對利用三維協同設計技術構建數字化核電的探討

蔡鼎陽　武相　唐涌濤　林亮　蘇榮福

【摘 要】三維設計技術、協同設計技術的應用，為數字化核電建設提供了技術支持。本文對數字工程管理平臺、數字化電廠模型、跨專業數據集成、標準編碼體系等數字電廠實施內容進行了探究，提出了網絡通訊、不同平臺整合、數據信息關聯等關鍵點，為核電相關設計人員人們提供參考。

【關鍵詞】數字化核電;三維設計;協同設計

中圖分類號： TM623文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）14-0036-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.14.016

【Abstract】The application of three-dimensional design technology and collaborative design technology provides technical support for the construction of digital nuclear power.This paper probes into the implementation of digital power plant such as digital engineering management platform，digital power plant model， interdisciplinary data integration， standard coding system.And puts forward some key points，such as network communication，integration of different platforms，data and information association，and so on.It provides a reference for engineers who work on nuclear power plant designing.

【Key words】Digital nuclear power;Three-dimensional design technology;Collaborative design technology

1 三維設計技術簡介

隨著信息科學技術水平不斷提升，核電迎來發展帶來了新機遇。在科技環境下，實現數字化移交、構建數字化核電已經成為必然趨勢。三維設計和協同設計技術為數字化核電實現提供了強大的技術支撐，提升數字化協同設計水平，加快數字化核電建設，是未來核電發展的必然方向。

三維設計技術是在二維設計基礎上逐漸發展而來的，能夠促使平面設計走向三維模型設計，使設計目標立體化。在數字化核電建設中，三維設計技術的作用是不可小視的，借助計算機系統輔助自動生成對應的三維模型。同時，在設計成果展示方面，對以往展示形式進行創新，包含三維模型和設計信息的綜合展示形式可以讓管理者、設計者一目了然，為數字化核電構建提供了有利條件。借助可視化的協同系統，能夠讓相關設計人員以自動化工作流程為依據，以同一模型為主開展設計工作，對設計方案中不合理的地方及時改進，有利于實現較高水平的設計自動化，大幅提高設計效率。

2 協同設計技術簡介

協同設計平臺是協同設計的核心工具，可以對設計數據進行科學管理，實現三維信息的集成，在協同設計技術中發揮著重要作用。協同設計平臺的主要目標是打造集成化應用系統，降低整個工程信息集成的成本。在構建數字化核電過程中，借助協同設計平臺，能夠有效對不同階段的信息數據進行集成，在此基礎上，可以以數字化工廠的形式進行全廠數字化移交。另外，在協同設計中，也可以進行設計數據中心的打造，對于多專業的所有設計數據進行整理收集，打通信息孤島，供不同專業間進行數據傳遞與共享，提高接口交換效率，提升設計質量與設計效率。

3 數字電廠實施內容

3.1 三維電廠模型

在數字化核電建設中，三維電廠模型是最關鍵的載體。在三代核電AP1000三維布置設計平臺方面，對PDS進行充分運用，主要是因為該平臺具有專業化、一體化特征。不僅有利于實現各專業間的充分聯動，而且在各專業布置方案解決方面也發揮著重要作用，例如建筑結構、管道布置、電纜敷設等方面。另外，采用PDS進行布置設計，也能夠促使碰撞檢查有效完成，降低碰撞問題出現的概率，并且能夠進行工廠三維虛擬漫游、抽取材料清單等[1]。

在建立三維電廠模型時，為有利于協同設計技術作用的發揮，需要各專業及時將建立的模型導入到協同設計平臺中，借助統一編碼功能和相關設備，可以自動聯出歷史版本、P&ID流程圖、數據表等，這也是建立數字電廠模型的最初階段。

3.2 數字工程管理平臺

在信息水平日益提升的今天，核電建設逐漸引入了國際化專業工具平臺，加強了對系統設計、文檔控制的管理。例如，文檔管理方面，Documentum是最主要的軟件之一，具有一定的先進性，可以提高管理水平。

數字工程管理平臺是數字電廠的重要組成部分，主要以大量多專業設計數據為核心，以工程管理集成平臺為基礎。在訪問后臺數據庫方面，可借助各類網頁瀏覽器。同時，基于數字工程管理平臺，能夠查詢到設計環節中的三維模型與二維圖紙資料，并且也涉及到了供應商信息、維修信息、各種數據報表、運行信息等，與Documentum系統進行鏈接，進而可直接查閱。

3.3 跨專業數據集成

信息交互是有效完成工程項目設計工作的基本條件，也是提高設計科學性、可行性的基礎。為了實現這一目標，需要實現各設計平臺的集成，不僅能夠提高設計數據傳遞的正確性、準確性，而且還能為數字化電廠建設創造良好的環境。在傳統設計工作，主要是以人工方式為主，由相關人員進行互提資料的填寫，并以紙質版的形式進行傳遞，不僅需要花費大量的人力、物力、財力，而且還加大了人文因素的影響，提高了錯誤出現的概率。在新時期，為了避免這一不良現象的發生，可以借助CAE設計平臺，下游專業進行接收，對于上游設計數據而言，能夠直接發布到協同設計平臺中，實現了各專業間的協同設計，既可以減少差錯出現，又保證數據的可靠性、一致性，對良好設計效果的實現具有重要意義。

在進行數據傳遞時，以Intergraph公司的SP系列軟件為例，使用其自帶工作流的功能，還能夠對相應數據實施編校審質量控制。為促使設計人員能夠更快接受集成化設計方式，應該打通DMS設計質量平臺與SPPID、SPF的接口，在這一基礎上，結合實際建設狀況，有針對性的進行工作流的制定，以便提升集成化設計方式的使用率[2]。

3.4 標準編碼體系

進行統一編碼體系的制定不僅是開展數據錄入與對比的前提，而且也能夠促使設計信息數據關聯實現，為數字化電廠設計提供良好條件。因此，應該進行標準編碼體系的建立，以便為其設計工作提供重要依據，提高設計質量，實現預期設計效果。這就需要在各項目編碼基礎上，依據我國核電具體狀況，設計一套標準的編碼體系，對高質量數字電廠的形成具有重要意義。

4 關鍵技術

4.1 數據信息關聯

信息文檔與設計數據的關聯是數字化核電的主要特征之一。所有數據信息的關聯都是以標識碼為基礎的，并且該標識碼具有唯一性，給設備規范書、流程圖、系統說明書的查閱提供了便利性。目前國內核電設計以及運維領域，設計數據與大量圖紙文檔的關聯是需要借助人工方式進行的，其整體工作強度極大，且難免發生人因疏漏。為保證工程數據庫內數據的唯一性、準確性，數據與文檔信息的自動關聯技術，是現階段數字化核電需盡快完成的。

4.2 多平臺數據傳遞

在協同設計平臺中，工藝系統的典型的設計工作流程如下：當系統流程設計完成后，將完成的系統設計參數發布給設備設計與布置設計人員;設備設計人員完成設計后，將模型發布，模型自動傳遞至布置設計軟件中;布置設計人員設計依據設計輸入，完成布置設計后，將設計對象的三維設計模型發布至平臺，自動傳遞至力學分析軟件與熱工流體分析軟件中供相關設計人員分析計算;計算分析完成后，向上游設計人員反饋結果并提出優化方案。

為完成以上完整的工藝設計流程，關鍵在于打通各專業設計工具數據接口，進行高效的接口數據交換，實現真正的三維協同設計。開發二維流程設計軟件（如AutoCAD等）、三維布置設計軟件（如PDMS、PDS等）、三維設備設計軟件（如Inventor、SolidWorks等）、力學分析軟件（如PEPS、ANSYS等）、流體熱工分析軟件（如RELAP5、Fluent等）間的數據交換接口，實現上下游設計數據的無縫傳遞。不同平臺軟件間數據的直接傳遞，避免了不同專業間多次重復的建模過程，大大提升了工作效率;也避免了由于人因造成的數據傳遞錯誤，而導致的設計偏差。

4.3 快捷穩定的訪問方式

在以往二維設計中，單機繪制圖紙是最主要的工具，給相關設計人員帶來了很多不便，也不利于設計信息的快速查找。而三維協同設計技術的應用有效彌補了這一缺陷，其主要是采用數據庫驅動，其設計工作可以在統一的設計平臺上開展，能夠及時進行專業設計信息的獲取，所以對網絡的要求是比較高的。尤其是在訪問三維模型等重要環節中，需要保證網絡通信安全性與穩定性[3]。此外，由于設計數據中包含著極大的信息量，數據的讀取與顯示對硬件設備提出了極高的要求。而在大多數時候，并不需要展示如此多細節。為方便快速穩定的對相關數據進行瀏覽，模型數據的輕量化處理也是一個急待解決的問題。

5 結論

三維設計技術與協同設計技術在數字化核電建設中具有重要作用。其實施內容主要有三維電廠模型、跨專業數據集成方式、編碼體系設計、數字工程管理平臺。為了有效建設電廠，應該保證網絡的穩定性與安全性，加強不同信息整合，促使數據信息關聯實現，進而可提高建設的有效性。

【參考文獻】

[1]江國進，孫永濱，莫昌瑜，等.基于PSA技術的核電廠數字化儀控系統可靠性設計及應用[J].核動力工程，2019（02）：99-104.

[2]吳官寅，胡立生，張建波.基于改進型CREAM方法的核電廠數字化人機界面人因可靠性研究[J].自動化應用，2017（11）：26-28+31.

[3]張亮，高明.信息化環境下數字化核電廠三維結構模型及其解決方案[J].電器工業，2017（02）：66-69+71.