对利用三维协同设计技术构建数字化核电的探讨

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　　【摘 要】三维设计技术、协同设计技术的应用，为数字化核电建设提供了技术支持。本文对数字工程管理平台、数字化电厂模型、跨专业数据集成、标准编码体系等数字电厂实施内容进行了探究，提出了网络通讯、不同平台整合、数据信息关联等关键点，为核电相关设计人员人们提供参考。
　　【关键词】数字化核电;三维设计;协同设计
　　中图分类号： TM623 文献标识码： A 文章编号： 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 三维设计技术简介
　　随着信息科学技术水平不断提升，核电迎来发展带来了新机遇。在科技环境下，实现数字化移交、构建数字化核电已经成为必然趋势。三维设计和协同设计技术为数字化核电实现提供了强大的技术支撑，提升数字化协同设计水平，加快数字化核电建设，是未来核电发展的必然方向。
　　三维设计技术是在二维设计基础上逐渐发展而来的，能够促使平面设计走向三维模型设计，使设计目标立体化。在数字化核电建设中，三维设计技术的作用是不可小视的，借助计算机系统辅助自动生成对应的三维模型。同时，在设计成果展示方面，对以往展示形式进行创新，包含三维模型和设计信息的综合展示形式可以让管理者、设计者一目了然，为数字化核电构建提供了有利条件。借助可视化的协同系统，能够让相关设计人员以自动化工作流程为依据，以同一模型为主开展设计工作，对设计方案中不合理的地方及时改进，有利于实现较高水平的设计自动化，大幅提高设计效率。
　　2 协同设计技术简介
　　协同设计平台是协同设计的核心工具，可以对设计数据进行科学管理，实现三维信息的集成，在协同设计技术中发挥着重要作用。协同设计平台的主要目标是打造集成化应用系统，降低整个工程信息集成的成本。在构建数字化核电过程中，借助协同设计平台，能够有效对不同阶段的信息数据进行集成，在此基础上，可以以数字化工厂的形式进行全厂数字化移交。另外，在协同设计中，也可以进行设计数据中心的打造，对于多专业的所有设计数据进行整理收集，打通信息孤岛，供不同专业间进行数据传递与共享，提高接口交换效率，提升设计质量与设计效率。
　　3 数字电厂实施内容
　　3.1 三维电厂模型
　　在数字化核电建设中，三维电厂模型是最关键的载体。在三代核电AP1000三维布置设计平台方面，对PDS进行充分运用，主要是因为该平台具有专业化、一体化特征。不仅有利于实现各专业间的充分联动，而且在各专业布置方案解决方面也发挥着重要作用，例如建筑结构、管道布置、电缆敷设等方面。另外，采用PDS进行布置设计，也能够促使碰撞检查有效完成，降低碰撞问题出现的概率，并且能够进行工厂三维虚拟漫游、抽取材料清单等[1]。
　　在建立三维电厂模型时，为有利于协同设计技术作用的发挥，需要各专业及时将建立的模型导入到协同设计平台中，借助统一编码功能和相关设备，可以自动联出历史版本、P&ID流程图、数据表等，这也是建立数字电厂模型的最初阶段。
　　3.2 數字工程管理平台
　　在信息水平日益提升的今天，核电建设逐渐引入了国际化专业工具平台，加强了对系统设计、文档控制的管理。例如，文档管理方面，Documentum是最主要的软件之一，具有一定的先进性，可以提高管理水平。
　　数字工程管理平台是数字电厂的重要组成部分，主要以大量多专业设计数据为核心，以工程管理集成平台为基础。在访问后台数据库方面，可借助各类网页浏览器。同时，基于数字工程管理平台，能够查询到设计环节中的三维模型与二维图纸资料，并且也涉及到了供应商信息、维修信息、各种数据报表、运行信息等，与Documentum系统进行链接，进而可直接查阅。
　　3.3 跨专业数据集成
　　信息交互是有效完成工程项目设计工作的基本条件，也是提高设计科学性、可行性的基础。为了实现这一目标，需要实现各设计平台的集成，不仅能够提高设计数据传递的正确性、准确性，而且还能为数字化电厂建设创造良好的环境。在传统设计工作，主要是以人工方式为主，由相关人员进行互提资料的填写，并以纸质版的形式进行传递，不仅需要花费大量的人力、物力、财力，而且还加大了人文因素的影响，提高了错误出现的概率。在新时期，为了避免这一不良现象的发生，可以借助CAE设计平台，下游专业进行接收，对于上游设计数据而言，能够直接发布到协同设计平台中，实现了各专业间的协同设计，既可以减少差错出现，又保证数据的可靠性、一致性，对良好设计效果的实现具有重要意义。 　　在进行数据传递时，以Intergraph公司的SP系列软件为例，使用其自带工作流的功能，还能够对相应数据实施编校审质量控制。为促使设计人员能够更快接受集成化设计方式，应该打通DMS设计质量平台与SPPID、SPF的接口，在这一基础上，结合实际建设状况，有针对性的进行工作流的制定，以便提升集成化设计方式的使用率[2]。
　　3.4 标准编码体系
　　进行统一编码体系的制定不仅是开展数据录入与对比的前提，而且也能够促使设计信息数据关联实现，为数字化电厂设计提供良好条件。因此，应该进行标准编码体系的建立，以便为其设计工作提供重要依据，提高设计质量，实现预期设计效果。这就需要在各项目编码基础上，依据我国核电具体状况，设计一套标准的编码体系，对高质量数字电厂的形成具有重要意义。
　　4 关键技术
　　4.1 数据信息关联
　　信息文档与设计数据的关联是数字化核电的主要特征之一。所有数据信息的关联都是以标识码为基础的，并且该标识码具有唯一性，给设备规范书、流程图、系统说明书的查阅提供了便利性。目前国内核电设计以及运维领域，设计数据与大量图纸文档的关联是需要借助人工方式进行的，其整体工作强度极大，且难免发生人因疏漏。为保证工程数据库内数据的唯一性、准确性，数据与文档信息的自动关联技术，是现阶段数字化核电需尽快完成的。
　　4.2 多平台数据传递
　　在协同设计平台中，工艺系统的典型的设计工作流程如下：当系统流程设计完成后，将完成的系统设计参数发布给设备设计与布置设计人员;设备设计人员完成设计后，将模型发布，模型自动传递至布置设计软件中;布置设计人员设计依据设计输入，完成布置设计后，将设计对象的三维设计模型发布至平台，自动传递至力学分析软件与热工流体分析软件中供相关设计人员分析计算;计算分析完成后，向上游设计人员反馈结果并提出优化方案。
　　为完成以上完整的工艺设计流程，关键在于打通各专业设计工具数据接口，进行高效的接口数据交换，实现真正的三维协同设计。开发二维流程设计软件（如AutoCAD等）、三维布置设计软件（如PDMS、PDS等）、三维设备设计软件（如Inventor、SolidWorks等）、力学分析软件（如PEPS、ANSYS等）、流体热工分析软件（如RELAP5、Fluent等）间的数据交换接口，实现上下游设计数据的无缝传递。不同平台软件间数据的直接传递，避免了不同专业间多次重复的建模过程，大大提升了工作效率;也避免了由于人因造成的数据传递错误，而导致的设计偏差。
　　4.3 快捷稳定的访问方式
　　在以往二维设计中，单机绘制图纸是最主要的工具，给相关设计人员带来了很多不便，也不利于设计信息的快速查找。而三维协同设计技术的应用有效弥补了这一缺陷，其主要是采用数据库驱动，其设计工作可以在统一的设计平台上开展，能够及时进行专业设计信息的获取，所以对网络的要求是比较高的。尤其是在访问三维模型等重要环节中，需要保证网络通信安全性与稳定性[3]。此外，由于设计数据中包含着极大的信息量，数据的读取与显示对硬件设备提出了极高的要求。而在大多数时候，并不需要展示如此多细节。为方便快速稳定的对相关數据进行浏览，模型数据的轻量化处理也是一个急待解决的问题。
　　5 结论
　　三维设计技术与协同设计技术在数字化核电建设中具有重要作用。其实施内容主要有三维电厂模型、跨专业数据集成方式、编码体系设计、数字工程管理平台。为了有效建设电厂，应该保证网络的稳定性与安全性，加强不同信息整合，促使数据信息关联实现，进而可提高建设的有效性。
　　【参考文献】
　　[1]江国进，孙永滨，莫昌瑜，等.基于PSA技术的核电厂数字化仪控系统可靠性设计及应用[J].核动力工程，2019（02）：99-104.
　　[2]吴官寅，胡立生，张建波.基于改进型CREAM方法的核电厂数字化人机界面人因可靠性研究[J].自动化应用，2017（11）：26-28+31.
　　[3]张亮，高明.信息化环境下数字化核电厂三维结构模型及其解决方案[J].电器工业，2017（02）：66-69+71.
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