三维工厂设计软件在核电设计配合中的应用与研究

杨晖　曹林　刘升志　陈林

引言：在面临电厂建设全周期信息数字化的总趋势下，本文以三维工厂设计软件为核心，介绍在核电领域中项目管理和三维设计配合的应用。

一、前言

随着信息数字化的发展，搭建以计算机通信技术为基础的三维设计平台进行统一设计和管理，已成为当今各大电力企业的主导发展方向。核电工厂在国内的数字工厂建设一直处于领先地，作为主要的核电设备供应商我们不仅需要满足不同项目在多种软件平台下数字工厂建设的各方面要求，同时还需建立包含工程配合、计算分析、设计制造、安装服务的完整的管道设计体系，以满足厂内的生产需求。

二、三维设计配合

国内核电项目逐渐采用数字化工厂设计模式，核电汽轮机设备布置及管道设计需要三维工厂设计平台下进行，工程配合需要面对不同的业主和不同的设计院。以往工作模式为单纯的进行图纸设计，而现阶段可以在工程配合初期就参与到核电数字工厂的异地协同设计当中。

其中PDMS是完全基于数据库管理的多专业协同设计软件，也是业内使用最为广泛的三维工厂设计软件之一。下面就以PDMS 软件为例介绍三维工厂设计软件在核电项目中关于模型移交、网络碰撞检查、异地协同设计方面的应用，以及如何通过数据库开发实现了软件自动根据系统等级手册进行管件选型匹配，通过开发工具集实现碰撞检查的电子表格管理，通过开发区域显示等工具集模块如何优化三维设计方法。

1）异地协同设计

核电工程项目，往往需要多个专业协同设计完成。工程设计是多专业综配合设计的成果，强调整体水平和相互协调配合，因此整个设计过程是各专业间反复配合的过程，最终设计成果不是简单的叠加，而是有机结合。

协同设计的目的不仅仅是数据设计，更重要的是注重对信息的交流和管理。PDMS就是作为一体化多专业协同设计数据平台，通过计算机网络使不同专业设计者，分散的设计部门连为一体，改变了以电话、传真、邮件和会议为基础的传统配合模式，从而设计效率达到最大化。对于PDMS，通过多专业配合，建立整个项目的统一的数字化三维模型，不仅解决了管道、设备、土建、暖通、电缆桥架等各专业详细设计的交叉配合问题，而且能以三维模型为基础在平台上实现各专业间的提资配合、工程图纸和报表的提交等工程配合问题。

2）碰撞配合

碰撞检查是三维工厂设计软件区别于二维设计方法中最突出的设计功能。而传统的三维设计碰撞配合都是通过一个较繁琐的过程来实现，先通过电话邮件等方式交换意见，再定期召开专门的三维碰撞会协商解决存在的碰撞问题达成一致意见，最后修改三维模型及收换设计图纸。整个配合过程相对繁冗，时效性差，容错率高，而且浪费大量的人力、物力和时间，影响管道的设计质量及工厂的生产制造周期。由于传统项目三维设计软件和平台不统一，三维模型需转化数据容易出现偏差，碰撞点数目多，信息量大，筛选耗时多，且容易遗漏问题。因三维碰撞问题经常导致图纸设计更改，从而影响到项目的施工进度。

通过PDMS建立安全的网络共享数字平台，可以在平台上实时更新模型，保证当前模型反应了双方真实设计状态，大大减少了由此产生的碰撞问题。另外，PDMS软件自带的碰撞检查软件实际操作性差、碰撞检查效率低。利用PDMS开发的工具集，减少了虚假碰撞点数量，节约碰撞配合时间，提高工作效率。通过改进原有的碰撞配合方法，利用计算机信息化查找碰撞信息，双方协商制定碰撞解决方案并存档记录，修改三维模型，显著的提高了三维配合的执行效率。

3）数据共享

PDMS项目数据的存储采用“金字塔”式的树状结构及堆嵌的方式，有利于项目数据的管理和恢复。数据库的管理采用分门别类的方式，不同性质的数据存储在不同的数据库中，如设计数据对应“DESI”，出图数据对应“PADD”，元件等级数据对应“CATA”等 ，有利于数据交互和传递。管理员可以对数据库进行删除，创建，复制，引用等操作，并定期对数据库做完整性检查和备份工作。一般一个标准数据库的创建需要耗费大量的人力物力，因此可以通过对项目的访问引用和复制数据库。

通过设置各种筛选条件便可实现对信息统计筛选，前期配合时可以进行工程提资，如电气专业需要阀门，测量仪表等的定位信息以便布置电缆和接线盒，这时只要直接检索其名称类型和定位坐标即可；还可以提取材料报表，方便采购部门预备生产材料。

4）出图定制

虽然如今项目设计主要以三维软件为工具，但工厂制造，现场安装仍然以二维图纸为主，图纸也是项目设计成果的最终体现形式。工厂预制管道，我们要设计管道ISO图；现场安装设备，我们要设计设备布置图。PDMS拥有强大的出图功能，DRAFT模块可以出平面图、剖面图等，ISODRAFT模块可以出管道ISO图。利用PDMS自动出管道ISO图，减少重复工作量，大幅提高了出图效率。相对于人工绘图，PDMS将管道ISO图，三维模型和数据库紧密的联系在一起，保证了数据的一致性和准确性，不仅能根据三维模型进行合理的管道拆分，而且直接提取标准数据库的信息，避免人为设计导致的疏忽错误，从而大大提高了图纸的设计质量。

5）工具集开发

PDMS具有开放的开发环境，除了核心代码封装在软件程序内，大部分对象、函数和窗体都是开源的。运用PDMS自带的编程语言PML以及PML.NET可以开发各种工具插件来提高软件的工作效率，通过加载外部动态库和自定义控件，实现PDMS与其他应用软件CAD、OFFICE等的动态接口，扩展PDMS的应用范围。从而更加快速高效的操作PDMS数据库。

而且通过开发数据库可根据各自公司的生产工艺流程将需要的所有数据信息反应在设计图纸或BOM表中，也可根据要求生成电子表格通过定制接口软件实现与其他数据管理平台间的数据共享。

三、结语

PDMS作为集项目设计、配合和管理为一体的数字化平台，为项目执行提供了最佳的解决方案。本文就PDMS在核电三维设计配合工作的功能和应用作了些通用性的介绍和深入探讨，为大型核电项目的三维数据管理提供了指导方向。文章还介绍了PDMS软件二次开发的应用，阐述了软件二次开发的基本思路和方法，通过开发各种满足设计工作需求的工具集，大大提高了工作效率和工作质量。当然在今后的工作中，为使三维工厂设计软件更好的服务项目的发展， 进一步深入软件的开发应用，例如开发与EXCEL关联的设计进度校审工具来优化三维设计校审流程；开发AUTOCAD插件，使管道ISO图设计更加智能化。

参考文献

[1] AVEVA PDMS Manuals.

[2] ASME B31.1-2007 动力管道.

[3] ISEIT2012 Paper Collection.

（作者单位：东方汽轮机有限公司）