核电工程三维布置设计数据的技术状态控制

周志钢　杨帆

摘 要：核电工程设计是多学科、多团队分工协作的系统性工作。当前，核电工程布置设计广泛采用PDMS软件，各专业的协同逻辑和工作流程均内化在PDMS中。要实现各专业高效协同，必须确保各专业设计的深度匹配、进度协调、状态对等，即对三维设计模型实施技术状态控制。文章分析研究了基于PDMS的核电工程三维布置设计数据技术状态控制方法，论述了如何利用模型数据状态进行三维布置设计的过程控制与数据管理，归纳了技术状态管理在核电工程布置设计中典型的应用实践。

关键词：核电工程；PDMS；三维布置设计；模型数据；状态控制

中图分类号：TM623；TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）09-0004-03

技术状态管理（Configuration Management）于20世纪60年代起源于美国的军事和航天工业，90年代在美国和欧洲形成了比较完善的行业标准和体系，并被逐渐应用到核电、航空、智能交通和高端制造等领域。在核电领域，从设计阶段开始即建立全面的技术状态管理体系直至电站移交给业主也被作为明确的要求写入了欧洲用户要求（EUR）及美国用户要求文件（URD）中。IAEA于2010年针对核电厂技术状态管理发布了专门的安全报告（IAEA-Safety Reports Series-No.65），并建议在新建核电厂和在役核电厂中实行技术状态管理。

在核电工程中，布置设计所涵盖的数据量庞大、参与者众多、接口信息复杂，并直接指导物资采购与现场安装等活动，因而是实施技术状态管理的优先领域。

PDMS（Plant Design Management System）是三维布置设计的主流产品之一，被广泛应用于核电工程设计，其协同设计机制使处在不同地域、不同专业的设计人员都能获取到实时的设计数据。这就要求模型数据应当有明确的技术标识，标明其设计状态及其可用性，以便于各相关专业设计者或上下游应用者能准确有效地进行协同，从而提升了工作效率和质量。

1 实施模型数据状态控制的技术基础

PDMS是以数据库为核心、以项目为应用单元、基于元件等级规则驱动的多专业三维布置设计软件。她本身不具备技术状态管理功能，但通过充分引入技术状态管理理念，进而挖掘其软件功能，亦可有效地进行模型数据的技术状态控制。

1.1 PDMS的数据库类型

PDMS的数据存储载体是一系列有数据关联关系的数据库，根据存储数据类型的不同，数据库所列的几类见表1。

1.2 PDMS的数据库层次结构

PDMS软件中有两个层级的数据库：主数据库（Master Dat-

abases）和子数据库（Extract Databases）。主数据库一般是多写数据库（允许多个用户同时写数据库，但对模型数据有签入-签出的控制以避免同一模型对象同时被多人修改），而子数据库则是主数据库的下级数据库，且子数据库也可以是多级的，但只能从属于DESI/PADD/CATA/ISOD类型的数据库。

这种主-子数据库结构提供了一种控制设计对象发布给其他专业或人员的方法，使用子数据库可以持久的签出需修改的数据，控制某个专业内部的设计流程（如设计、发布）或专业间的交叉设计（如小管与大管共用的支架）。

1.3 PDMS的数据工作区

工作区（MDB）是用户进入PDMS项目时选定的能查看的数据库的集合，通过工作区的合理设置，可使不同的用户查看到对其设计工作有效且必要的模型数据。

1.4 PDMS的模型数据结构

PDMS使用树状结构形式的资源管理器管理模型数据，规范模型数据各层对象之间的从属关系。树状结构中各层对象可命名，且命名唯一。树状结构中各层均有特定的数据类型，在核电工程三维布置设计实践中，物项与模型结构层次对应关系已基本固化，见表2。

而PDMS对模型数据的签出-签入控制是作用于特定数据层次的，即各类模型的基本元素（Primary Element），如管道模型的基本元素對应的是Branch层次。因此，模型状态控制的颗粒度应大于或等于基本元素。

2 模型数据技术状态控制方法

2.1 项目层次的技术状态控制

核电工程的设计和建造一般是以已建成或进度先于本项目的同类堆型项目为参考，而其模型也是以参考项目指定时点的阶段成果模型作为项目初始模型，即三维布置设计的基准技术状态（Reference Configuration）。

项目初始模型确认后，需对其进行定义、说明和标识，作为项目三维布置设计的技术基线。

2.2 数据库层次的技术状态控制

三维模型存储在PDMS的设计数据库中，一系列设计数据库构成完整的项目模型数据，数据库层次的状态控制是最基础的模型状态控制手段。

设计数据库可设置为三个层次。

2.2.1 专业内工作层

各专业进行本专业内三维设计工作的数据区域，通常为子数据库。

2.2.2 专业间协同层

通过PDMS数据发布机制将工作层完成的设计模型校审确认后对外发布的数据区域。该层次数据库为工作层子数据库的主数据库。

2.2.3 各设计阶段固化层

将项目主要设计阶段固化的模型数据进行提取并存档的数据区域。该层次数据库应为独立的主数据库。

此外，为便于各专业在确定综合设计方案前进行充分的信息交换和协同配合，还可建立专门的临时研究层数据库，使设计人员可以不受权限限制的建立各类设计模型，推演各自设计方案。相关专业可以直观便捷地互动，以形成最终的设计方案。

设计数据库的层次设置如图1所示。

核电工程设计应用中，通常按专业、设计范围和厂房（或子项）的组合划分设计数据库，命名规则为：

模型专业_设计范围_厂房或子项_数据库类型代码_ 数据库层次标识（M/E）。

其中：

①“模型专业”通常是按布置设计物项进行划分的，如土建、设备、管道、桥架、支吊架等。

②设计范围按不同参与单位的设计分工划定；若不涉及多个参与单位，则不需要设置该划分要素。

③数据库层次如前所述，包含专业内工作层和专业间协同层，分别对应标识M（Master）和E（Extract）。

2.3 用户工作区层次的技术状态控制

如前所述，通过数据工作区差异化设置可使不同设计用户查看对其有效且必需的数据。

为此，工作区通常按设计专业进行设置，即将本专业内工作层的数据库和其他专业间协同层的数据组织在一起，如图2所示，使各专业设计用户能浏览到充分、必要且有效的数据，进而更好的进行协同设计。

注：以专业A的设计工作区为例，包含有DB1_E、DB2_M、DB3_M三个数据库，即包含本专业工作层数据库，还包含相关专业（B、C）协同层数据库。其他专业设计工作区的设置依次类推。

2.4 模型元数据的技术状态控制

模型状态控制对象是PDMS树状数据结构的某个层次，称其为三维布置设计技术状态控制的元数据，结合上文的论述，根据各模型专业设计的基本单元对象，选定的PDMS元数据见表3。

模型状态控制的方式是通过对元数据特定的自定义属性值的设置而实现的，例如为上述模型状态对象定义一个自定义属性：MMSSTATUS，通过对该属性进行赋值以标识其所依附对象的技术状态。

3 模型数据技术状态控制综合应用

3.1 模型数据技术状态与布置设计流程

管道布置是三维布置设计的核心内容，其设计流程及其状态控制方法最具代表性。本节以管道模型设计过程为例，论述其状态控制方法。

将管道布置模型从生成（节点“0”）至其完成固化并出图（节点“100”），每一节点值对应着相应的设计完成度（%）。按照布置设计逻辑，其主要状态控制节点如图3所示。

由图3可见，通过对管道布置设计流程的定制，明晰了模型元数据所处的设计节点；通过实施元数据的状态标识，使开发出的配套模型校审流程能顺畅流转，从而实现了对三维布置设计过程的精准控制。

3.2 模型数据状态控制与设计权限管理

各布置设计专业负责（通常为主设人）其责任范围内设计对象（各模型元数据）状态值的修改，一旦状态属性值设定后，与该状态属性值匹配的PDMS的权限控制规则（Data Access Rule）随即生效，将对设计用户对模型及其属性所允许的修改进行控制。在某一状态值下，根据布置设计流程逻辑，对应一组允许对模型物项及其属性进行修改的操作，超出该范围的操作将被禁止。

通过模型数据状态控制与设计权限管理结合，实现了对设计流程各节点规划工作的精准控制。

4 模型技术状态控制的其他创新应用

4.1 专业间提资与收资

三维布置协同设计最典型的专业提资接口是工艺-结构提资与收资，即在三维环境中提出各工艺专业对土建结构的孔洞、预埋板、设备基座、荷载等需求，由结构专业进行收集与确认。在此过程中对提资信息所对应的模型载体进行技术状态控制，可显著提高接口的直观性和准确性，进而提升设计的效率与质量。

4.2 模块化三维设计

AP1000等核电工程广泛应用模块化技术，模块相关模型数据的三维设计流程与技术状态控制方法也需进行修正。对模块化物项的状态标识需综合应用模型状態节点值和模块化属性值，两者共同作用以控制模块物项的布置设计逻辑及其流程。

4.3 三维综合碰撞检查

多专业综合布置与碰撞检查也是三维布置设计过程中必不可少的环节，有赖于各模型专业物项技术状态控制的实施，各个综合碰撞检查节点所涵盖的模型数据基于明确的状态值及必要的完成度，实施效果更好。

5 结 语

①核电工程三维布置设计所包含的模型数据庞大而复杂，通过模型数据技术状态控制的实施，有效地支撑多团队、多专业的协同设计，充分发挥三维设计“所见即所得”的可视化优势，又达到了“所见知其义”及“所见即有效”的效果。

②基于技术状态管理理念首次建立起了依托模型数据的三维布置设计校审流程，对三维布置设计进行精细化过程控制，显著提升了核电工程三维布置设计的质量和效率。当然，在模块化正向设计情况下，如何更好的实施相关物项的状态标识和过程控制，有待于核电工程设计实践对其进行持续修正。

③技术状态管理的对象正逐步从“文件”层次过渡到“数据”层次，对核电三维布置设计数据的技术状态控制对象已细化至模型元数据，真正实现了基于数据的技术状态管理。

参考文献：

[1] GB/T 19017—2008、ISO 10007-2003，质量管理体系技术状态管理指南[S].

[2] GJB 3206-98，技术状态管理[S].

[3] 鲁勤武，李轶，吴祥勇.基于PDMS平台的核电工程模块三维设计系统研究开发[A].中国核学会2011年学术年会论文集（第2册）[C].2011.