基于Intergraph Smart 3D的電廠空間管理及優(yōu)化

■ 中機(jī)國能電力工程有限公司 龔佳琦 李夢順

1.引言

火力發(fā)電項目具有項目體量大、涉及專業(yè)多、專業(yè)間設(shè)計協(xié)同度不足、設(shè)計資料更新不及時等問題，導(dǎo)致設(shè)計人員對設(shè)計空間管理存在較大的困難，如在設(shè)計過程中閥門位置放置不當(dāng)，使得閥門操作不便；管道空間布置不合理，未能給維修人員留出足夠的維修空間；專業(yè)之間協(xié)同不足，施工過程中不同專業(yè)之間出現(xiàn)物理碰撞，需要修改設(shè)計方案等。一個合理的電廠空間管理包含安全、功能、成本及美學(xué)4個層面，設(shè)計人員需要在保證電廠安全及功能的前提下，盡可能地節(jié)約工程成本，并追求電廠整體布局的整齊美觀。電廠空間管理的合理性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性，將直接影響項目后期的施工進(jìn)度、質(zhì)量及成本。使用Smart 3D 的三維可視化、專業(yè)集成以及碰撞檢查功能進(jìn)行電廠的空間管理及優(yōu)化，可從根本上提高設(shè)計質(zhì)量。

2.影響設(shè)計過程中空間管理的因素

大到功能區(qū)的劃分、設(shè)計空間的整體布局，小到管道走線、閥門的放置，都是電廠空間管理的內(nèi)容。三維軟件仿真度的優(yōu)劣、設(shè)計規(guī)則的制定、專業(yè)協(xié)同的手段，是影響空間管理的重要因素。

2.1 模型部件的精度

閥門手輪和管道相撞、閥門下閥體穿樓板[1]等細(xì)部問題是火力發(fā)電工程中常見的問題，在三維設(shè)計中，模型部件外形精度的高低會影響設(shè)計人員對設(shè)計空間的細(xì)部掌控，對是否能合理地利用設(shè)計空間起到至關(guān)重要的作用。

Smart 3D 軟件以數(shù)據(jù)為核心[2]，數(shù)據(jù)庫管理人員可根據(jù)《2000典管》《閥門清冊》等定制高精度的模型部件，建立模型部件庫，設(shè)計人員可以更加真實地模擬出不同部件的實際占空。

Smart 3D 中的模型部件的創(chuàng)建，可以通過參數(shù)化、非參數(shù)化以及導(dǎo)入外部文件來實現(xiàn)[3]，外形簡單、參數(shù)化可行性高的部件（如典管部件、標(biāo)準(zhǔn)閥門、常規(guī)小型設(shè)備等），可以通過運(yùn)用VB 程序或Solidage 軟件進(jìn)行小型設(shè)備以及管道部件的參數(shù)化設(shè)計；廠家定制的大型設(shè)備（如汽輪機(jī)、鍋爐等）則運(yùn)用Revit 進(jìn)行單獨定制，以保證設(shè)備的精準(zhǔn)性。（圖1）

圖1 管道部件/設(shè)備定制流程

圖2 專業(yè)分工與協(xié)同設(shè)計

2.2 設(shè)計規(guī)則的制定

相對于二維邏輯設(shè)計而言，三維布置設(shè)計更直觀、方便。對于如何運(yùn)用三維設(shè)計平臺進(jìn)行更合理的設(shè)計空間布局，需要在設(shè)計前對整個建筑空間和設(shè)計流程提出合理的規(guī)定。

規(guī)定內(nèi)容包括：

(1) 制定合理的人行通道寬度和高度，以免阻礙人員通行；

(2) 規(guī)定閥門的最高安裝位置，以免對工作人員操作造成不便；

(3) 模塊化設(shè)計，盡量做到設(shè)備、管道、儀表的整齊劃一；

(4) 確定同專業(yè)設(shè)計內(nèi)容的優(yōu)先級，以“先主后次、次要避讓”為主要原則。如管線設(shè)計時，優(yōu)先進(jìn)行四大管道的定位和設(shè)計，再設(shè)計其他；

(5) 確定不同專業(yè)設(shè)計內(nèi)容的優(yōu)先級，以設(shè)計變更難度小的配合設(shè)計變更難度大的。

……

Smart 3D 軟件提出Operation（操作空間）、Mainten ance（維修空間）的概念，設(shè)計人員可按照規(guī)定內(nèi)容進(jìn)行空間的預(yù)設(shè)，如汽機(jī)房管道走線前先利用Maintenance 功能對主要人行通道進(jìn)行占位，在設(shè)計前期就可以避免出現(xiàn)空間布局不合理問題。

2.3 專業(yè)協(xié)同

傳統(tǒng)基于文檔的設(shè)計管理方法既耗時又費力，而且嚴(yán)重依賴容易出錯的重復(fù)性人工活動。Smart 3D 軟件基于SmartPlant Foundation 進(jìn)行數(shù)據(jù)集成、整理、加工等，實現(xiàn)跨專業(yè)的數(shù)據(jù)復(fù)用、自動升版控制和變更管理、統(tǒng)一輸出。自動化和數(shù)據(jù)復(fù)用使非增值性工作不占用寶貴的時間，自動化變更管理和版本控制確保及時向下游工作流程提供設(shè)計變更，使設(shè)計保持連貫和通暢，避免在設(shè)計過程中因?qū)I(yè)提資不及時發(fā)生專業(yè)碰撞問題。（圖2）

3.基于碰撞檢查功能的空間優(yōu)化

3.1 碰撞檢查

IFC Customization 插件是海克斯康PPM 為Smart 3D 研發(fā)的一款碰撞檢查軟件，可對空間布局合理性進(jìn)行檢閱，成為空間優(yōu)化管理的依據(jù)。

在Smart 3D 環(huán)境下，對全廠設(shè)計的管道、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣等進(jìn)行碰撞檢查、提高凈空利用率、優(yōu)化管道走線，為設(shè)計空間優(yōu)化提供技術(shù)支持。根據(jù)設(shè)計需求，將碰撞檢查分為兩類。一類為物體間的直接物理碰撞（硬碰撞）；另一類為物體與預(yù)留空間的碰撞（軟碰撞）。預(yù)留空間是指管道保護(hù)層、閥門操作空間、巡檢維護(hù)空間等。碰撞檢查的方式則由碰撞檢查規(guī)則驅(qū)動，由加載的Excel 表進(jìn)行控制。

3.1.1 碰撞檢查規(guī)則的優(yōu)化

運(yùn)用“IFCRule.xls” 文件中的“IFCClearanceRule”表定義Smart 3D 工程中的碰撞規(guī)則?！痘鹆Υ箅姀S汽水管道設(shè)計技術(shù)規(guī)定》第5章“管道及附件的布置”中，對“IFCRule.xls”文件做了相應(yīng)的編輯，以滿足實際工程需要。

碰撞檢查規(guī)則又分為碰撞規(guī)則和忽略規(guī)則。碰撞規(guī)則中按照軟碰撞和硬碰撞，制定不同的凈空距離，如管道保溫層與墻體之間的凈空距離不小于150mm，凈空距離低于150mm視為碰撞。（表1）

表1 碰撞規(guī)則表

忽略規(guī)則是對不必要的碰撞內(nèi)容進(jìn)行忽略，如結(jié)構(gòu)本身存在多種關(guān)聯(lián)關(guān)系，碰撞檢查時會檢測出大量關(guān)聯(lián)點的碰撞信息，但此類信息在設(shè)計過程中必然發(fā)生，設(shè)計人員無需關(guān)注，因此，需要定制忽略規(guī)則，忽略結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)本身的碰撞。（圖3）

圖3 忽略規(guī)則

3.1.2 碰撞報表的自動生成

Smart 3D 軟件提供碰撞報表自動生成的功能，碰撞報表由碰撞點三視圖和碰撞信息匯總表兩部分組成。碰撞信息匯總表能自動進(jìn)行信息匯總，顯示單個設(shè)計人員設(shè)計成果中碰撞點的個數(shù)，方便設(shè)計人員設(shè)計進(jìn)行設(shè)計復(fù)查、變更，校審人員可以通過碰撞報告直觀了解到當(dāng)前設(shè)計問題，提出設(shè)計變更意見，在設(shè)計階段就發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的不合理。（圖4、圖5）

圖4 單人設(shè)計碰撞個數(shù)匯總

3.2 電廠空間優(yōu)化

3.2.1 閥門安裝位置優(yōu)化

每個手動閥門和主要電動閥門都應(yīng)預(yù)留相應(yīng)的檢修空間或操作空間。Smart 3D 提出的Operation 概念，在進(jìn)行閥門DLL 文件編寫過程中可同時定義維修空間的大小。（表2）

圖5 碰撞信息匯總表

表2 閥門碰撞規(guī)則優(yōu)化表

通過定制閥門碰撞檢查規(guī)則，來優(yōu)化閥門的安裝。在碰撞檢查規(guī)則中定義不允許任何其他管道、設(shè)備、建筑與其產(chǎn)生軟、硬碰撞，并滿足最小凈空距離，但該閥門的維修空間一定要與樓板產(chǎn)生軟碰撞。這樣不但保證了閥門的維修空間不會被其他部件占用，同時還保證了該閥門在維修人員觸手可及的高度，無需增加不必要的操作平臺，節(jié)約土建建設(shè)成本。

3.2.2 電廠功能區(qū)優(yōu)化

液氮貯存設(shè)施、通風(fēng)冷卻塔的布置間距，氫站、燃油設(shè)施、液氮貯存設(shè)施與其他生產(chǎn)、輔助建筑的排布等，都需滿足《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中的關(guān)于電廠功能區(qū)布置的相關(guān)要求，通過Smart 3D 中Volume 的功能對各類功能區(qū)域進(jìn)行框定，通過定制相關(guān)功能區(qū)的碰撞規(guī)則對電廠功能區(qū)排布進(jìn)行合理性檢查，優(yōu)化電廠空間布局、提高設(shè)計質(zhì)量、保證工程安全。

4.總結(jié)

Smart 3D 擁有開放的數(shù)據(jù)庫、靈活的三維設(shè)計界面、高效的專業(yè)協(xié)同平臺，為設(shè)計空間的管理和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。在設(shè)計準(zhǔn)備階段，可利用Smart 3D 平臺中Operation、Maintenance 等，根據(jù)設(shè)計規(guī)則進(jìn)行初步的設(shè)計空間布置和占位。在設(shè)計階段，Smart 3D 高效的專業(yè)協(xié)同能力提高了設(shè)計人員對空間整體布局的掌控；精準(zhǔn)的模型部件和可視化的三維視角提高了設(shè)計人員對細(xì)部空間的把控。在設(shè)計后期，可利用Smart 3D 的碰撞檢查功能對設(shè)計內(nèi)容做最后的檢驗，保證電廠設(shè)計的空間合理性。