火力发电布置设计协同方式

薛江

（西南电力设计院有限公司，成都610021）

1 引言

数字化协同设计是近年来很火热的话题，尤其是近2a 来智慧电厂概念的兴起，更推动了相关技术的迅猛发展。作为智慧电厂重要基础之一的数字化布置协同设计已成为各电力设计企业普遍关切的议题。本文结合笔者工作经验和近年对国内各工业设计行业的调研，对火力发电布置协同设计的情况进行了分析，提出了确定协同方式应关注的要点，给出了协同方式的建议。

2 概念分析

2.1 协同设计

工程类的设计过程应该都属于协同设计，只是随计算机技术的发展，设计手段由手工发展成电子化，再发展为现在的数字化。近年来，公开文献中提到的协同设计多指在计算机的支持下, 借助计算机网络技术、通信技术及多媒体技术实现的数字化协同设计。

2.2 数字化与电子化

数字化设计属于比较新鲜的事物，常有设计人员误将电子化理解成了数字化。将纸介质的文档、图纸变成电子版的文档、图纸，无论是否可编辑，均不是数字化。笔者认为，数字化与计算机技术密切相关，重点围绕信息的产生、存储、流转、利用，是一种可以用计算机进行数据识别处理的方式。

3 专业概况

国内从事火力发电设计的企业可能存在着不同的专业划分，但总的来说可以分为3 大类：土建类、机械类、电控类。土建类如结构、水工结构、建筑；机械类如热机、运煤、脱硫；电控类如电气、照明、自动化。其中，机械类专业数字化布置设计起步较早，土建类和电控类专业近年来也开始探索数字化布置设计。

4 软件概况

国内工业工程设计采用的布置设计软件有很多，常见的如表1 所示。

表1 软件与专业对照表

很多软件还可以同时建立其他类型专业的模型，因此，有些企业扩展了软件的专业应用，如在Revit 里开发电气布置设计或管道布置设计，在PDMS 里面开发电气布置设计[1]。但从实际效果来看，没有一款软件能同时满足各专业的工程设计需要[2]，当创建非适用类专业的模型时，其效果和方便性通常要差一些。

表1 中，PDMS、SP3D、Plant 3D 等主要用于管道设计的软件，又常被称作工厂设计软件，是发电最早开始使用的数字化设计软件。

5 协同方式

5.1 基本情况

发电布置设计主要包括专业内和专业间的协同，其中。专业内的协同相对容易实现，而专业间的协同由于专业软件间的差异和专业间数据流方案的复杂性，是协同的难点，是影响许多企业数字化设计发展的主要技术障碍[3]。另外，还存在少量与其他企业进行协同的情况。

5.2 专业内协同

因为同专业的设计人采用的都是相同的布置设计软件，因此，专业内的协同方式主要取决于设计软件的类型。当设计软件为单机版类时，设计人的模型需经过必要的管理流程才可以传递给他人。例如，Revit 设计人可以将自己的.rvt 文件传递给其他人，这种方式的优点在于容易将传递过程纳入传统设计管理体系中，流程节点清晰，但缺点是有滞后性。当设计软件为C/S 架构时，协同的管理也可以借助软件自身的一些管理功能，有权限的人可以实时看到其他人的设计修改情况，降低配合的复杂性。

5.3 专业间协同

5.3.1 协同类型

火力发电布置设计属于以机械类专业为龙头的类型，若从布置模型的数据流方向分析，专业间协同可分为2 种基本类型：

1）各专业首先在工厂设计软件中建立模型，进行布置配合，以此中的模型为准，再向其他设计软件传递数据，数据流源在工厂设计软件。

2）各专业在专业的布置设计软件中进行设计，以各自软件中的模型为准，根据需要接收其他专业或发出本专业的模型，数据流源在各专业的布置设计软件。

5.3.2 协同方式分析

情况一：火力发电的数字化设计一般是从汽机管道的三维设计起步的。彼时主要在工厂设计软件中进行翻模和整合模型，用以辅助传统布置设计、核实碰撞，协同方式类似第二种。为了降低翻模的工作量，有些企业将土建、电控设计数据导入工厂设计软件中。例如，将结构计算软件SAP2000、STAAD.Pro 的三维模型导入到PDMS 中。但由于结构计算模型与实际布置的差异，导入后必须修改，而且结构设计通常会升版，升版会导致重复翻模修改，虽有的企业开发了升版自动对比功能，但翻模方式的效益并不理想。笔者所在公司也曾翻模，但土建、电控专业认为翻模增大其软件应用负担，同时，同步维护多个模型或图纸也增加了工作量，而机械专业也不愿意替外专业翻模。由于翻模效益较少，少有专业主动采用了。

情况二：针对翻模的缺点，有些企业调整了思路，将部分重点专业的协同改用类似第一种类型的方式，将数据流源定在了工厂设计软件[4]。在工厂设计软件中完成布置建模和协同，再将土建、桥架布置数据传递给传统计算分析软件和布置设计软件，如STAAD.Pro、电缆敷设软件、天正建筑软件等,以减少数据重复创建工作。但此模式仍存在一些组织管理和质量控制的难点。例如，结构布置调整后，结构计算的输入数据是覆盖还是增量修改，是只维护布置模型还是布置与计算模型都同时维护，结构计算调整杆件后又如何返回实际布置模型，如何保证数据的一致和正确，此时数据流不论单向还是往返都会带来困惑。笔者所在公司也曾提出类似方案，但考虑到工厂设计软件能出的土建、电控设计图纸较少，图纸深度不够，相关专业为了完成出图任务，还要重复传统设计工作，加之考虑软件开发的局限性、难度和费用，专业的软件应用负担重，多处模型维护烦琐，数据流管控复杂等，所产生的效益将会大打折扣，未有实施。

情况三：随着数字化程度的提高，很多专业确定了自己的数字化布置设计软件。对那些不采用工厂设计软件的专业，协同仍可以选择第一种类型的方式。其优点是专业可及时进行配合，不需要考虑模型的整合。但实际上愿采用此方式的设计人并不多，因为专业的布置设计软件的细节和功能更完善，设计人更喜欢使用。此外专业的布置设计软件是以施工图为目标的，而从工厂设计软件传递出的模型普遍深度不够,需要再加工。笔者所在公司的土建类专业经评估后也未采用此方式。因为机座、冷却塔、循环水泵房、水池、道路、墙面、基础等模型从工厂设计软件传递到土建布置设计软件后要么需要加工，要么没法用。若要求以工厂设计软件中模型为准，很多专业宁愿同时手工维护多个模型，也不愿用传递模型导致更大的工作量。由于此方式带来工作重复、软件应用负担加大、模型统一维护烦琐、数据流管控复杂等问题，削弱了数字化协同设计的价值。若不同的专业均选择工厂设计软件进行布置设计出图，则他们之间容易实现专业间协同。

情况四：若多个专业有自己不同的布置设计软件，有些企业对这部分专业采用第二种类型的协同方式。目的是让软件做擅长的事，设计人在适宜的布置设计软件上设计[5]，设计效率更高。此方式下，各专业只需重点关注自己布置设计软件中的模型，无重复建模工作，模型数据流无往返，管控简单。此时同软件的协同类似于专业内协同，只是模型传递管控更为严格。若为不同软件的协同，主要有3 种模型传递方法：（1）模型文件链接；（2）利用软件的兼容性、接口程序或通用格式将模型传递到工厂设计软件中[6]或反向传递；（3）利用第三方模型浏览软件整合模型[7，8]。第二种类型协同方式的主要缺点是协同及时性稍差、软件接口偏多，但考虑到未经校审批准的模型直接用于其他专业并不允许，模型传递管理正好用于专业间的接口管理，及时性问题可以容忍。在与其他行业设计企业交流，并对电力同行的实施效果分析之后，笔者所在公司的相关专业认为此类型的协同方式更适合。

情况五：由于不同专业的数字化布置设计软件发展不平衡，尚存在使用传统设计软件的情况，故而目前有较多的混合模式存在。

5.4 企业间协同

企业间的布置协同设计包括上下游企业间和并行协作分包商间的协同，是将其他企业的布置模型整合进来，供自己设计参考。方式上，采用可编辑模型或通用三维模型格式的方式均有。例如，锅炉厂提供其设计范围的PDMS 模型和数据库，电力设计企业将它们整合到自己的PDMS 系统中，完成锅炉房布置设计。又例如，笔者所在公司曾将PDMS 设计的管道、设备、结构布置以DGN 格式细化拆分给韩国三星公司，三星公司用PDS 完成对应区域内的桥架布置设计。

6 结语

和其他工业行业的工程布置设计类似，火力发电的布置设计如何协同取决于企业的规划目标、设计习惯，与设计软件的功能、协同过程的数据流模式密切相关，同时还要考虑软件的购买费用、开发成本、学习成本和设计过程的组织管理难度，应将提升设计的质量和效率放在首位。

专业间的协同建议采用本文所述第二种类型的协同方式，接受上游专业模型后，在专业的数字化设计软件中进行布置设计，专业以此模型为准，根据需要再进行模型发布传递。

笔者还建议，确定协同方式时可利用数据流的概念理清协同过程，协助方案的抉择。借鉴其他行业的工业工程设计经验，简单的数据流方式将会有利于协同的组织，有利于信息的共享利用，有利于设计人的体验和认可。