基于三維激光掃描的方家山核島廠房SAR氣源管線改造的應用

2019-07-10 02:04:44蔡鼎陽林亮唐涌濤

科技視界 2019年13期

蔡鼎陽　林亮　唐涌濤

【摘要】本文探討了在方家山2號機組核島廠房SAR系統氣源管線改造項目過程中，綜合運用三維激光掃描以及AVEVA E3D三維工廠設計軟件，基于現場勘測的點云數據進行可視化應用，優化核島管線改造方案的工程案例，為該技術的應用提供參考。

【關鍵詞】三維激光掃描;核電站改造;點云處理

中圖分類號： P225.2文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）13-0083-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.038

Laser-scan Supported Revamp-design of SAR Piping in Nuclear Island of Fangjiashan Unit 2

CAI Ding-yang LIN Liang TANG Yong-tao

（China institute of nuclear power research and design， Chengdu Sichuan 610213， China）

【Abstract】This paper discussed a case about laser-scan supported revamp-design of SAR piping in nuclear island of Fangjiashan unit 2. Improving piping revamp-design scheme based on local- reconnaissance point cloud by three- dimensional laser-scan and AVEVA E3D.It can be a reference for three- dimensional laser-scan applying in nuclear power plant piping revamp-design.

【Key words】Three- dimensional laser-scan; Nuclear power plant revamp-design; Point cloud process

0 引言

核電站重大設備異常檢修、大件設備吊裝、工程改進現場實施等工作，需要根據現場的三維空間布局制定方案;而如果采用技術人員現場踏勘、手動測量的方式，不僅效率低、人員接受輻照劑量高、成本高，而且容易造成設計偏差、設計變更、施工受阻等狀況。使用三維激光掃描儀將現場環境轉化為數字模型[1]，模擬現場踏勘、高精度的尺寸測量、設備運輸或安裝的干涉檢查等工作均可在辦公電腦上實現，從而大大提高技術人員的工作效率和工作質量，降低成本和風險[2]。

三維工廠設計軟件由于提供了可視化能力以及多專業實時協作的支持，為核電工程設計提供了有力的支撐，本院也累積了多年的應用三維工廠設計軟件PDMS的工程設計經驗。在工程改造項目中，結合現場勘測的條件，如果能直接采用基于三維激光掃描的技術，并利用核電三維可視化設計軟件平臺，基于現場勘測的點云數據進行虛擬工程設計，將大幅度地提升核電站改造工程的規劃與實施的效率[3]。

1 項目背景

根據中核運行方家山核電業主提出的任務委托《方家山2號機組核島廠房SAR系統氣源管線改造項目》，我院共派出技術人員6人執行該項目的現場勘查工作，從2017年1月4日到2017年1月9日，在方家山2號機組202大修期間對安全殼內SAR系統氣源管線進行了現場勘查。

2 技術路線

對于現場掃描的激光點云數據，進行轉換后，結合AVEVA的技術平臺，可綜合使用兩種技術手段。

技術路線一：基于瀏覽器的三維激光點云瀏覽與查詢AVEVA LFM

使用基于瀏覽器的現場數據瀏覽平臺，為工程勘測及方案評估提供了快捷的使用方式，用戶并不需要安裝任何軟件即可調出測量的數據。

用戶在瀏覽器端選擇某個站點后，即可以改站點進行空間的360°的觀察，對空間物件進行測量，十分的方便。同時界面顯示該站點在整體空間的相對位置，有助于進行虛擬導航時進行站點切換，形成整體的現場空間概念。

技術路線二：基于三維工廠設計平臺的可視化改造工程設計AVEVA E3D

利用AVEVA E3D三維工廠設計軟件可進行整體的瀏覽和查詢，也可以選取局部模型進行操作，并將準備替換的設備進行移除操作。

3 項目實踐

為適應大修期間的現場環境，避免昂貴的三維激光掃描儀器受到核污染，僅在低劑量區域采用三維激光掃描，高劑量區域采用數碼相機拍照的方式進行勘查工作。

3.1 現場勘查情況

（1）針對低劑量區域，采取了三維激光掃描方式對安全殼內空間進行了掃描，這次三維激光掃描總共掃描了44個站點，共采集噴霧閥房間R889、R789及20m平臺，11.5m層處所有環廊區域（包括R550、R560、R570、R588等房間）、8m層環廊區域關注區域5個站點、5m層環廊關注區域3個站點，0m層環廊處總母管管線起始處1個站點（由于0m層處存在隱藏熱點區域，故該區域主要采取現場拍照的方式），本次現場勘測中三維激光掃描數據（部分）見下圖：

（2）針對高劑量區域，采取了現場拍照、測繪的方式，分別對R561、R571兩個房間及后續管線跨越房間R471、R581等涉及業主后續改造優先實施的2RIS092VP、2RIS093VP的設備位置、氣源管線的走向進行了勘查。

3.2 識別問題

（1）實際所需勘查設備與業主所提供設備清單不一致（包括閥門所處房間號，所處標高層及閥門功能等特征信息），造成此次勘測任務中花費了大量的時間在糾正核實信息上，如下圖：

（2）在勘測過程中，發現大量現場SAR氣源管線走向常被集束管式布置的管線、支架、設備、臨時儀器設備等遮擋，從而無法獲取現場氣源管線的走向，如下圖

（3）有的房間諸如：R453房間，屬于被輻射防護控制房間，房間內所有設備被紅色塑料布包裹，無法獲取現場氣源管線的走向，如圖16。

（4）在勘測過程中，發現現場SAR氣源管線在通往其他房間時使用的穿墻孔洞所處位置具有較大的隨意性，如果實施改造，現場新開SAR氣源管線的穿墻孔洞是否具備施工條件存在問題。

圖18此為R460環廊所對應SAR氣源管線穿墻孔洞，該SAR氣源管線與另外兩根工藝管道共用一個穿墻孔洞，且該孔洞已被封堵，且該孔洞周圍并無相應可用穿墻孔洞，重新找尋穿墻路徑將極大的延長該管線的長度及改變其原有的管道走向。

（5）在與業主交流的過程中，業主傾向于復制一套安全殼內的SAR系統，這會對壓縮氣體的流量分配提出要求。

（6）由于此次現場勘測處于方家山202大修期間，維修人員來往頻繁，造成部分現場三維激光掃描區域發生靶標被碰撞、移位，從而造成三維激光掃描圖像出現偏差。

綜上所述，此次SAR系統氣源管線改造項目現場勘測，我院利用三維激光掃描技術對安全殼內的SAR管線進行了掃描，并能夠對其進行反向建模，但由于大量管線處于不可達區域，無法獲取其相應的管線走向，且由于現場在原有SAR系統氣源管線附近無法尋找到可用的穿墻孔洞，缺少將SAR系統氣源管線從設備房間引至環廊及從環廊向SAR系統總母管管線的路徑及空間，因此建議業主對SAR系統氣源管線改造項目的實施方案的可行性進行重新評估。

3.3 建議實施方案

根據現場勘查過程中發現的問題，我院向業主提出建議實施方案。

（1）對于被遮擋或覆蓋而無法測量的部分管線，采取現場設計的方式進行改造施工;

（2）業主方面提出的復制一套SAR系統管線的方案，對于穿墻的管線，需在墻體上重新開孔，現場施工難度大。因此我院建議采取從需供氣的閥門到總母管管線的漸進式修改方式，保持管線走向一致的情況下，逐步替換該原有管線。

4 總結與展望

通過方家山核島廠房SAR氣源管線改造項目，對結合國際先進的工程可視化化技術對在役核電站的應用進行工程驗證，具備了應用LFM、AVEVA E3D手段為業主提供更優質的工程勘測、改造方案規劃服務的能力。

對于基于三維激光掃描及E3D的工程改造應用這一技術，總結出其對于工程應用的效益如下：

（1）提供快速地查詢瀏覽現場勘測數據的平臺，基于瀏覽器各設計、施工作業團隊即可查詢模型和數據，簡單易用。

（2）實現基于現場勘測點云數據的工程改造設計，從源頭上保證基礎信息的準確性[4]。

（3）優化基于現場改造方案的驗證，設計人員可直接操作現場模型結合改造后的模型，進行布置方案設計、碰撞檢測、材料和圖紙輸出

（4）優化與業主的方案溝通，結合可視化的手段進行項目方案討論或報告，提高了整體項目的運作效率

基于三維激光掃描及E3D的改造工程技術的應用，相應地為工程企業改造項目的前期規劃、人員技能、軟件配置等提出了新的要求。