核電工程三維布置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制

周志鋼　楊帆

摘 要：核電工程設(shè)計(jì)是多學(xué)科、多團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作的系統(tǒng)性工作。當(dāng)前，核電工程布置設(shè)計(jì)廣泛采用PDMS軟件，各專業(yè)的協(xié)同邏輯和工作流程均內(nèi)化在PDMS中。要實(shí)現(xiàn)各專業(yè)高效協(xié)同，必須確保各專業(yè)設(shè)計(jì)的深度匹配、進(jìn)度協(xié)調(diào)、狀態(tài)對(duì)等，即對(duì)三維設(shè)計(jì)模型實(shí)施技術(shù)狀態(tài)控制。文章分析研究了基于PDMS的核電工程三維布置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制方法，論述了如何利用模型數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行三維布置設(shè)計(jì)的過(guò)程控制與數(shù)據(jù)管理，歸納了技術(shù)狀態(tài)管理在核電工程布置設(shè)計(jì)中典型的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：核電工程；PDMS；三維布置設(shè)計(jì)；模型數(shù)據(jù)；狀態(tài)控制

中圖分類號(hào)：TM623；TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）09-0004-03

技術(shù)狀態(tài)管理（Configuration Management）于20世紀(jì)60年代起源于美國(guó)的軍事和航天工業(yè)，90年代在美國(guó)和歐洲形成了比較完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和體系，并被逐漸應(yīng)用到核電、航空、智能交通和高端制造等領(lǐng)域。在核電領(lǐng)域，從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始即建立全面的技術(shù)狀態(tài)管理體系直至電站移交給業(yè)主也被作為明確的要求寫入了歐洲用戶要求（EUR）及美國(guó)用戶要求文件（URD）中。IAEA于2010年針對(duì)核電廠技術(shù)狀態(tài)管理發(fā)布了專門的安全報(bào)告（IAEA-Safety Reports Series-No.65），并建議在新建核電廠和在役核電廠中實(shí)行技術(shù)狀態(tài)管理。

在核電工程中，布置設(shè)計(jì)所涵蓋的數(shù)據(jù)量龐大、參與者眾多、接口信息復(fù)雜，并直接指導(dǎo)物資采購(gòu)與現(xiàn)場(chǎng)安裝等活動(dòng)，因而是實(shí)施技術(shù)狀態(tài)管理的優(yōu)先領(lǐng)域。

PDMS（Plant Design Management System）是三維布置設(shè)計(jì)的主流產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用于核電工程設(shè)計(jì)，其協(xié)同設(shè)計(jì)機(jī)制使處在不同地域、不同專業(yè)的設(shè)計(jì)人員都能獲取到實(shí)時(shí)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。這就要求模型數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)有明確的技術(shù)標(biāo)識(shí)，標(biāo)明其設(shè)計(jì)狀態(tài)及其可用性，以便于各相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)者或上下游應(yīng)用者能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行協(xié)同，從而提升了工作效率和質(zhì)量。

1 實(shí)施模型數(shù)據(jù)狀態(tài)控制的技術(shù)基礎(chǔ)

PDMS是以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心、以項(xiàng)目為應(yīng)用單元、基于元件等級(jí)規(guī)則驅(qū)動(dòng)的多專業(yè)三維布置設(shè)計(jì)軟件。她本身不具備技術(shù)狀態(tài)管理功能，但通過(guò)充分引入技術(shù)狀態(tài)管理理念，進(jìn)而挖掘其軟件功能，亦可有效地進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制。

1.1 PDMS的數(shù)據(jù)庫(kù)類型

PDMS的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)載體是一系列有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)類型的不同，數(shù)據(jù)庫(kù)所列的幾類見(jiàn)表1。

1.2 PDMS的數(shù)據(jù)庫(kù)層次結(jié)構(gòu)

PDMS軟件中有兩個(gè)層級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)：主數(shù)據(jù)庫(kù)（Master Dat-

abases）和子數(shù)據(jù)庫(kù)（Extract Databases）。主數(shù)據(jù)庫(kù)一般是多寫數(shù)據(jù)庫(kù)（允許多個(gè)用戶同時(shí)寫數(shù)據(jù)庫(kù)，但對(duì)模型數(shù)據(jù)有簽入-簽出的控制以避免同一模型對(duì)象同時(shí)被多人修改），而子數(shù)據(jù)庫(kù)則是主數(shù)據(jù)庫(kù)的下級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，且子數(shù)據(jù)庫(kù)也可以是多級(jí)的，但只能從屬于DESI/PADD/CATA/ISOD類型的數(shù)據(jù)庫(kù)。

這種主-子數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)提供了一種控制設(shè)計(jì)對(duì)象發(fā)布給其他專業(yè)或人員的方法，使用子數(shù)據(jù)庫(kù)可以持久的簽出需修改的數(shù)據(jù)，控制某個(gè)專業(yè)內(nèi)部的設(shè)計(jì)流程（如設(shè)計(jì)、發(fā)布）或?qū)I(yè)間的交叉設(shè)計(jì)（如小管與大管共用的支架）。

1.3 PDMS的數(shù)據(jù)工作區(qū)

工作區(qū)（MDB）是用戶進(jìn)入PDMS項(xiàng)目時(shí)選定的能查看的數(shù)據(jù)庫(kù)的集合，通過(guò)工作區(qū)的合理設(shè)置，可使不同的用戶查看到對(duì)其設(shè)計(jì)工作有效且必要的模型數(shù)據(jù)。

1.4 PDMS的模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

PDMS使用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)形式的資源管理器管理模型數(shù)據(jù)，規(guī)范模型數(shù)據(jù)各層對(duì)象之間的從屬關(guān)系。樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中各層對(duì)象可命名，且命名唯一。樹(shù)狀結(jié)構(gòu)中各層均有特定的數(shù)據(jù)類型，在核電工程三維布置設(shè)計(jì)實(shí)踐中，物項(xiàng)與模型結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系已基本固化，見(jiàn)表2。

而PDMS對(duì)模型數(shù)據(jù)的簽出-簽入控制是作用于特定數(shù)據(jù)層次的，即各類模型的基本元素（Primary Element），如管道模型的基本元素對(duì)應(yīng)的是Branch層次。因此，模型狀態(tài)控制的顆粒度應(yīng)大于或等于基本元素。

2 模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制方法

2.1 項(xiàng)目層次的技術(shù)狀態(tài)控制

核電工程的設(shè)計(jì)和建造一般是以已建成或進(jìn)度先于本項(xiàng)目的同類堆型項(xiàng)目為參考，而其模型也是以參考項(xiàng)目指定時(shí)點(diǎn)的階段成果模型作為項(xiàng)目初始模型，即三維布置設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)技術(shù)狀態(tài)（Reference Configuration）。

項(xiàng)目初始模型確認(rèn)后，需對(duì)其進(jìn)行定義、說(shuō)明和標(biāo)識(shí)，作為項(xiàng)目三維布置設(shè)計(jì)的技術(shù)基線。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)層次的技術(shù)狀態(tài)控制

三維模型存儲(chǔ)在PDMS的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，一系列設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成完整的項(xiàng)目模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)層次的狀態(tài)控制是最基礎(chǔ)的模型狀態(tài)控制手段。

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)可設(shè)置為三個(gè)層次。

2.2.1 專業(yè)內(nèi)工作層

各專業(yè)進(jìn)行本專業(yè)內(nèi)三維設(shè)計(jì)工作的數(shù)據(jù)區(qū)域，通常為子數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.2 專業(yè)間協(xié)同層

通過(guò)PDMS數(shù)據(jù)發(fā)布機(jī)制將工作層完成的設(shè)計(jì)模型校審確認(rèn)后對(duì)外發(fā)布的數(shù)據(jù)區(qū)域。該層次數(shù)據(jù)庫(kù)為工作層子數(shù)據(jù)庫(kù)的主數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.3 各設(shè)計(jì)階段固化層

將項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)階段固化的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并存檔的數(shù)據(jù)區(qū)域。該層次數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)為獨(dú)立的主數(shù)據(jù)庫(kù)。

此外，為便于各專業(yè)在確定綜合設(shè)計(jì)方案前進(jìn)行充分的信息交換和協(xié)同配合，還可建立專門的臨時(shí)研究層數(shù)據(jù)庫(kù)，使設(shè)計(jì)人員可以不受權(quán)限限制的建立各類設(shè)計(jì)模型，推演各自設(shè)計(jì)方案。相關(guān)專業(yè)可以直觀便捷地互動(dòng)，以形成最終的設(shè)計(jì)方案。

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的層次設(shè)置如圖1所示。

核電工程設(shè)計(jì)應(yīng)用中，通常按專業(yè)、設(shè)計(jì)范圍和廠房（或子項(xiàng)）的組合劃分設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，命名規(guī)則為：

模型專業(yè)_設(shè)計(jì)范圍_廠房或子項(xiàng)_數(shù)據(jù)庫(kù)類型代碼_ 數(shù)據(jù)庫(kù)層次標(biāo)識(shí)（M/E）。

其中：

①“模型專業(yè)”通常是按布置設(shè)計(jì)物項(xiàng)進(jìn)行劃分的，如土建、設(shè)備、管道、橋架、支吊架等。

②設(shè)計(jì)范圍按不同參與單位的設(shè)計(jì)分工劃定；若不涉及多個(gè)參與單位，則不需要設(shè)置該劃分要素。

③數(shù)據(jù)庫(kù)層次如前所述，包含專業(yè)內(nèi)工作層和專業(yè)間協(xié)同層，分別對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)M（Master）和E（Extract）。

2.3 用戶工作區(qū)層次的技術(shù)狀態(tài)控制

如前所述，通過(guò)數(shù)據(jù)工作區(qū)差異化設(shè)置可使不同設(shè)計(jì)用戶查看對(duì)其有效且必需的數(shù)據(jù)。

為此，工作區(qū)通常按設(shè)計(jì)專業(yè)進(jìn)行設(shè)置，即將本專業(yè)內(nèi)工作層的數(shù)據(jù)庫(kù)和其他專業(yè)間協(xié)同層的數(shù)據(jù)組織在一起，如圖2所示，使各專業(yè)設(shè)計(jì)用戶能瀏覽到充分、必要且有效的數(shù)據(jù)，進(jìn)而更好的進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。

注：以專業(yè)A的設(shè)計(jì)工作區(qū)為例，包含有DB1_E、DB2_M、DB3_M三個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，即包含本專業(yè)工作層數(shù)據(jù)庫(kù)，還包含相關(guān)專業(yè)（B、C）協(xié)同層數(shù)據(jù)庫(kù)。其他專業(yè)設(shè)計(jì)工作區(qū)的設(shè)置依次類推。

2.4 模型元數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制

模型狀態(tài)控制對(duì)象是PDMS樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的某個(gè)層次，稱其為三維布置設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)控制的元數(shù)據(jù)，結(jié)合上文的論述，根據(jù)各模型專業(yè)設(shè)計(jì)的基本單元對(duì)象，選定的PDMS元數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

模型狀態(tài)控制的方式是通過(guò)對(duì)元數(shù)據(jù)特定的自定義屬性值的設(shè)置而實(shí)現(xiàn)的，例如為上述模型狀態(tài)對(duì)象定義一個(gè)自定義屬性：MMSSTATUS，通過(guò)對(duì)該屬性進(jìn)行賦值以標(biāo)識(shí)其所依附對(duì)象的技術(shù)狀態(tài)。

3 模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制綜合應(yīng)用

3.1 模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)與布置設(shè)計(jì)流程

管道布置是三維布置設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容，其設(shè)計(jì)流程及其狀態(tài)控制方法最具代表性。本節(jié)以管道模型設(shè)計(jì)過(guò)程為例，論述其狀態(tài)控制方法。

將管道布置模型從生成（節(jié)點(diǎn)“0”）至其完成固化并出圖（節(jié)點(diǎn)“100”），每一節(jié)點(diǎn)值對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的設(shè)計(jì)完成度（%）。按照布置設(shè)計(jì)邏輯，其主要狀態(tài)控制節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

由圖3可見(jiàn)，通過(guò)對(duì)管道布置設(shè)計(jì)流程的定制，明晰了模型元數(shù)據(jù)所處的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)；通過(guò)實(shí)施元數(shù)據(jù)的狀態(tài)標(biāo)識(shí)，使開(kāi)發(fā)出的配套模型校審流程能順暢流轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維布置設(shè)計(jì)過(guò)程的精準(zhǔn)控制。

3.2 模型數(shù)據(jù)狀態(tài)控制與設(shè)計(jì)權(quán)限管理

各布置設(shè)計(jì)專業(yè)負(fù)責(zé)（通常為主設(shè)人）其責(zé)任范圍內(nèi)設(shè)計(jì)對(duì)象（各模型元數(shù)據(jù)）狀態(tài)值的修改，一旦狀態(tài)屬性值設(shè)定后，與該狀態(tài)屬性值匹配的PDMS的權(quán)限控制規(guī)則（Data Access Rule）隨即生效，將對(duì)設(shè)計(jì)用戶對(duì)模型及其屬性所允許的修改進(jìn)行控制。在某一狀態(tài)值下，根據(jù)布置設(shè)計(jì)流程邏輯，對(duì)應(yīng)一組允許對(duì)模型物項(xiàng)及其屬性進(jìn)行修改的操作，超出該范圍的操作將被禁止。

通過(guò)模型數(shù)據(jù)狀態(tài)控制與設(shè)計(jì)權(quán)限管理結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)計(jì)流程各節(jié)點(diǎn)規(guī)劃工作的精準(zhǔn)控制。

4 模型技術(shù)狀態(tài)控制的其他創(chuàng)新應(yīng)用

4.1 專業(yè)間提資與收資

三維布置協(xié)同設(shè)計(jì)最典型的專業(yè)提資接口是工藝-結(jié)構(gòu)提資與收資，即在三維環(huán)境中提出各工藝專業(yè)對(duì)土建結(jié)構(gòu)的孔洞、預(yù)埋板、設(shè)備基座、荷載等需求，由結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行收集與確認(rèn)。在此過(guò)程中對(duì)提資信息所對(duì)應(yīng)的模型載體進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)控制，可顯著提高接口的直觀性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提升設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量。

4.2 模塊化三維設(shè)計(jì)

AP1000等核電工程廣泛應(yīng)用模塊化技術(shù)，模塊相關(guān)模型數(shù)據(jù)的三維設(shè)計(jì)流程與技術(shù)狀態(tài)控制方法也需進(jìn)行修正。對(duì)模塊化物項(xiàng)的狀態(tài)標(biāo)識(shí)需綜合應(yīng)用模型狀態(tài)節(jié)點(diǎn)值和模塊化屬性值，兩者共同作用以控制模塊物項(xiàng)的布置設(shè)計(jì)邏輯及其流程。

4.3 三維綜合碰撞檢查

多專業(yè)綜合布置與碰撞檢查也是三維布置設(shè)計(jì)過(guò)程中必不可少的環(huán)節(jié)，有賴于各模型專業(yè)物項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)控制的實(shí)施，各個(gè)綜合碰撞檢查節(jié)點(diǎn)所涵蓋的模型數(shù)據(jù)基于明確的狀態(tài)值及必要的完成度，實(shí)施效果更好。

5 結(jié) 語(yǔ)

①核電工程三維布置設(shè)計(jì)所包含的模型數(shù)據(jù)龐大而復(fù)雜，通過(guò)模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制的實(shí)施，有效地支撐多團(tuán)隊(duì)、多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮三維設(shè)計(jì)“所見(jiàn)即所得”的可視化優(yōu)勢(shì)，又達(dá)到了“所見(jiàn)知其義”及“所見(jiàn)即有效”的效果。

②基于技術(shù)狀態(tài)管理理念首次建立起了依托模型數(shù)據(jù)的三維布置設(shè)計(jì)校審流程，對(duì)三維布置設(shè)計(jì)進(jìn)行精細(xì)化過(guò)程控制，顯著提升了核電工程三維布置設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。當(dāng)然，在模塊化正向設(shè)計(jì)情況下，如何更好的實(shí)施相關(guān)物項(xiàng)的狀態(tài)標(biāo)識(shí)和過(guò)程控制，有待于核電工程設(shè)計(jì)實(shí)踐對(duì)其進(jìn)行持續(xù)修正。

③技術(shù)狀態(tài)管理的對(duì)象正逐步從“文件”層次過(guò)渡到“數(shù)據(jù)”層次，對(duì)核電三維布置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制對(duì)象已細(xì)化至模型元數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)管理。

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