核電三維電子文件管理研究

楊茹 徐浩然 崔靜華

摘 要??文章分析了核電三維電子文件的管理現狀和存在的問題，提出以OAIS為指導構建核電三維電子文件管理體系，主要包括以下必要內容：集中統一管理三維電子文件，明確部門責任;提案高檔案人員能力;建立三維電子文件管理相關的標準、規范體系;核電三維模型知識庫建設。未來不僅要實現對三維模型的歸檔管理和重復利用，保證三維檔案的真實性、有效性、完整性、可用性;而且要逐步實現三維電子檔案的知識管理，建立標準產品庫，從而縮短項目的設計周期，不斷推進技術創新。

關鍵詞? 三維數據 電子文件 OAIS 知識庫 核電

中圖分類號 G275.3 文獻標識碼 A 收稿日期 2019-12-30

Abstract The paper analyzes the current conditions and problems of 3D electronic records management of nuclear power， and proposes a management system constructed under the guidance of OAIS. The following measures are necessary： the 3D electronic records should be managed in a centralized and united way and clear responsibilities of departments are formulated; archivists should improve their abilities; the standards and norms of the management should be established; a knowledge base should be constructed. In the future， 3D models will be filed and used repeatedly to ensure the archivesintegrity， validity， unity and usefulness. Knowledge management of 3D electronic records should be realized and standard product database should be constructed to shorten the design period of projects and promote technological innovation continuously.

Keyword 3D data; electronic records; OAIS; knowledge base; nuclear power

一、前言

隨著三維技術的發展和三維模型的應用，三維模型協同設計逐漸引入核電領域并產生了大量的三維數據。三維模型比二維的文件圖紙更直觀容易理解、更精確，能提高設計效率和新產品的研制周期。但是三維模型作為一種特殊的電子文件，在管理體制、標準規范、技術方案等方面存在不完善的地方，尤其是面臨長期保管和利用的問題。鑒于此筆者將基于開放檔案信息參考模型OAIS（ISO 14721：2003，the open archival information system reference model）對核電三維電子文件的管理進行探索研究，以實現其長期保存和利用的目的。三維電子文件指的是三維模型及相關的文件和環境，包括三維模型電子數據、三維模型說明文件、三維模型關系圖（模型名稱與編號對應表）、三維模型運行的軟件環境。本文模糊三維電子文件和檔案的界限，從廣義的大文件觀來探索三維數據的管理。

二、核電三維電子文件的特點和作用

核電站建設一般采用EPC（Engineering Procurement Construction）模式，是指公司受業主委托，按照合同約定對工程建設項目的設計、采購、施工、試運行等實行全過程承包，并對承包工程的質量、安全、工期、造價全面負責[1]。在EPC模式下，設計院、制造商、核電廠等企業在設計、制造、運營等業務活動中產生大量的三維數據。

1.核電三維電子文件的特點。核電三維電子文件與傳統電子文件的區別在于其專業性、成套性和多樣性。（1）專業性：三維模型無法以二維或紙質的方式進行存儲和提供利用，必須依靠專業軟件、系統等載體才能顯示。每一個模型都是一個構造復雜的工程，產生的數據量大。（2）成套性：核電三維電子文件按設備或者系統成套管理，包括模型和數據。三維模型中的每一個對象都獨立且具有自己屬性，屬性存儲方式為文件或數據。（3）多樣性：不同專業、不同核電企業使用不同的軟件和工具，生成的模型多種多樣，缺乏統一的接口和數據交互。

2.核電三維電子文件的作用。（1）有助于核電廠的高效運行。核電廠的設計、制造、基礎建設、運行和維護產生的數據中含有大量的設備設計參數、運行狀態和參數耦合關聯的重要信息[2]1。這些三維模型的管理給人直觀形象的感覺，將難以發現的設計缺陷和設備信息逼真展現給用戶，可以大大提高工作質量和效率。三維電子文件管理也是建立數字化電廠的基礎，有助于實現核電廠管理的信息化、智能化，從而實現核電廠的安全、高效運行。（2）加快核電設備設計和制造周期。三維電子文件的集中管理使得設計院可復用設計經驗，快速實現多種堆型的研發和小批量生產;三維模型是實現數字化研發的重要知識資產，有利于設計創新。對于制造廠而言，三維模型使得生產更加直觀、工藝復用，可更方便、快捷地制定生產工藝、計劃，提高生產效率。（3）有助于設備國產化和推進核電出口。三維電子文件的管理有助于加快核電設備國產化進展，推動更多具有技術成熟性和完整自主知識產權的設備研制，助力企業全面參與國內、國際核電市場的競爭需求。我國正在積極地推進核電外交，全面開展向巴基斯坦、阿根廷、英國、蘇丹等國的核電機組出口工作。但對于華龍一號的研發設計制造工作尚有不少需要改進和優化的地方，未達到標準化設計狀態，而三維電子文件的管理對于完善華龍一號知識體系有重要的作用和意義，有助于順利實現核電出口的國家戰略。

三、管理現狀和存在問題

目前，核電項目尚未實現三維數據的信息化管理，更未達到檔案管理的層次。三維檔案管理尚未實現集中統一管理和缺乏統一的標準體系，還存在技術和管理等方面問題，影響三維電子文件的長期保存和利用。

1.分散管理，權責不清。大多核電企業沒有制定三維電子文件的管理規劃，沒有明確三維電子文件的管理職責和部門。模型和數據大多都保存在設計者或制造者手中，沒有歸入檔案部門，這就導致三維電子文件存在如下問題：未實現長期保存、未實現共享利用及數字化交付。

2.尚未建立三維電子文件管理的相關標準體系。數字化技術已經在核電產品的設計、制造、安裝、檢修等環節得到了一定程度的應用，但是相關的標準體系尚未建立。一是數字化設計沒有相應的標準，不同專業、系統使用不同的軟件平臺，各種軟件平臺產生的三維模型命名、屬性、數據存儲等沒有統一的標準。二是缺少三維檔案的管理標準。

3.技術問題。（1）設計環境多樣：存在多種設計環境，版本不統一、依賴環境不統一;多種存儲格式，難以統一。（2）數據關聯缺失：如三維模型、文檔、屬性之間的關聯不全;缺少與外部數據的集成與關聯;缺少與知識、參考標準、資料等的關聯。（3）輕量化瀏覽困難：三維模型比交大，存在打開慢、卡的問題;在Web端查看網絡傳輸慢，開銷大，數據溝通低效;缺少多專業對應多種簡化模型。（4）可視化難以實現：存在版本、軟件兼容性問題，沒有標準的三維查看格式、交換格式;缺少統一的三維查看、批注的系統瀏覽器。

四、核電三維電子文件管理方案

1.兩種管理方案介紹。從三維電子文件是否向檔案系統遷移來看有兩種方案：（1）三維設計管理系統管理三維電子文件。用三維協同設計產品全生命周期管理系統（簡稱PLM）能夠解決結構類三維過程數據、定版數據的管理，企業在實施過程中，定版數據不做遷移，通過PLM管理三維數據。這種方案的優點是保存各種平臺產生的三維模型的原始格式，不涉及格式轉換問題，且保存的數據完整;缺點是未能實現集中管理和利用。（2）檔案系統管理三維電子文件。以具有三維電子文件管理功能的檔案系統管理不同三維協同設計平臺產生的最終版本的三維數據，具體如圖1所示。參照OAIS參考模型，該方案分為三部分，分別完成三維電子文件產生、保管和利用的功能。該方案關鍵是需要解決多源多格式的三維模型輕量化、可視化的問題，提供統一的檢索、瀏覽技術是可能遇到的技術難點。

這種方案優缺點恰好和第一種相反，對檔案系統的功能要求比較高。該解決方案應具有如下特點：（1）基于數據倉庫技術，可面向單一設計系統或者多個設計系統多源多格式的數據。（2）將三維模型、文檔、屬性整合在一起，需要將不同的三維模型轉換為統一展示格式，綁定屬性，檢查一致性，建立數據關聯。（3）使用統一的數據標準（ISO15926），滿足不同系統及業主、制造商的交付需要。（4）提供瀏覽、檢索、發布、移交等功能。

2.兩種方案對比。兩種方案對比如表1。雖然三維設計管理系統具有保證各種平臺產生的三維模型的原始格式等優點，但是不能保證三維電子文件的長期存儲和利用。因為不歸檔就不能保證三維電子文件的四性;沒有集中管理控制，不能保證利用和交付時的三維電子文件是真實、完整和可用的。所以，我們應該進行三維模型的歸檔，使用檔案系統集中統一管理三維電子文件。

五、構建核電三維電子文件管理體系的策略

1.集中統一管理三維電子文件，明確部門責任。檔案管理部門是實現三維電子檔案長期保存可用的實施主體，也是實現企業信息有效積累、交流、共享的根本保障。要打破三維電子文件分散保管、有限利用的現狀，對產生和使用三維電子文件的技術部門和檔案部門職責進行明確分工、定位，由檔案管理部門負責企業三維電子文件的管理和提供利用。檔案部門不僅承擔傳統文件、三維電子文件等各類文檔的管理和利用的職責，還應有從“管檔案”向“管數據”轉變的意識，積極探索三維電子文件管理的技術和手段，為科技人員提供高效、快速利用服務，更應該探索三維電子文件的知識管理，建立標準化的模型知識庫，加快技術復用和創新。

2.提案高檔案人員能力。通過引進人才和現有員工學習的雙重機制來提高核電企業檔案部門人員的專業能力。要堅持以人為本的原則，始終把培養全才、建設技術攻關團隊、提高員工專長放在第一位。有針對性地進行各種形式的業務培訓，特別要加強對三維模型管理、計算機知識與技術、信息技術等方面的培訓。同時要增強檔案工作者的服務意識和溝通能力，變被動服務為主動服務，加強與設計人員的溝通，了解三維模型管理的難點和對方的利用需求，提高利用者的滿意度。

3.建立三維電子文件管理相關的標準、規范體系。文檔管理標準化工作對于核電三維設計和制造的發展具有重大的作用。它是三維電子文件管理各項業務工作的基礎和依據，不僅能夠保障文件的質量和完整性，而且是信息資源交流和共享的一個重要前提。為實現核電三維電子文件的長期保存有效利用，應在充分調研的基礎上，根據國際標準、國家標準、其他業標準和通用規范，制定適合中國核行業的相關標準規范。主要有以下三類：（1）三維電子文件形成類：三維模型產生、簽署、發布、更改、歸檔等。（2）三維電子檔案管理類：歸檔時間、格式、要求、流程等。（3）系統管理類：系統功能需求、源代碼、數據庫結構、元數據標準等。

4.綜合運用現代化的信息技術實施核電三維電子文件管理，需要關注以下關鍵技術問題。

（1）三維電子文件格式。數字介質的長期保存包括兩個方面：一方面介質必須能長期維持其相應的理化性能;另一方面，即使介質可以被現代驅動器讀取，信息也必須能以現代程序可理解的格式存儲[3]13。但是隨著信息技術日新月異的變化，文件的格式、生成文件的軟件，或支持軟件的操作系統和硬件都在發生變化并呈加速趨勢。三維電子文件格式也是如此，需要對這些文件格式進行規劃、管理，目前最佳實踐就是在數字信息管理系統中對格式進行注冊。格式注冊是把文件格式及其表示信息、環境信息等保存在數據庫中[4]14。英國國家檔案館開發維護的PRONOM注冊庫是一個文件格式及其支持軟件的在線信息系統;美國國會圖書館維護的格式描述數據庫記錄了許多常用格式的標識信息和維護因素的分析[5]15。參照這些國外的格式注冊庫，建議國家檔案館組織建立全國性的分布式數字信息格式注冊庫，給各地檔案館和企業集團用戶權限提供信息格式的記錄和維護功能，這不僅對于三維模型的數據格式重要，對于其他特殊的電子文件格式也很重要。

（2）云計算。大數據時代實現數據存儲和分析利用的關鍵技術之一就是云計算。百度百科對云計算的定義是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展而且經常是虛擬化的資源。其基本原理為用戶所需的應用程序和資源不需要運行或存儲在用戶的個人電腦等終端設備上，而是運行或存儲在互聯網的大規模服務器上，由其保證有足夠強的計算能力和足夠強大的存儲空間。云計算對于數據量大且需要協同設計的核電項目而言是比較適用的，具有積極的意義：實現資源集中存儲和共享利用，保障數據的備份安全，提高利用效率，減少成本等。但是任何事物都有兩面性，云計算具有眾多優點的同時也存在潛在的風險即數據內容的隱私安全。企業在慎重選擇云計算服務機構的同時，應加大對云計算技術的研發及應用投入，保證數據的安全性[6]26-27。

（3）備份容災。備份就是將數據以某種形式保存下來，備份的根本目的在于恢復，在這些數據丟失、毀壞和受到威脅的時候，使用數據的備份來恢復數據。通常一套完整的備份系統包含備份軟件、磁帶機/磁帶庫和備份服務器，具體的備份策略的制定、備份介質的管理以及一些擴展功能的實現，都是由備份軟件來完成的[7]5-6。

5.核電三維模型知識庫建設。核電三維模型的知識庫可以分為兩類。

（1）核電項目產品庫。該庫存放項目各個階段產生的不同版本的三維模型，實現三維電子文件的長期存儲功能，可以按照項目、堆型、專業/系統等不同緯度的邏輯歸類和展示。產品庫的三維電子文件應是可信的，能夠在現在和將來向用戶提供可靠的、長期訪問的三維模型。可靠的三維電子文件管理流程是實現產品庫長期保存利用的保障，可信流程是對舊的管理流程的梳理和優化，減少冗余、無用、錯誤的流程，改進低效的流程，增加缺失的流程，在技術和制度的規范下實現產品庫的可信性。

（2）核電零部件標準化庫。改變原來每一個核電工程都需重新進行三維模型設計，生成一套三維模型的作法，建立核電項目標準化三維模型庫，包括專用庫和通用庫。同時進行知識推送和伴隨，減少設計人員各個系統檢索標準和參考文件的時間。具體而言，就是在核電工程項目使用的時候，編制適用三維模型清單并對三維模型進行適用性確認、批準后按程序提供利用。制造廠收到這些標準化的三維電子文件后，比對之前收到的三維電子文件，建立標準化制造文件庫，可以簡化原材料論證和質量論證。同時保留新舊版本的三維模型，但分別適用于不同的核電項目。對于技術參數略有調整的零部件，設計院通過技術論證，如原有的原材料滿足項目技術需要，制造廠繼續使用庫存的原材料;待庫存用完后依據新版本的技術條件進行生產制造。

六、結論

隨著三維技術的發展和三維模型的廣泛應用，三維模型管理對于核電項目數字化研發的作用日益重要。未來不僅要實現對三維模型的歸檔管理和重復利用，保證三維檔案的真實性、有效性、完整性、可用性;而且要逐步實現三維電子檔案的知識管理，建立標準產品庫，將知識和核電數字化研發平臺結合，進行知識推送，從而縮短項目的設計周期，不斷推進技術創新。

參考文獻

[1] EPC. [2019-12-15] .https：//baike.baidu.com/item/EPC.

[2]高文松，王剛，尹金亮，劉正強.三維數字化核電廠建設探討[J].華電技術，2018，40（2）：1.

[3][4][5]李澤鋒.基于OAIS的數字信息格式管理[J].河南科技學院學報，2011（9）：13，14，15.

[6] 楊茹.大數據時代下的企業檔案工作分析. 中國核科學技術進展報告（第五卷） [M].中國核學會2017年學術年會論文集：第9冊：26-27.

[7]楊茹.文件連續體視角下的核電文件管理模式研究.檔案與文化建設——2012年全國檔案工作年會論文集[M].中國文史出版社，2012：5-6.