SmartPlant 3D在電廠設計土建專業的深化應用

牛莉麗 宋昌洋

（國核電力規劃設計研究院，北京100095）

0 引言

在信息化、數字化技術高度發展的今天，各行各業無不需要在技術上求創新，在創新中提升市場競爭力。各家電力設計院也不得不摒棄不合理的、耗時大收益小的落后設計模式，以應對業主對項目質量、工期的高要求和外部激烈競爭的雙重壓力。本文主要研討在電廠三維設計中問題尤為突出的土建專業面臨的困難，并為之提供合理的解決方案。

1 軟件應用現狀及難點

目前來講，電力行業中INTERGRAPH和AVEVA兩家公司的產品都有應用［1－2］，電力規劃總院和六大直屬院分別從INTERGRAPH和AVEVA公司先后引進了PDS和PDMS三維設計系統。不同軟件相關電廠設計的設備、管道、土建、儀表和電氣等專業模塊設置都很齊全，但就應用深度來講專業間差異較大。管道相關專業目前應用情況最好，幾乎該專業所有的設計輸出都能夠從三維軟件中獲得。而土建專業目前應用深度最淺，僅停留在三維模型參與碰撞檢查的應用程度上，重復性工作大量耗費人、工、時，且數據利用率不高。究其原因，土建專業仍停留在將三維設計軟件作為建模工具來使用，并沒有將其作為設計工具來應用。

我們可以從土建專業的工作流程開始分析。目前，土建專業的工作流程是先繪制計算簡圖，隨后接收工藝、結構荷載等條件，進而在PKPM或是STAAD軟件中進行計算分析、檢查以及優化，后手動在AutoCAD中繪制施工圖，最后到三維軟件中進行結構建模。三維模型是在完成了施工圖繪制后才開始建立的，這樣做的主要原因是：雖然目前的三維軟件都提供了生成二維圖紙的功能，但其在圖紙表達方式和詳盡程度上都無法滿足土建施工圖的深度要求。所以，工程師不得不采用傳統方式繪制施工圖。而為了碰撞檢查和整個工程三維模型的完整性考慮，又不得不被動地建立對本專業意義不大的三維模型。這方面的問題我們把它總結為輸出問題。

同時我們還看到土建專業的一個工作特點，那就是在繪制施工圖之前有大量的計算工作需要完成。目前主要采用的計算軟件有PKPM和STAAD Pro等，這些軟件都需要單獨建立三維模型，而同樣的模型最終還要在三維軟件中重復搭建，這些重復輸入的數據我們把它定義為輸入問題。

除了上述輸入、輸出兩方面的問題外，目前土建專業還存在設計工具自動化程度不高，三維中牛腿、埋件、配筋的表達等問題有待解決。

2 輸入問題的解決

輸入問題的解決主要是通過相應接口實現結構分析軟件與SP3D軟件間的結構模型雙向互導，從而減少重復建模產生的工作量。目前常用的結構分析軟件有PKPM和STAAD Pro兩種，這兩個軟件都與SP3D有接口，但實現方式有很大區別。

2.1 接口介紹

SP3D與結構軟件采用的接口格式有兩種：CIS／2（CIMSteel Integration Standards）［3］和 IFC （Industry Foundation Classes）。二者都是SP3D的標準接口，但需要特別注意的是，CIS／2標準又分為設計模型和分析模型兩種，而SP3D只支持設計模型的輸入。

2.2 PKPM與SP3D的模型互導

PKPM與SP3D需要有專門的接口軟件才能夠實現軟件間的模型互導，這主要是由于PKPM本身沒有標準接口，若欲實現兩軟件間模型互倒，必須采用CIS／2標準。

（1）土建專業設計人員首先在PKPM中完成最初的受力分析后，可將模型所在目錄中已存在的.JWS文件另存到其他路徑中。然后打開PKPM接口軟件，選擇“PM模型＝＞STEP文件”。并在“打開”窗口中指向到準備好的.JWS文件。完成上述操作后軟件會打開PKPM結構模型，并在.JWS文件所在目錄中得到后綴為.STP的轉換文件［4］。

（2）打開SP3D后，需要在SP3DImport Structure操作界面中按照一般的STP文件的導入流程進行操作，但需要注意的是，由于PKPM接口已經對SP3D做了優化，所以國標（2006版本）鋼結構截面范圍內的構件無需使用Mapping文件就可以實現導入。對于所有用戶自定義截面，需要按照命名規則在SP3D截面庫中首先做補充，然后在Mapping文件中完成PKPM與SP3D的截面映射工作。

（3）PKPM與SP3D的接口是個雙向接口，也就是說可以首先在SP3D中完成建模，然后將從SP3D中導出的.STP文件通過接口軟件轉換成.JWS文件，從而得到PKPM模型。

2.3 STAAD Pro與SP3D的模型互導

和PKPM相比STAAD Pro在接口方面有很大的優勢，因為STAAD Pro本身就支持CIS／2標準的輸入、輸出。但由于STAAD Pro只支持分析模型的輸出，而SP3D又只允許導入設計模型，所以SP3D模型導入STAAD Pro按照CIS／2標準，STAAD Pro模型導入SP3D采用.STD文件格式標準。

（1）對于SP3D模型導入STAAD Pro，我們使用的是兩個軟件的標準接口，直接從SP3D中輸出.STP后再導入STAAD Pro中。

（2）從STAAD Pro導入SP3D的過程可采用INTERGRAPH開發的專用接口。該接口沒有采用中間格式的方式，而是直接讀取.STD文件（STAAD Pro模型文件）并導入SP3D中。

3 輸出問題的解決

土建設計的主要輸出為圖紙和報表，其中圖紙主要包括布置圖、配筋圖、埋件圖、洞口布置圖等，報表主要是材料清單。對于這些輸出需求我們采取的是SP3D與專業軟件相結合的辦法，在SP3D中對布置圖、埋件圖和洞口布置圖做了客戶化定制，對于配筋圖仍然采用原有設計手段。

在SP3D中一張圖紙的生成步驟包括四步：設定出圖區域、選擇圖紙模板、生成圖紙、手工調整出圖。工作量最大的部分以及難點都在圖紙模板的定制中，需要按照不同類型圖紙的不同表達習慣來定制風格包，其中包括表達內容、線型、線寬、顏色、尺寸標注及注釋等的個性化定制。定制后的平面布置圖、埋件布置圖示例如圖1所示。

圖" (9*<土建平面布置圖、埋件布置圖示例

4 重塑工作流程

通過對以上輸入、輸出問題的解決和改善，我們基本實現了如圖2所示的工作流程。

圖- 土建專業設計新模式

對于配筋設計，我們仍采用原有設計方式，只是在與SP3D結合方面采用了.SAT導入的方式，這樣就可以在三維環境中查看到配筋模型，進而實現配筋與孔洞等模型的碰撞檢查。

5 結語

沒有一款軟件能夠完全滿足所有專業在工廠設計中的全部要求，目前的三維軟件都存在這一問題。無論是SP3D還是其他三維軟件，如何最大限度地將軟件現有功能與專業相結合服務于各專業才是最重要的。以上就是我們針對電廠設計中土建專業的一些需求做的一些定制及開發，其目的是解決土建專業一直以來在輸入、輸出上存在的困難，提高土建專業參與三維設計的積極性，減少不必要的人、工、時，以提高工程設計效率和設計質量。未來我們會繼續這樣的思路，利用SP3D這個開放的平臺將更多工作整合到一起，并結合INTERGRAPH的SmartPlant Enterprise解決方案將更多工具軟件的數據整合管理起來，探索更為有效的解決方案，使其在設計中發揮更大的作用。

［1］高麒瀚，江德正.智能化工藝系統設計平臺技術在核電工程設計的應用探討［J］.核科學與工程，2014，34（1）：125－133，141.

［2］周立軍.三維設計平臺在快堆中的應用研究［J］.硅谷，2014（10）：129－131.

［3］Lipman R R.Mapping Between the CIMSteel Integration Standards and Industry Foundation Classes Product Models for Structural Steel［S］，2006.

［4］中國建筑科學研究院PKPM CAD 工 程 部.PDS／SP3D—STS CIS／2 數 據 接 口 用 戶 手冊及技術條件［Z］.