智能電廠三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的成品生成研究

摘 要：隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，智能電廠的發(fā)展成為電力行業(yè)的重要趨勢(shì)。在智能電廠的設(shè)計(jì)階段，三維設(shè)計(jì)平臺(tái)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的設(shè)計(jì)協(xié)同。鑒于此，對(duì)平面布置圖、管道軸測(cè)圖、系統(tǒng)流程圖和管道材料匯總表的成品生成進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論：使用三維設(shè)計(jì)平臺(tái)生成的成品能夠提高設(shè)計(jì)精確度，節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，有利于數(shù)字化移交和智能電廠建設(shè)的數(shù)據(jù)處理、分析和使用。

關(guān)鍵詞：智能電廠；三維設(shè)計(jì)；平面布置圖；管道軸測(cè)圖；系統(tǒng)流程圖；管道材料匯總表

中圖分類號(hào)：TM769" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）23-0022-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.23.005

0" " 引言

20世紀(jì)90年代以來，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展極大地推動(dòng)了數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。這一技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)庫(kù)的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，還率先在歐美多個(gè)關(guān)鍵行業(yè)，如石化、核電、火電以及冶金等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[1]。這一變革顯著提升了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，使得多專業(yè)團(tuán)隊(duì)能夠更加高效地進(jìn)行協(xié)同工作，共享設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案。

在這一時(shí)期，我國(guó)的核電、火電等行業(yè)也緊跟國(guó)際趨勢(shì)，開始積極引進(jìn)和應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)。這一舉措不僅提升了我國(guó)在核電、火電等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)能力，還促進(jìn)了與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)的接軌，推動(dòng)了行業(yè)的整體進(jìn)步。

進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)字化技術(shù)繼續(xù)向更深層次發(fā)展，逐漸應(yīng)用到工程的全壽命周期信息集成和運(yùn)維階段。這意味著設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和信息模型不再僅僅局限于設(shè)計(jì)階段，而是被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)、資產(chǎn)采購(gòu)、生產(chǎn)運(yùn)行等多個(gè)環(huán)節(jié)。這一轉(zhuǎn)變進(jìn)一步提升了工程項(xiàng)目的整體效率和管理水平，使得各個(gè)環(huán)節(jié)之間的信息流通更加順暢，決策更加科學(xué)準(zhǔn)確。

數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為工程行業(yè)帶來了顯著的變革和提升，它不僅提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，還促進(jìn)了工程全壽命周期的信息集成和管理優(yōu)化。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)將在未來繼續(xù)發(fā)揮更加重要的作用，推動(dòng)工程行業(yè)的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新。智能電廠的三維數(shù)字化水平將得到進(jìn)一步提升，為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展注入新的動(dòng)力。

1" " 智能電廠三維設(shè)計(jì)平臺(tái)

1.1" " 智能電廠三維數(shù)字化設(shè)計(jì)

智能電廠三維設(shè)計(jì)平臺(tái)是集三維建模、數(shù)據(jù)管理和智能分析等功能于一體的綜合性平臺(tái)，旨在提高電廠設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的效率和質(zhì)量。在智能電廠的設(shè)計(jì)階段，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)電廠的可視化，是智能化電廠中多項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)[2]。

1.2" " 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)

Intergraph SmartPlant作為?？怂箍礟PM（原鷹圖公司）的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品，包含了Intergraph Smart 3D（簡(jiǎn)稱S3D）和SmartPlant Pamp;ID（簡(jiǎn)稱SP Pamp;ID）等軟件。S3D是新一代三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，不僅簡(jiǎn)化了工程設(shè)計(jì)過程，還實(shí)現(xiàn)了多專業(yè)的設(shè)計(jì)協(xié)同，是當(dāng)前市場(chǎng)上最為先進(jìn)、智能、開放和全面的解決方案之一。SP Pamp;ID是一款以數(shù)據(jù)為核心，融合規(guī)則導(dǎo)向的智能化工藝設(shè)計(jì)與儀表流程圖繪制軟件，它不僅是一個(gè)CAD畫圖工具，更是一個(gè)管理工程數(shù)據(jù)、生成流程圖并分享數(shù)據(jù)的系統(tǒng)平臺(tái)。

2" " 實(shí)際工程的成品生成研究

華東電力設(shè)計(jì)院參與電廠三維設(shè)計(jì)的專業(yè)有汽機(jī)、鍋爐、電氣、建筑、結(jié)構(gòu)、水工工藝、熱控、輸煤、除灰、化學(xué)、暖通、總圖、消防、給排水等，標(biāo)識(shí)編碼系統(tǒng)采用《電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼標(biāo)準(zhǔn)》[3]。

2.1" " 平面布置圖和管道軸測(cè)圖

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程為：設(shè)計(jì)—多方設(shè)計(jì)協(xié)同—運(yùn)行碰撞檢查—檢查碰撞結(jié)果—修改圖紙和報(bào)告。在傳統(tǒng)的管道設(shè)計(jì)中，管道軸測(cè)圖需要等管道平面布置圖完成之后，才能根據(jù)平面布置圖進(jìn)行繪制。沒有管道的三維模型，設(shè)計(jì)人員只能通過平面布置圖并依據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來繪制管道軸測(cè)圖，這給后期的碰撞檢查帶來了極大的不便。在碰撞檢查中，若管道發(fā)生碰撞，則相關(guān)圖紙需要進(jìn)行升版，原來的平面布置圖和軸測(cè)圖也都需要進(jìn)行修改，這就增加了設(shè)計(jì)人員的工作量。

S3D能夠根據(jù)設(shè)計(jì)的三維模型，結(jié)合自定義的圖紙規(guī)則實(shí)現(xiàn)管道軸測(cè)圖和管道平面布置圖的自動(dòng)生成，同時(shí)可以做到模型的自動(dòng)消隱，模型尺寸、模型屬性和模型坐標(biāo)等都可自動(dòng)標(biāo)注。自動(dòng)生成管道軸測(cè)圖和管道平面布置圖，簡(jiǎn)化和加速了最終設(shè)計(jì)圖紙的完成，大大提高了設(shè)計(jì)效率。

在S3D中，多專業(yè)可同時(shí)開展三維設(shè)計(jì)工作，所有模型修改均可即時(shí)同步至所有參與設(shè)計(jì)的人員，確保團(tuán)隊(duì)間協(xié)作與最新信息的即時(shí)傳遞。在一個(gè)管道區(qū)域內(nèi)，多名設(shè)計(jì)人員能夠同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)、共同建模，可指定一個(gè)設(shè)計(jì)人員來布置管線走向，其他設(shè)計(jì)人員在其上添加儀表和放空放凈裝置等。S3D還有碰撞檢查功能，根據(jù)自定義的碰撞檢查規(guī)則能夠在設(shè)計(jì)的同時(shí)發(fā)現(xiàn)碰撞問題，因而碰撞問題能夠被立刻處理，這就保證了設(shè)計(jì)精度，也節(jié)省了設(shè)計(jì)時(shí)間。

以某工程二次高溫再熱蒸汽管道為例，設(shè)計(jì)人員在S3D中繪制二次高溫再熱蒸汽管道，并對(duì)其按照電廠標(biāo)識(shí)編碼命名，管線的壓力、溫度等參數(shù)寫入管道相對(duì)應(yīng)的屬性中（圖1）；儀表也采用電廠標(biāo)識(shí)編碼命名，其參數(shù)也寫入對(duì)應(yīng)的屬性中。

當(dāng)管道的三維模型設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)人員可在S3D中選擇定制好的管道軸測(cè)圖模板抽取管道軸測(cè)圖，使用定制模板生成的圖紙質(zhì)量高于傳統(tǒng)方式所出的圖紙。S3D中抽取出的二次高溫再熱蒸汽管道軸測(cè)圖如圖2所示，自動(dòng)生成的管道軸測(cè)圖包含完善的自動(dòng)標(biāo)注功能和匯總好的材料表，同時(shí)還可自動(dòng)更新圖紙修改記錄，能減少設(shè)計(jì)人員的手工編輯，大大縮短設(shè)計(jì)人員修改圖紙的時(shí)間。當(dāng)模型發(fā)生更改時(shí)，只需重新更新已有的管道軸測(cè)圖紙，即可完成圖紙的升版更新，這也節(jié)省了時(shí)間，從而縮短了設(shè)計(jì)周期，設(shè)計(jì)效率較之前提高不少。

2.2" " 系統(tǒng)流程圖

工程的系統(tǒng)流程圖采用SP Pamp;ID設(shè)計(jì)。SP Pamp;ID引用S3D的管道等級(jí)規(guī)范，管線層次根據(jù)電廠標(biāo)識(shí)編碼命名，儀表也采用電廠標(biāo)識(shí)編碼命名。

在設(shè)計(jì)階段，為方便設(shè)計(jì)人員工作，模型層次按區(qū)域或卷冊(cè)命名，施工圖完成后模型層次再按電廠標(biāo)識(shí)編碼進(jìn)行命名。管道和儀表編碼包括工藝相關(guān)標(biāo)識(shí)，設(shè)備編碼包括工藝相關(guān)標(biāo)識(shí)，設(shè)備參數(shù)采用Excel類型賦值。S3D中可以完成SP Pamp;ID的數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)，數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)如圖3所示。

圖紙成品采用19位工程管理編碼，該編碼體系在傳統(tǒng)的圖號(hào)編制原則的基礎(chǔ)上融合了電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼標(biāo)準(zhǔn)。圖紙的圖號(hào)與常規(guī)的圖號(hào)有較大區(qū)別，保留了工程號(hào)和專業(yè)代號(hào)，增加了全廠碼、標(biāo)識(shí)、圖紙類型的標(biāo)識(shí)。圖紙的文件名采用與圖號(hào)相同的編碼，圖號(hào)、圖紙文件名以及圖紙目錄均由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在后臺(tái)自動(dòng)生成，從而有效保證圖號(hào)和圖紙文件名的唯一性和準(zhǔn)確性。

外部廠家資料的文件名同樣采用19位工程管理編碼，納入統(tǒng)一的編碼管理體系。與設(shè)計(jì)相關(guān)的成品和資料采用同一套文檔編碼體系，有利于數(shù)字化移交和智能電廠建設(shè)的數(shù)據(jù)處理、分析和使用。

2.3" " 管道材料匯總表

管道材料匯總表詳細(xì)記錄了工程項(xiàng)目中各種管道工程所需的材料及其規(guī)格，包括但不限于管道、管件、閥門等，以及管道、管件、閥門等相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和材質(zhì)要求等信息。

利用S3D生成管道材料匯總表時(shí)，通過結(jié)合特定的文檔編碼規(guī)則與VBA編程技術(shù)，定制出自動(dòng)統(tǒng)計(jì)管道材料信息的模板并生成詳盡的管道材料匯總表。這一過程中，還融入了用戶友好的彈窗界面（圖4），用于收集封面信息，從而進(jìn)一步提升了管道材料匯總表生成的效率與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。自動(dòng)生成的管道材料匯總表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如圖5所示。

自動(dòng)生成管道材料匯總表相較于手動(dòng)整理具有顯著的優(yōu)點(diǎn)：

1）提高工作效率。自動(dòng)化過程可以顯著減少人工輸入和處理數(shù)據(jù)的時(shí)間。系統(tǒng)能夠自動(dòng)從數(shù)據(jù)源中抽取所需信息，并快速生成匯總表，從而節(jié)省了大量的人力和時(shí)間成本。

2）減少人為錯(cuò)誤。手動(dòng)整理數(shù)據(jù)時(shí)，很容易出現(xiàn)輸入錯(cuò)誤、遺漏或重復(fù)等問題。而自動(dòng)化生成則避免了這些人為因素帶來的錯(cuò)誤，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3）具有實(shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性。S3D可以實(shí)時(shí)或定時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中抓取最新數(shù)據(jù)，并立即生成最新的管道材料匯總表。

4）具有數(shù)據(jù)一致性。自動(dòng)化過程確保了數(shù)據(jù)的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化，所有數(shù)據(jù)都按照預(yù)設(shè)的規(guī)則和格式進(jìn)行抽取和整理，避免了因人為處理不當(dāng)而發(fā)生的數(shù)據(jù)混亂問題。

5）促進(jìn)信息共享和協(xié)作。設(shè)計(jì)人員通過S3D自動(dòng)生成的管道材料匯總表可以共享，促進(jìn)了信息的流通和協(xié)作。不同部門和崗位之間可以基于同一份數(shù)據(jù)進(jìn)行討論，提高了整體工作效率和協(xié)作能力。

6）降低長(zhǎng)期成本。自動(dòng)生成管道材料匯總表可以顯著降低人力成本，減少錯(cuò)誤帶來的損失，并提高整體設(shè)計(jì)效率。

3" " 結(jié)束語(yǔ)

智能電廠三維設(shè)計(jì)平臺(tái)是電廠數(shù)字化、智能化發(fā)展的重要支撐平臺(tái)，它將為電廠的建設(shè)、改造和運(yùn)營(yíng)帶來革命性的變化。平面布置圖、管道軸測(cè)圖、系統(tǒng)流程圖和管道材料匯總表是電廠設(shè)計(jì)成品的重要組成部分，在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)生成成品，優(yōu)化設(shè)計(jì)流程和增強(qiáng)協(xié)同能力，能顯著提升設(shè)計(jì)的效率與品質(zhì)，并有效壓縮設(shè)計(jì)周期，同時(shí)也為數(shù)字化移交提供了有力支持。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 黃若偉，劉偉，李朝順.供電設(shè)計(jì)企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用調(diào)研[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2020（2）：54-56.

[2] 劉中華，孫濤，舒開太.智能電廠建設(shè)探討[J].能源研究與管理，2018（4）：52-54.

[3] 中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)電自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)，電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì).智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要[M].北京：中國(guó)電力出版社，2016.

收稿日期：2024-08-22

作者簡(jiǎn)介：包艷冰（1992—），女，福建三明人，碩士研究生，工程師，從事數(shù)字化設(shè)計(jì)、移交、智能電廠運(yùn)維等方面的工作。