸測圖、平立面圖、材料報(bào)表等。SmartPlant 3D中自帶的圖紙和報(bào)表模板并不滿足我們的要求，必須對圖紙和報(bào)表模板進(jìn)行定制。相對于定制數(shù)據(jù)庫的繁瑣，定制圖紙和報(bào)表模板難度更大也更重要，需要了解定制模板相關(guān)的無數(shù)的選項(xiàng)和開關(guān)，需要理解數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲方式等。模板的定制是我們所遇到的最棘手、最困難的部分工作。經(jīng)過我們的不懈努力，并在Intergraph工程師的幫助和指導(dǎo)下，最終完成了此項(xiàng)工作。

3 結(jié)束語

在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，最終項(xiàng)目成果見圖6。在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中完成三維建模、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞和干涉檢查、施工模擬、軸測圖、平立面圖和材料報(bào)表從統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中提取等預(yù)期目標(biāo)。

信息時(shí)代設(shè)計(jì)手段日新月異，我們在快堆項(xiàng)目中引入SmartPlant 3D三維設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變，提升整體設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，形成了專業(yè)化設(shè)計(jì)能力。在工程實(shí)踐中，我們感受到Intergraph公司SmartPlant系統(tǒng)的前瞻性和先進(jìn)性，我們將逐步實(shí)現(xiàn)示范快堆項(xiàng)目三維數(shù)字工廠的設(shè)計(jì)、施工、管理集成化目標(biāo)。

圖6 快堆某項(xiàng)目三維模型

參考文獻(xiàn)

[1]鄧培坤，馬明.1.12 中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)初步設(shè)計(jì)任務(wù)書[J].中國原子能科學(xué)研究院年報(bào)，1995.endprint

我們在引入SmartPlant 3D設(shè)計(jì)平臺后，定制的快堆專屬管道元件數(shù)據(jù)庫（見圖2）。

圖2 部分快堆工程管道元件數(shù)據(jù)庫

2）操作權(quán)限劃分。SmartPlant 3D作為全廠設(shè)計(jì)軟件，所有專業(yè)都是在同一個環(huán)境下進(jìn)行設(shè)計(jì)，所有數(shù)據(jù)都存儲在服務(wù)器中，通過權(quán)限組和項(xiàng)目層級相匹配的方式來保證不同專業(yè)、不同人員既能互相協(xié)作而又不互相干擾。在開始一個項(xiàng)目設(shè)計(jì)前，系統(tǒng)管理員需要在服務(wù)器端建立一個項(xiàng)目，并劃分層次結(jié)構(gòu)和設(shè)定權(quán)限，權(quán)限組的層次如下：

項(xiàng)目/參考數(shù)據(jù)庫——最高層的權(quán)限組；

權(quán)限組目錄——含有用戶權(quán)限組的目錄；

用戶權(quán)限組——根據(jù)Windows登錄用戶或用戶組分配訪問權(quán)限。

操作權(quán)限級別如下：

Read—僅能瀏覽模型對象；

Write—可以建立、修改、刪除模型對象；

Full Control—可執(zhí)行寫權(quán)和批準(zhǔn)模型對象。

我們目前按專業(yè)進(jìn)行了權(quán)限組的劃分：Piping、Structure、Electrical、Drawing等。

3）土建結(jié)構(gòu)建模。首先，結(jié)構(gòu)專業(yè)人員根據(jù)項(xiàng)目的總體方案，使用Grids模塊進(jìn)行項(xiàng)目的軸網(wǎng)布置，在Structure模塊中進(jìn)行土建結(jié)構(gòu)建模，確定廠房的尺寸和坐標(biāo)，便于設(shè)備布置和定位等，再建立廠房整體結(jié)構(gòu)，使模型具備土建條件。

圖3 快堆某項(xiàng)目廠房結(jié)構(gòu)模型

4）設(shè)備建模和布置。設(shè)備建模在Equipment and Furnishings模塊中進(jìn)行。SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中有部分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型，本項(xiàng)目所需的大部分設(shè)備模型都需要利用標(biāo)準(zhǔn)幾何體進(jìn)行拼裝，并保證外形尺寸、接管尺寸和方位等與設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)一致。當(dāng)然也可以將設(shè)備的三維設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入到SmartPlant 3D數(shù)據(jù)庫中使用。設(shè)備建模完成后，可以按廠房的尺寸坐標(biāo)和工藝要求進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。

5）管道布置。管道的設(shè)計(jì)在Piping模塊中進(jìn)行，必須嚴(yán)格按照工藝流程圖進(jìn)行，并遵循先主工藝專業(yè)后輔助專業(yè)，先主要管道后次要管道的原則。此外，根據(jù)鈉系統(tǒng)的特殊要求，在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)布置設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守下列原則：設(shè)備與管道必須采用焊接方式；要遵守相應(yīng)等級的設(shè)計(jì)規(guī)范；由于鈉管道的高溫和材料的特性，合理利用彎管、彎頭或矩形補(bǔ)償器吸收熱膨脹；須有符合規(guī)范要求的傾斜度；設(shè)置合理的固定點(diǎn)；合理配置支吊系統(tǒng)等。

圖4 本項(xiàng)目中典型系統(tǒng)的設(shè)備及管道布置

6）碰撞檢查。SmartPlant 3D的碰撞檢查有兩種工作模式，一種是基于服務(wù)器的碰撞檢查，檢查所有模型的所有碰撞；另一種是基于客戶端的交互式的碰撞檢查，可以實(shí)時(shí)幫助設(shè)計(jì)人員檢查模型是否發(fā)生碰撞。

在SmartPlant 3D中可對整個項(xiàng)目的模型進(jìn)行碰撞檢查（見圖5），即可以檢查出各專業(yè)模型間的直接碰撞（硬碰撞，紅色圓球或方塊提醒），包括：管道與管道、管道與設(shè)備、管道與結(jié)構(gòu)等，也可檢查出各模型與預(yù)留空間（如操作空間、檢修空間和保溫層等）的碰撞（軟碰撞，黃色圓球或方塊提醒）。

圖5 本項(xiàng)目中的實(shí)時(shí)碰撞檢查

7）圖紙和報(bào)表生成。三維建模只是手段，我們真正需要的是用于施工的管道軸測圖、平立面圖、材料報(bào)表等。SmartPlant 3D中自帶的圖紙和報(bào)表模板并不滿足我們的要求，必須對圖紙和報(bào)表模板進(jìn)行定制。相對于定制數(shù)據(jù)庫的繁瑣，定制圖紙和報(bào)表模板難度更大也更重要，需要了解定制模板相關(guān)的無數(shù)的選項(xiàng)和開關(guān)，需要理解數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)存儲方式等。模板的定制是我們所遇到的最棘手、最困難的部分工作。經(jīng)過我們的不懈努力，并在Intergraph工程師的幫助和指導(dǎo)下，最終完成了此項(xiàng)工作。

3 結(jié)束語

在該項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，最終項(xiàng)目成果見圖6。在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中完成三維建模、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞和干涉檢查、施工模擬、軸測圖、平立面圖和材料報(bào)表從統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中提取等預(yù)期目標(biāo)。

信息時(shí)代設(shè)計(jì)手段日新月異，我們在快堆項(xiàng)目中引入SmartPlant 3D三維設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變，提升整體設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)效率，形成了專業(yè)化設(shè)計(jì)能力。在工程實(shí)踐中，我們感受到Intergraph公司SmartPlant系統(tǒng)的前瞻性和先進(jìn)性，我們將逐步實(shí)現(xiàn)示范快堆項(xiàng)目三維數(shù)字工廠的設(shè)計(jì)、施工、管理集成化目標(biāo)。

圖6 快堆某項(xiàng)目三維模型

參考文獻(xiàn)

[1]鄧培坤，馬明.1.12 中國實(shí)驗(yàn)快堆（CEFR）控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)初步設(shè)計(jì)任務(wù)書[J].中國原子能科學(xué)研究院年報(bào)，1995.endprint