電廠三維設計中墻板智能開孔系統的開發和應用

肖 南 張晨征 王 婕

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

電廠三維設計中墻板智能開孔系統的開發和應用

肖 南 張晨征 王 婕

(國核電力規劃設計研究院，北京 100095)

針對電廠設計中墻板開孔和提資的問題，提出了三維墻板開孔和提資的技術方案及流程圖,并基于PDMS和AutoCAD平臺，開發了墻板智能開孔和提資系統，結果表明將該系統應用于實際工程，大幅提高了三維孔洞的建模和提資效率，保證了工程質量，取得了良好效果。

電廠設計，智能開孔，三維提資，系統開發

0 引言

在火電和核電設計領域中，計算機輔助設計已從傳統的二維設計手段發展到人機交互式的、高度集成化的、智能化的三維協同設計階段[1]。

三維協同設計要求多個專業在統一的平臺上共同工作。傳統工程設計過程中，專業間資料的傳遞基于二維CAD圖紙進入工程管理平臺，這樣雖然能保證資料傳遞的正確性和完整性，但本質上和三維設計平臺是脫節的；圖紙包含的大量信息無法直接利用，需要人工校核和錄入才能進入三維設計平臺[2]。

許多科研工作者和工程技術人員對專業間協同設計過程中資料傳遞做了研究和探討。謝華[3]指出工藝專業提供給土建專業比較重要的信息有荷載、孔洞、預埋件三類；采用三維協同設計后，土建專業能從三維模型中提取資料，簡化自己的工作。蘇陽等[4]提出三維提資和三維收資是土建專業三維平臺數據流轉的重要組成部分，能提升土建專業的生產效率。王一莉等[5]開發了汽水管道支吊架表和埋件表提資軟件，提高了工程設計中提資的效率和質量；唐瑋[2]提出三維集成提資系統作為傳統提資流程的替代，各專業將資料完整、準確、直觀的體現在三維模型中，實現了設計數據的高效管理。

在各類需傳遞的專業資料中，土建墻板上的管道孔洞是最重要的工藝信息之一。為解決孔洞在三維協同設計中資料傳遞的問題，本文提出了土建墻板智能開孔的技術方案，并基于PDMS三維設計平臺和AutoCAD繪圖平臺開發出了智能開孔協同設計系統。該系統已應用于實際工程，取得了良好的效果。

1 墻板智能開孔系統的設計與實現

1.1 系統功能

本系統方案的提出，旨在解決工藝專業和土建專業之間協同設計時開孔數據傳遞的需求，實現孔洞數據在三維設計平臺上共享和協同。系統在充分調研專業需求的基礎上，基于PDMS三維協同平臺的特點，實現了以下功能：

1)根據管道和墻板的位置關系，自動計算管道與墻板的碰撞點，從而確定孔洞的位置。

2)根據管道的溫度、壓力、保溫厚度等約束條件，依據預設規則自動確定管壁和孔洞壁的間隙，從而確定孔洞的大小。

3)根據孔洞位置和大小，自動在PDMS中生成邏輯孔洞的三維模型。

4)自動檢索管道的變化并對孔洞做相應的調整；對數據傳遞過程進行版本管理，做到“可控制”“可追溯”，保證數據的唯一性和準確性。

5)土建專業校核確認邏輯孔洞后，自動在PDMS中生成真實孔洞三維模型。

6)根據邏輯孔洞自動生成CAD二維提資圖，兼顧傳統二維提資的需求。

7)根據真實孔洞自動生成CAD孔洞布置圖，滿足土建施工圖的需求。

1.2 系統體系結構

根據軟件體系架構分層設計和功能模塊化的原則，體現“高內聚、低耦合”的程序設計思想，本系統分為4個層次和12個功能模塊，如圖1所示。該體系結構不僅涵蓋了系統的全部功能需求，而且層次清晰、模塊劃分合理，為今后系統的維護和功能擴展提供了極大的便利。

1.3 系統流程圖

該系統的使用者包括工藝專業和土建專業的設計師，兩者相互配合才能完成設計過程。系統中工藝專業和土建專業的程序流程圖，分別見圖2和圖3。

2 墻板智能開孔應用實例

2.1 工程概況

測試項目采用國網能源哈密電廠4×660 MW工程，其廠址位于哈密市西南方向約62 km，北臨哈羅公路和哈羅鐵路，南靠國網能源哈密大南湖煤礦，距一號礦井1.7 km。主廠房按四機四爐超臨界直接空冷燃煤發電機組進行設計，布置方式為汽機房—除氧間—煤倉間—鍋爐順列布置，汽輪發電機組縱向布置，集控樓布置在2號、3號機之間。

2.2 工程應用

在主廠房范圍內，采用該系統對與管道相交的墻板進行自動開孔設計。在PDMS三維協同設計平臺中，低壓旁路管道在6.25 m層樓板處自動開孔，如圖4所示；汽機房通風管道在6.25 m層樓板處自動開孔，如圖5所示。三維孔洞自動生成的二維CAD提資圖，如圖6所示。

2.3 應用效果

使用該系統能很好地解決孔洞建模和孔洞提資工作，保證三維孔洞模型和二維提資圖的一致性和準確性，同時能顯著提高工作效率。根據實際使用情況的估算，能夠節省三維孔洞建模和孔洞提資工作所耗的人工時約60%。若考慮到后期三維管道模型的更新和維護，廠區內主廠房之外的建(構)筑物的墻板開孔，節省的時間會更多。

3 結語

工程測試和應用表明，墻板智能開孔系統的技術方案切實可行，系統執行結果穩定可靠。采用該技術，能避免三維孔洞重復建模和事后抄模，大幅提高三維孔洞的建模效率和提資效率；同時，三維孔洞模型和二維孔洞提資圖始終保持一致，消除了三維模型檢查中管道與墻板之間因未開孔而產生的碰撞，保證了項目整體設計質量。該系統作為我院數字化協同設計平臺建設成果的一部分，下一步將在我院多個國內外項目的三維協同設計中推廣應用。

[1] 肖 南.土建計算模型轉PDMS三維模型應用技術探討[J].山西建筑，2015,41(7):254-257.

[2] 唐 瑋.三維提資系統集成開發探討[A].AVEVA大中華區大賽優秀論文集[C].2011:132-144.

[3] 謝 華.PDMS在土建結構設計中的應用[J].武漢大學學報(工學版)，2006,39(sup):184-187.

[4] 蘇 陽,孔祥宇.土建專業三維平臺數據流轉的實踐[J].武漢大學學報(工學版)，2011,44(sup):139-141.

[5] 王一莉,王少寧.汽水管道支吊架表及埋件提資表軟件開發[J].南京化工大學學報，2000,22(5):57-60.

Application on intelligent system for creating holes model on wall & floor in 3D powerplant design

Xiao Nan Zhang Chenzheng Wang Jie

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesign&ResearchInstitute,Beijing100095,China)

According to the problem of creating holes model on wall and floor in powerplant design, technical scheme and flow chart of creating holes and transfering its information in 3D method is proposed. And based on the PDMS and AutoCAD design platform, the related program system is developed successfully. The system is utilized in actual project. It greatly improved the efficiency of creating holes model, ensured the engineering quality, achieved good effect.

powerplant design, creating hole model, 3D information transfer, system development

2015-02-11

肖 南(1982- )，男，工程師； 張晨征(1981- )，男，工程師； 王 婕(1987- )，女，助理工程師

1009-6825(2015)12-0257-02

TP311.51

A