OpenPlant與PlantSpace在水電工程三維設(shè)計(jì)應(yīng)用中的差異化研究與實(shí)踐

許志翔，和 扁，周淼汛，馬 滄，楊貴程，岳志偉，汪德樓，馬繼生

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州311122）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)的發(fā)展，以及工程項(xiàng)目精細(xì)化的需要，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為了工程設(shè)計(jì)的主流手段。與傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)不同，三維模型更加直觀，具有強(qiáng)烈的可視性。在統(tǒng)一的項(xiàng)目管理平臺上可以進(jìn)行各專業(yè)間的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，有利于提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)，隨著工程全生命周期管理受到了越來越多的重視，包含數(shù)據(jù)信息的三維模型可以更好的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理的需求。

水電工程系統(tǒng)復(fù)雜，涉及專業(yè)多且雜，各專業(yè)在同一區(qū)域內(nèi)進(jìn)行設(shè)備管路等協(xié)同布置時(shí)難度較大，往往會出現(xiàn)彼此干涉的情況[1，2]。華東勘測設(shè)計(jì)研究院通過引進(jìn)Bentley平臺，并對其平臺下的多款三維建模軟件進(jìn)行二次開發(fā)本土化，目前已成功應(yīng)用于多項(xiàng)水電工程[3]。建成的水電站三維模型在建設(shè)、移交和維護(hù)等工程階段內(nèi)都發(fā)揮了重要作用。

水電站三維系統(tǒng)涉及到樞紐、工廠和地質(zhì)三大板塊，工廠三維系統(tǒng)在水電站設(shè)計(jì)中占有較重的比例。Bentley旗下的工廠三維設(shè)計(jì)軟件主要有OpenPlant和PlantSpace系列，不同軟件的使用對三維設(shè)計(jì)的效率及適用性有很大的影響。本文將對這兩款軟件進(jìn)行綜合比較，以期為水電設(shè)計(jì)從業(yè)人員提供一些參考意見。

1 水電工程三維設(shè)計(jì)解決方案

水電工程的設(shè)計(jì)有別于一般意義上的土木工程設(shè)計(jì)，其具有專業(yè)涉及面廣、標(biāo)準(zhǔn)化程度低、協(xié)同配合要求高等特點(diǎn)。Bentley平臺具有專業(yè)模塊覆蓋面廣、協(xié)同平臺可靠、數(shù)據(jù)兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢，可以為水電工程三維設(shè)計(jì)提供解決方案，其軟件框架及流程如圖1所示。基于基礎(chǔ)平臺MicroStation 以及協(xié)同平臺ProjectWise，樞紐、工廠和地質(zhì)三大專業(yè)板塊協(xié)同工作，可以完成資料互提、方案比選與優(yōu)化、技施出圖等實(shí)質(zhì)性任務(wù)。其中，Openplant和PlantSpace兩款軟件都可以實(shí)現(xiàn)工廠三維系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對它們進(jìn)行比較并針對性選用，有利于提高水電工程三維設(shè)計(jì)的效率。

1.1 PlantSpace

PlantSpace系列軟件主要包括PlantSpace Design Series和Isoextractor兩個(gè)軟件。PlantSpace Design Series軟件中的模塊涵蓋了結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管路、橋架、暖通（HVAC）和支吊架等[4，5]，這些模塊為水電站工廠三維系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了便利。同時(shí)，通過對PlantSpace Design Series進(jìn)行合理的二次開發(fā)，可以建立符合水電行業(yè)要求的管路、設(shè)備及支吊架系統(tǒng)。將 PlantSpace Design Series與 OBD（OpenBuildings Designer）、Isoextractor和 Navigator等軟件進(jìn)行聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)水電站設(shè)計(jì)過程中的碰撞檢查、動態(tài)剖切、抽二維圖、抽軸測圖和實(shí)時(shí)漫游等功能[6]。

目前，PlantSpace已經(jīng)成功應(yīng)用于龍開口[2]、仙居抽蓄、洪屏抽蓄[7]，寶泉抽蓄[8]等電站的三維設(shè)計(jì)中。

圖1 基于Bentley平臺的水電工程三維設(shè)計(jì)解決方案軟件框架及流程

1.2 OpenPlant

OpenPlant系列軟件主要包括OpenPlant Modeler、OpenPlant PID和OpenPlant Isometrics Manager 三個(gè)軟件[10]。OpenPlant Modeler中同樣涵蓋了管路、HVAC和電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)模塊，使用該軟件進(jìn)行水電站工廠三維設(shè)計(jì)，視圖直觀，操作快捷，檢索、查找、定位等操作都非常方便。OpenPlant Modeler具有配套的系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)軟件OpenPlant PID，聯(lián)合使用可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的系統(tǒng)圖指導(dǎo)三維設(shè)計(jì)的目的。同時(shí)，將OpenPlant Modeler與OBD和OpenPlant Isometrics Manager等聯(lián)合使用，可以實(shí)現(xiàn)高效地二維出圖和抽ISO軸測圖，并支持和三維協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行集成[11]。OpenPlant系列軟件具有良好的集成與交互操作性，可以實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)、建設(shè)、移交和維護(hù)等整個(gè)生命周期內(nèi)的所有數(shù)據(jù)的高效交換和相互訪問。

目前，OpenPlant正在應(yīng)用于楊房溝、周寧抽蓄、永泰抽蓄等電站的三維設(shè)計(jì)中。

2 功能對比

OpenPlant和PlantSpace系列軟件都擁有比較完整的工廠三維設(shè)計(jì)功能。水電站工廠三維設(shè)計(jì)中，管路設(shè)備的繪制與修改、三維碰撞檢查、抽技施圖和

材料統(tǒng)計(jì)都是核心功能，兩款軟件的功能對比將圍繞著這些核心功能展開。

2.1 繪制管路

PlantSpace Design Series軟件繪制管路必須先繪制構(gòu)造線，然后通過構(gòu)造線生成管路。所有的管路管件信息都是從構(gòu)造線上獲取。

OpenPlant modeler軟件繪制管路時(shí)則無需繪制構(gòu)造線，可以直接繪制管路。所有的管路管件信息都是從管路上獲取。

從管路繪制快捷性的角度來說，OpenPlant modeler無需繪制構(gòu)造線這一環(huán)節(jié)，因而管路建模效率上比PlantSpace Design Series要高。

2.2 管路修改

PlantSpace Design Series軟件生成的管路因帶有構(gòu)造線，當(dāng)需要修改某段管路屬性時(shí)，可以直接修改該段管路構(gòu)造線屬性，再重新生成管路即可。同時(shí)，該管段上所有的法蘭、閥門、管件等也會自動匹配修改屬性。

OpenPlant Modeler軟件生成管路未帶構(gòu)造線，當(dāng)需要修改某段管路（非單根管路）屬性時(shí)，需要用系統(tǒng)自帶的Pipe Manager工具，在Pipe Manager內(nèi)勾選所需修改的管路，然后進(jìn)行屬性調(diào)整。

相對而言，PlantSpace Design Series中修改管路屬性步驟較少，簡單直觀，比OpenPlant Modeler更加方便快捷。

2.3 碰撞檢查

PlantSpace Design Series和OpenPlant modeler的碰撞檢查功能及原理基本一致，都是創(chuàng)建兩組參考文件Group A和Group B，然后對兩組參考文件的三維模型進(jìn)行碰撞檢查。兩款軟件默認(rèn)的參考文件只有兩組Group，無法同時(shí)對三組或三組以上Group進(jìn)行碰撞檢查，后期開發(fā)可以對該項(xiàng)功能進(jìn)行升級完善研究。

2.4 抽ISO圖

PlantSpace Design Series可以對模型內(nèi)的每根獨(dú)立管路抽取一個(gè)獨(dú)立的JSM文件，將該文件導(dǎo)入Isoextractor可以進(jìn)行ISO圖繪制。

OpenPlant Modeler可以對模型內(nèi)需要抽取ISO圖的管路進(jìn)行集中選擇后生成ISO sheet，將ISO sheet文件導(dǎo)入OpenPlant Isometrics Manager中即可進(jìn)行ISO圖繪制。

OpenPlant Isometrics Manager支持將2個(gè)不同編碼的管路放置在同一張ISO圖中，而PlantSpace系列軟件不支持該項(xiàng)功能。也就是說，利用Isoextractor抽取的ISO圖中只能包含一根獨(dú)立的管路，而利用OpenPlant Isometrics Manager抽取的ISO圖中可以包含多根管路。從ISO抽圖功能上看，OpenPlant系列軟件比PlantSpace系列軟件更有優(yōu)勢。

2.5 材料統(tǒng)計(jì)功能

PlantSpace Design Series只能統(tǒng)計(jì)某個(gè)模型中包含的所有材料。而OpenPlant modeler可以統(tǒng)計(jì)模型中任意一個(gè)自定義封閉區(qū)域內(nèi)的材料。從材料統(tǒng)計(jì)功能上看，OpenPlant系列軟件比PlantSpace系列軟件功能強(qiáng)大。

2.6 PID制圖功能對比

PID圖可以反映水電站輔助系統(tǒng)的構(gòu)成和運(yùn)行原理，將PID圖與三維軟件聯(lián)合交互使用可以實(shí)現(xiàn)二維系統(tǒng)圖指導(dǎo)三維模型設(shè)計(jì)的目的[12]。PlantSpace系列軟件僅支持PID圖繪制，不支持與三維設(shè)計(jì)之間的交互使用；而OpenPlant系列軟件不僅可以繪制PID圖，還可以設(shè)定設(shè)備管路規(guī)格型號等參數(shù)，并發(fā)布成對應(yīng)的i-model文件，modeler根據(jù)i-model文件進(jìn)行三維建模和特性匹配。

因此，OpenPlant系列軟件在PID圖繪制及交互使用方面比PlantSpace系列軟件更有優(yōu)勢。

3 數(shù)據(jù)庫對比

3.1 PlantSpace數(shù)據(jù)庫

PlantSpace系列軟件支持的數(shù)據(jù)庫包括MS Sql Server和Oracle，通常統(tǒng)一安裝在服務(wù)器上，通過ODBC進(jìn)行連接。該數(shù)據(jù)庫包括屬性定義表、目錄表、類表、項(xiàng)目配置表、用戶配置表、規(guī)則表、等級表等多種類型數(shù)據(jù)庫表，詳見表1。

表1 PlantSpace數(shù)據(jù)庫類型表

PlantSpace數(shù)據(jù)庫可用來存儲工程設(shè)計(jì)中用到的各種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，例如管道、管件、閥門等元件的參數(shù)屬性及外形信息。目前PlantSpace數(shù)據(jù)庫中已錄入了上百個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)元件，數(shù)據(jù)規(guī)模近32 000條，基本可以滿足水電工程工廠三維設(shè)計(jì)的需要。

3.2 OpenPlant數(shù)據(jù)庫

OpenPlant系列軟件支持的數(shù)據(jù)庫是MS Access，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循ISO15926標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)庫與其他Workspace文件一起，通常統(tǒng)一部署在ProjectWise服務(wù)器上。OpenPlant使用Schema文件來描述數(shù)據(jù)的分類、結(jié)構(gòu)等。Schema文件是數(shù)據(jù)庫對象、業(yè)務(wù)對象等實(shí)例數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)，每種類型Schema均包含參考類和關(guān)系類幾個(gè)部分。OpenPlant中提供了規(guī)格生成器，用來創(chuàng)建和管理規(guī)格及目錄數(shù)據(jù)，即從一個(gè)或多個(gè)目錄數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)特定的規(guī)范，制定出符合系統(tǒng)要求的子集。在三維模型設(shè)計(jì)過程中，所有成員使用同一等級數(shù)據(jù)庫，為整個(gè)項(xiàng)目材料報(bào)表的生成提供了便利。

OpenPlant的Catalog數(shù)據(jù)庫基于PlantSpace數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)換而來，已完成了包括管路、管件、閥門等共計(jì)15個(gè)類型，近兩萬條數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。OpenPlant數(shù)據(jù)庫可以滿足目前水電工程工廠三維設(shè)計(jì)的需求。

3.3 數(shù)據(jù)庫對比

3.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

工程全生命周期管理的核心在于對基于標(biāo)準(zhǔn)（ISO15926）的信息模型數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和管理。隨著三維設(shè)計(jì)的逐步成熟，工程項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn)勘測、設(shè)計(jì)、建造、數(shù)字交付以及工程營運(yùn)、報(bào)廢的全過程的數(shù)字化管理[13]。PlantSpace軟件數(shù)據(jù)庫不能夠滿足此要求，而OpenPlant軟件數(shù)據(jù)庫則很好地契合了工程全生命周期數(shù)字化管理的趨勢。

3.3.2 數(shù)據(jù)編碼

KKS編碼是根據(jù)標(biāo)識對象的功能、工藝和安裝位置等特征，來明確標(biāo)識電廠中的系統(tǒng)和設(shè)備及其組件的一種代碼[14]。KKS編碼對水電工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)以及經(jīng)營管理等過程都非常重要。PlantSpace系列軟件數(shù)據(jù)庫中沒有一個(gè)很好的編碼存儲機(jī)制來滿足此需求，一直以來KKS編碼部分都是空白。由于在設(shè)計(jì)中沒有KKS編碼，之后抽取ISO圖時(shí)也不方便，無法實(shí)現(xiàn)自動分ISO頁和批量出ISO圖等功能。

OpenPlant系列軟件從PID系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)階段開始，就引入設(shè)備編碼。它的編碼并不是單純的一串代碼，而是根據(jù)定義好的機(jī)組、系統(tǒng)或設(shè)備自動生成的機(jī)組碼、系統(tǒng)碼或設(shè)備碼，因此僅需手動輸入流水號。通過編碼系統(tǒng)，OpenPlant Modeler、PID和ISO這3款軟件可以進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)，PID圖中的某個(gè)設(shè)備在Modeler模型和ISO圖中可以快速清晰定位。

因此，從設(shè)備編碼的應(yīng)用上來看，OpenPlant系列比PlantSpace系列軟件有較大優(yōu)勢。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)水電工程三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用情況來看，目前PlantSpace系列和OpenPlant系列兩款軟件都可適應(yīng)水電工程工廠三維設(shè)計(jì)的需要。

（2）根據(jù)PlantSpace系列與OpenPlant系列兩款軟件的功能對比來看，除了在三維模型修改方面，OpenPlant平臺還有待加強(qiáng)外，其余在三維建模、抽軸測圖、材料統(tǒng)計(jì)和PID制圖等功能方面，OpenPlant系列都比PlantSpace系列軟件更有優(yōu)勢。因此，利用OpenPlant系列軟件進(jìn)行水電工程的工廠三維設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步提高工作效率。

（3）相對于 PlantSpace數(shù)據(jù)庫，OpenPlant實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，規(guī)范了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的存儲、移交和維護(hù)，具有更好的適用性和可延續(xù)性，進(jìn)而提升了協(xié)同設(shè)計(jì)的效率，為實(shí)現(xiàn)水電工程全生命周期數(shù)字化管理打下基礎(chǔ)。