OpenPlant與PlantSpace在水電工程三維設計應用中的差異化研究與實踐

許志翔，和 扁，周淼汛，馬 滄，楊貴程，岳志偉，汪德樓，馬繼生

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州311122）

0 引言

隨著計算機信息化技術的發展，以及工程項目精細化的需要，三維設計已經逐漸成為了工程設計的主流手段。與傳統的二維設計不同，三維模型更加直觀，具有強烈的可視性。在統一的項目管理平臺上可以進行各專業間的三維協同設計，有利于提前發現設計缺陷，提高設計效率。同時，隨著工程全生命周期管理受到了越來越多的重視，包含數據信息的三維模型可以更好的實現數字化管理的需求。

水電工程系統復雜，涉及專業多且雜，各專業在同一區域內進行設備管路等協同布置時難度較大，往往會出現彼此干涉的情況[1，2]。華東勘測設計研究院通過引進Bentley平臺，并對其平臺下的多款三維建模軟件進行二次開發本土化，目前已成功應用于多項水電工程[3]。建成的水電站三維模型在建設、移交和維護等工程階段內都發揮了重要作用。

水電站三維系統涉及到樞紐、工廠和地質三大板塊，工廠三維系統在水電站設計中占有較重的比例。Bentley旗下的工廠三維設計軟件主要有OpenPlant和PlantSpace系列，不同軟件的使用對三維設計的效率及適用性有很大的影響。本文將對這兩款軟件進行綜合比較，以期為水電設計從業人員提供一些參考意見。

1 水電工程三維設計解決方案

水電工程的設計有別于一般意義上的土木工程設計，其具有專業涉及面廣、標準化程度低、協同配合要求高等特點。Bentley平臺具有專業模塊覆蓋面廣、協同平臺可靠、數據兼容性強等優勢，可以為水電工程三維設計提供解決方案，其軟件框架及流程如圖1所示。基于基礎平臺MicroStation 以及協同平臺ProjectWise，樞紐、工廠和地質三大專業板塊協同工作，可以完成資料互提、方案比選與優化、技施出圖等實質性任務。其中，Openplant和PlantSpace兩款軟件都可以實現工廠三維系統設計，對它們進行比較并針對性選用，有利于提高水電工程三維設計的效率。

1.1 PlantSpace

PlantSpace系列軟件主要包括PlantSpace Design Series和Isoextractor兩個軟件。PlantSpace Design Series軟件中的模塊涵蓋了結構、設備、管路、橋架、暖通（HVAC）和支吊架等[4，5]，這些模塊為水電站工廠三維系統設計提供了便利。同時，通過對PlantSpace Design Series進行合理的二次開發，可以建立符合水電行業要求的管路、設備及支吊架系統。將 PlantSpace Design Series與 OBD（OpenBuildings Designer）、Isoextractor和 Navigator等軟件進行聯合使用，可以實現水電站設計過程中的碰撞檢查、動態剖切、抽二維圖、抽軸測圖和實時漫游等功能[6]。

目前，PlantSpace已經成功應用于龍開口[2]、仙居抽蓄、洪屏抽蓄[7]，寶泉抽蓄[8]等電站的三維設計中。

圖1 基于Bentley平臺的水電工程三維設計解決方案軟件框架及流程

1.2 OpenPlant

OpenPlant系列軟件主要包括OpenPlant Modeler、OpenPlant PID和OpenPlant Isometrics Manager 三個軟件[10]。OpenPlant Modeler中同樣涵蓋了管路、HVAC和電氣設備的設計模塊，使用該軟件進行水電站工廠三維設計，視圖直觀，操作快捷，檢索、查找、定位等操作都非常方便。OpenPlant Modeler具有配套的系統圖設計軟件OpenPlant PID，聯合使用可以實現真正意義上的系統圖指導三維設計的目的。同時，將OpenPlant Modeler與OBD和OpenPlant Isometrics Manager等聯合使用，可以實現高效地二維出圖和抽ISO軸測圖，并支持和三維協同設計系統進行集成[11]。OpenPlant系列軟件具有良好的集成與交互操作性，可以實現在設計、建設、移交和維護等整個生命周期內的所有數據的高效交換和相互訪問。

目前，OpenPlant正在應用于楊房溝、周寧抽蓄、永泰抽蓄等電站的三維設計中。

2 功能對比

OpenPlant和PlantSpace系列軟件都擁有比較完整的工廠三維設計功能。水電站工廠三維設計中，管路設備的繪制與修改、三維碰撞檢查、抽技施圖和

材料統計都是核心功能，兩款軟件的功能對比將圍繞著這些核心功能展開。

2.1 繪制管路

PlantSpace Design Series軟件繪制管路必須先繪制構造線，然后通過構造線生成管路。所有的管路管件信息都是從構造線上獲取。

OpenPlant modeler軟件繪制管路時則無需繪制構造線，可以直接繪制管路。所有的管路管件信息都是從管路上獲取。

從管路繪制快捷性的角度來說，OpenPlant modeler無需繪制構造線這一環節，因而管路建模效率上比PlantSpace Design Series要高。

2.2 管路修改

PlantSpace Design Series軟件生成的管路因帶有構造線，當需要修改某段管路屬性時，可以直接修改該段管路構造線屬性，再重新生成管路即可。同時，該管段上所有的法蘭、閥門、管件等也會自動匹配修改屬性。

OpenPlant Modeler軟件生成管路未帶構造線，當需要修改某段管路（非單根管路）屬性時，需要用系統自帶的Pipe Manager工具，在Pipe Manager內勾選所需修改的管路，然后進行屬性調整。

相對而言，PlantSpace Design Series中修改管路屬性步驟較少，簡單直觀，比OpenPlant Modeler更加方便快捷。

2.3 碰撞檢查

PlantSpace Design Series和OpenPlant modeler的碰撞檢查功能及原理基本一致，都是創建兩組參考文件Group A和Group B，然后對兩組參考文件的三維模型進行碰撞檢查。兩款軟件默認的參考文件只有兩組Group，無法同時對三組或三組以上Group進行碰撞檢查，后期開發可以對該項功能進行升級完善研究。

2.4 抽ISO圖

PlantSpace Design Series可以對模型內的每根獨立管路抽取一個獨立的JSM文件，將該文件導入Isoextractor可以進行ISO圖繪制。

OpenPlant Modeler可以對模型內需要抽取ISO圖的管路進行集中選擇后生成ISO sheet，將ISO sheet文件導入OpenPlant Isometrics Manager中即可進行ISO圖繪制。

OpenPlant Isometrics Manager支持將2個不同編碼的管路放置在同一張ISO圖中，而PlantSpace系列軟件不支持該項功能。也就是說，利用Isoextractor抽取的ISO圖中只能包含一根獨立的管路，而利用OpenPlant Isometrics Manager抽取的ISO圖中可以包含多根管路。從ISO抽圖功能上看，OpenPlant系列軟件比PlantSpace系列軟件更有優勢。

2.5 材料統計功能

PlantSpace Design Series只能統計某個模型中包含的所有材料。而OpenPlant modeler可以統計模型中任意一個自定義封閉區域內的材料。從材料統計功能上看，OpenPlant系列軟件比PlantSpace系列軟件功能強大。

2.6 PID制圖功能對比

PID圖可以反映水電站輔助系統的構成和運行原理，將PID圖與三維軟件聯合交互使用可以實現二維系統圖指導三維模型設計的目的[12]。PlantSpace系列軟件僅支持PID圖繪制，不支持與三維設計之間的交互使用；而OpenPlant系列軟件不僅可以繪制PID圖，還可以設定設備管路規格型號等參數，并發布成對應的i-model文件，modeler根據i-model文件進行三維建模和特性匹配。

因此，OpenPlant系列軟件在PID圖繪制及交互使用方面比PlantSpace系列軟件更有優勢。

3 數據庫對比

3.1 PlantSpace數據庫

PlantSpace系列軟件支持的數據庫包括MS Sql Server和Oracle，通常統一安裝在服務器上，通過ODBC進行連接。該數據庫包括屬性定義表、目錄表、類表、項目配置表、用戶配置表、規則表、等級表等多種類型數據庫表，詳見表1。

表1 PlantSpace數據庫類型表

PlantSpace數據庫可用來存儲工程設計中用到的各種標準數據，例如管道、管件、閥門等元件的參數屬性及外形信息。目前PlantSpace數據庫中已錄入了上百個國家標準和行業標準元件，數據規模近32 000條，基本可以滿足水電工程工廠三維設計的需要。

3.2 OpenPlant數據庫

OpenPlant系列軟件支持的數據庫是MS Access，其結構設計遵循ISO15926標準，數據庫與其他Workspace文件一起，通常統一部署在ProjectWise服務器上。OpenPlant使用Schema文件來描述數據的分類、結構等。Schema文件是數據庫對象、業務對象等實例數據的元數據，每種類型Schema均包含參考類和關系類幾個部分。OpenPlant中提供了規格生成器，用來創建和管理規格及目錄數據，即從一個或多個目錄數據庫中，根據特定的規范，制定出符合系統要求的子集。在三維模型設計過程中，所有成員使用同一等級數據庫，為整個項目材料報表的生成提供了便利。

OpenPlant的Catalog數據庫基于PlantSpace數據庫轉換而來，已完成了包括管路、管件、閥門等共計15個類型，近兩萬條數據的轉換。OpenPlant數據庫可以滿足目前水電工程工廠三維設計的需求。

3.3 數據庫對比

3.3.1 數據標準化

工程全生命周期管理的核心在于對基于標準（ISO15926）的信息模型數據進行智能分析和管理。隨著三維設計的逐步成熟，工程項目將實現勘測、設計、建造、數字交付以及工程營運、報廢的全過程的數字化管理[13]。PlantSpace軟件數據庫不能夠滿足此要求，而OpenPlant軟件數據庫則很好地契合了工程全生命周期數字化管理的趨勢。

3.3.2 數據編碼

KKS編碼是根據標識對象的功能、工藝和安裝位置等特征，來明確標識電廠中的系統和設備及其組件的一種代碼[14]。KKS編碼對水電工程的設計、建設以及經營管理等過程都非常重要。PlantSpace系列軟件數據庫中沒有一個很好的編碼存儲機制來滿足此需求，一直以來KKS編碼部分都是空白。由于在設計中沒有KKS編碼，之后抽取ISO圖時也不方便，無法實現自動分ISO頁和批量出ISO圖等功能。

OpenPlant系列軟件從PID系統圖設計階段開始，就引入設備編碼。它的編碼并不是單純的一串代碼，而是根據定義好的機組、系統或設備自動生成的機組碼、系統碼或設備碼，因此僅需手動輸入流水號。通過編碼系統，OpenPlant Modeler、PID和ISO這3款軟件可以進行相互關聯，PID圖中的某個設備在Modeler模型和ISO圖中可以快速清晰定位。

因此，從設備編碼的應用上來看，OpenPlant系列比PlantSpace系列軟件有較大優勢。

4 結論

（1）根據水電工程三維設計的應用情況來看，目前PlantSpace系列和OpenPlant系列兩款軟件都可適應水電工程工廠三維設計的需要。

（2）根據PlantSpace系列與OpenPlant系列兩款軟件的功能對比來看，除了在三維模型修改方面，OpenPlant平臺還有待加強外，其余在三維建模、抽軸測圖、材料統計和PID制圖等功能方面，OpenPlant系列都比PlantSpace系列軟件更有優勢。因此，利用OpenPlant系列軟件進行水電工程的工廠三維設計可以進一步提高工作效率。

（3）相對于 PlantSpace數據庫，OpenPlant實現了數據的標準化，規范了設計數據的存儲、移交和維護，具有更好的適用性和可延續性，進而提升了協同設計的效率，為實現水電工程全生命周期數字化管理打下基礎。