三维数字化协同技术在电厂设计中的实践研究

秦达飞

【摘  要】依据电力行业对数字化协同设計的普遍认识，参考中国电力规划设计协会所制定的规范，以电力勘测设院、电力设计院为代表的一批设计院把数字化协同设计分解成了以下四个阶段：项目订制、系统设计、布置设计、详图设计，文章就四段式协同设计的理论依据与实践方法做了研究实践。

【关键词】数字化协同设计;四段式设计;布置设计;协同设计

引言

在利用数字化协同技术进行设计时，主要将其分为如下几个部分：系统设计、详图设计、项目定制以及布置设计，其中，在项目定制方面，除了包含项目的 WBS 之外，还涉及了对数据的建立以及相关工作人员的划分工作;在系统设计方面，其核心工作就是设计 P & ID 图;布置设计方面主要是针对电厂的内部结构、应用设备、管道以及涉及的各种建筑进行三维模型的创建，而后在相关三维模型的基础上添加实体参数，以此实现实体和三维模型的有效结合，最后再对该模型进行定义;在详图设计方面，主要任务是剖析三维模型图，并提取出立剖图以及平面图，不难看出，在这四个部分中，最重要的阶段就是系统设计阶段。发展中，信息共享以及有效传输一定意义上有着很重要的作用。对于数字化电厂采用协同技术以及三维技术在一定意义上能够使得电厂的效率提升，在这当中主要就是对数据库进行有效应用，从而能够将平面设计专项三维设计进行转换，以此来使得数字化电厂有效稳定发展。

一、协同与三维设计技术特点及设计过程

（一）协同与三维设计技术的特点

a直观性，对于三维设计技术来讲其主要就是采用计算机对物体的立体模型在布置中实现仿真处理，对电厂的工作环境进行仿真，有着一定的直观性。b协同性。其主要表现在三维设计对于相关的网络信息技术的应用，在相关的网络设计软件平台当中，采用三维技术能够对于相关的系统以及布置状况信息有效协调设计，对传统的面对面的方式进行了摈弃，采用相关的数据模型对于平面设计当中的相关数据信息有效设计，从而将数据获取的实时性以及数据模型信息进行获取，从而有效的实现不同的专业当中同步协同作用。c信息集成。三维设计模型有两种属性，一种是图形属性，一种是非图形属性，采用相关的模型当中所表现出的工程信息以及物理信息和管理信息，从而为电厂实现数字化奠定良好的发展基础。

（二）协同与三维设计技术的过程

数字化协同设计的过程被分为四个阶段：项目订制、系统设计、布置设计、详图设计。项目订制包含以下几个部分的内容：项目的WBS、相关人员权限的划分，相关数据服务的建立及各项标准的订制。系统设计主要指P&ID图的设计。布置设计包含以下几个部分的内容：（1）对全厂内的各种设备、建筑、结构等实体建立三维模型。（2）在所建立的模型上附加各种设备、建筑、结构等实体的技术参数指标，完成附加后即得到了各类实体的数字化三维模型。（3）对所建立的数字化模型之间的关系做出详细的定义。在布置设计过程中亦包含信息模型的协同、各个专业间提资的流程、并行设计等技术的实现。

二、三维数字化协同技术在电厂设计中的应用

（一）系统设计

在设计电厂的过程中，最为关键的环节就是系统设计阶段，即设计 P & ID 流程图。一般情况下，对 P & ID 的应用是有一定要求的，要能够满足有效转化数据、自定义查看功能，能够生成相关报表，可以满足制图和定制标准，在实际展开项目施工前，就应该明确提出项目应符合的所有标准，便于提前做好准备工作，为项目的顺利进行做好铺垫。在电厂设计过程中，要持续强化对三维模型的创建，此举既能够为模型的修改创造便利条件，又可以在一定程度上满足后期对模型的应用要求，同时，在创建三维模型时，还应该保证系统设计的质量，必须实现系统图完整的目标，在对二维图和三维图展开自动校验时，要用到 PDMS 系统，这是一款以数据为中心的管理和设计软件，应用该软件能够确保系统图和模型保持一致，对设计水平的提升起到了极大的促进作用。

（二）布置设计

创建轴网。作为电力设计的重点，机务专业主要就是需要和其他的相关专业进行协同有效建立相应坐标和对坐标原点有效确定，从而对轴网创建。轴网主要是由PDMS提供的GridLine工具完成，轴网原点位置若是在确定之后，通常很少更改。在轴网完成确定之后需要将数据库层次进行保存，同时对其权限只能设置为“只读”。采用对轴网实现统一，以此来确保所有的专业在进行模型安装当中的位置有效准确。创建三维设备模型。设备模型在划分中的规则需要在项目策划中进行确定，根据系统或者区域可以将其有效的设置在相应的数据库当中。可以采用相应的设备模板，对有关设备信息进行有效查找。创建三维管道模型。管道模型在规划当中通常是在策划当中对其确定，在对模型的划分中按照系统划分或者按照区域划分。对于管道的建模，通常需要对数据自身的一致性进行检查，和对其三维有效校验和进行碰撞检查。三维模型在布置中因为各个专业在建模中是实时的，所以在完成布置之后需要对管道有效进行碰撞检查。对于碰撞处所需要加强设计修正以及有效配合，对成品所产生的碰撞进行消除。创建三维建筑、结构模型。建筑结构建模使用AECOsimBuildingDesigner软件完成。三维设计系统是一种面向多种对象以及多种专业集成的应用软件。对于系统最为重要的特征就是建立相应的信息化三维模型设计作为实际的数据点，对于所有的平面设计图纸以及报告和相关的成果都是采用该数据源生成，这种方式能够确保结果符合要求。

（三）协同工作以及专业资料的提取

首先，孔洞配合提资。开孔作业中第一步需要考虑的问题就是留孔，具体操作过程中涉及的留孔模型文件可以参照轴网文件，注意保证开孔位置的准确性，楼板以及墙体的模型文件也可以参考具开孔过程;而后开始运用 Micro Station，可以在结构专业中应用孔洞的形状以及位置等材料;紧接着，在结构专业获取到开孔的提资模型后，就能够将其运用在相应的模型或开孔结构上了，并对各专业在创建模型过程中产生的矛盾进行全面检查;最后选取合理的工具开设孔洞。其次。埋件配合提资。如果涉及的专业较多，则需要逐一展开埋件提资模型的创建，为了有效区分模型，还要对其进行命名。在创建埋件模型时，出于实际需要，土建专以外的其他专业均无需创建完整的埋件模型，通过对埋件模型进行研究和分析来获取埋件图纸，而后把相关信息详细标注在图纸上，至于标注内容，可以按照实际需求自定义标注。最后，图形生成。DRAFT平面图生成：相对于模型表达以及标准实际的要求可以按照相应的要求进行定义，在管道表达当中可以全部采用双线带中心线，在这当中，小管径主要是可以应用单线，大管径主要为双线带中心线，管道的中心线主要是用户自行对进行选择或者消除，不需要进行手动对其实施添加;对于隐藏线在实际的处理中其作用非常重要，能够可以对模型实现有效分析成为平面图，对其剖切可以产生阴影线。而在传统的二维设计中，由于没有统一的三维模型，常常出现平、立、剖不一致的现象。而使用剖切平面工具，能够非常有效保证平面图和立面图以及剖面图完全一致，而且在模型修改后，平、立、剖面图只需更新计算即可全部自动更新。原有的标注信息依旧会保留在图纸中，不会丢失。

结论

通在实际工程中的实践，得到了传统二维设计与四段式三维数字化协同设计的效果的对比：二维设计的可视化较差，对于碰撞检测没有完善的解决方案;二维的信息集成度较低，很难规划出参数化快速建模的方案;二维设计的标准化以及数据的管理较差，而三维设计时，相关标准以及数据可以在设计的时候自动监测，并纠正不正确的设计;三维设计的协作工作能力较二维强。

参考文献：

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（作者单位：中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司）