三维设计软件在核电工艺管道设计中的应用

2012-12-28张恋

中国新技术新产品 2012年18期

张恋

（山东海阳 265118）

1 概述

AP1000是当今世界第三代核电的主力堆型之一，也是我国引进反应堆技术并进行国产化依托的堆型，自主设计也是主要国产化目标之一。核电厂的设计是一项极其庞大的系统工程，要想优质高效的完成设计就必须有先进的设计手段。相对于手工绘图和计算机二维绘图方法，三维绘图本质的特点在于其以实体造型为基础，形成的是三维模型，设计人员在虚拟的空间环境中进行设计，能够清晰地观察各模型之间的空间关系。核电厂工艺管道的设计具有工程大、接口多、精度要求高等特点，应用PDMS三维设计软件进行设计，可有效解决管道施工中与其他各专业间的碰撞等问题，从而大大提高核电工艺管道设计的准确性和有效性。

2 PDMS三维设计软件介绍

VANTAGE PDMS，即工厂三维设计管理系统，是在计算机上创建全比例三维模型的软件，是以数据为中心产生图形，其内涵是几何信息加属性，最终表现成果为图纸和报表以及对最终三维模型附加的各种渲染和漫游。它是一体化多专业集成布置设计数据库平台，可用于以管道详细设计为核心的工厂设计，包括设备、土建结构、暖通、电缆桥架等各专业详细设计，可实现各专业间的充分联动，在一个统一的平台上进行设计操作。该软件在功能性、易用性、先进性、开放性、协同性和普及性方面都极具优势，其主要功能包括结构功能、设备建模和布置功能、管道布置功能、支吊架功能、碰撞检查功能和动态模拟功能等。

3 PDMS三维设计软件在核电厂工艺管道设计中的应用方法和优势

3.1 建立管道元件库

三维设计材料元件数据库的建立是工艺管道三维建模的基础，首先将核电建设中常用的各种标准件（如：三通、管帽、阀门、大小头、弯头等）按照不同的等级标准进行建模并放在元件库里，然后再通过不同的等级建立等级库、特性库，最后将两库通过等级或特性关联起来，在建模过程中可以随时通过等级来调用库里的模型来建模。在建模的过程中，按照标准和需要，全面综合考虑元件在建模过程中的属性应用，设置好元件的属性，如元件标准、等级、材料等。

3.2 三维建模

核电厂的管道布置设计是在设备布置基础上进一步按照工艺流程要求通过图纸（或三维模型）来表示管道位置、走向、支承等，并满足管道强度、刚度的要求，满足操作、维护、消防的要求等，最后给出管道及元件的用量。管道建模是PDMS中最强大的功能之一，它可以提高设计质量，严格控制材料，并最大可能地避免设计错误的产生。应用PDMS进行管道设计有以下几步：

3.2.1 确定管线的起点和终点

管道布置设计的第一步就是根据系统流程图确定管线的起点和终点，然后在PDMS三维模型中根据此介质流向，定义管道的起点和终点（PDMS称之为Head和Tail）。

3.2.2 筛选出相应范围的各专业模型

管道布置设计人员应与土建、机械设备、电气、暖通空调、施工工艺和安全技术等专业设计人员协同合作。各专业模型的建立及固化，为管道布置设计提供了必要的前提条件。在进行布置设计的过程中依次在PDMS中调出各个专业的模型，根据管道布置原则进行从起点到终点的布置，实现现场空间的合理定位。

3.2.3 进行管线走向布置

在PDMS中定义好起点、终点之后，即可进行管线的铺设，首先按照管道等级选择并生成管件，然后指定管件位置和方向，即可进行管道布置设计。

良好的管道走向应规则整齐，建设费用最低，运行起来安全可靠。在三维模型中进行管道走向的布置，可充分实现路径的优化，快速准确地确定管道走向。管道走向的布置应满足工艺、多专业协同设计、经济性、美观等要求，应用PDMS软件可以快速高效地实现这些要求。

（1）满足工艺要求

多路管道的布置应对称，不能使各路介质互相干扰或发生偏流；另外，存在两相流动的管道，宜先垂直走向，后水平布置，且应短而直。利用PDMS三维模型进行管道布置时，可以将这些要求直观清晰地反映在模型中，增加管道的立体性，提高了布置的效率和准确率。

（2）满足多专业协同设计的要求

核电厂的建造是一个庞大工程，在一个项目的三维模型中，各种专业实体种类繁多、数量巨大，在PDMS中进行管道的布置应与各个专业之间密切配合，避免与各个专业产生碰撞，利用三维模型设计可以充分地实现路径的优化。例如，当管线布置需要穿过土建墙时，在三维模型中可以清晰地看出孔洞的信息，避免未穿预留孔洞而直接穿墙的情况；当管线端点需要与设备连接时，在三维模型中可以查找相应的设备定位信息和设备接口信息，将管线端点准确地与设备连接；当管线布置与电气主托盘布置相冲突时，在三维模型中进行合理的避让。

碰撞检查是PDMS软件在工艺管道设计中的一个重要应用，通过碰撞检查可以在设计时直观地发现管道布置的错误，减少设计碰撞，从而在设计阶段即为施工赢得效率。在PDMS中，除了同一设备的两个基本元件之间碰撞、相连的管道部件之间的碰撞及相连的管道部件和管嘴之间的碰撞，各种基本元件、管道部件或钢结构部件之间的碰撞通常都会得到报告；另外，在进行管道布置的同时，按下主菜单右边的Auto Clash按钮，即可检查空间占有表中所有的模型与当前模型的碰撞情况，从而在布置的同时即可进行调整。

（3）满足可操作的要求

管线的布置应确保人员操作的可行性和方便性，留出人员通行和操作空间，避免穿过人行通道，不妨碍操作、检查以及设备检修；并排的法兰和阀门应相互错开以便操作，并减少间距以节省空间，操作点应集中设置。在PDMS三维模型中进行管道设计可以随时对管道布置中影响操作的参数进行调整，确保阀门法兰的操作空间和管道设备的检查和检修空间。

（4）满足经济美观的要求

根据经济性原则，两点的距离在空间允许的条件下应最短，以节约材料；根据美观性原则，多段管道在一起时应排列整齐，交错层次分明，并尽可能地使用共用支撑。在PDMS三维模型中布置管道可以非常清晰地看出各个管线的走向，从而尽可能的保证管道的经济美观性。

可见，利用PDMS三维设计软件进行核电厂管道布置设计，无需现场实地考察即可在模型中清晰地了解各个空间关系，从而提高管线布置设计的效率和准确性，以及管线布置的美观性。另外，管道支吊架作为管道支承件的一部分，利用PDMS三维模型进行支架生根部分的确定，可以在模型中找到相关的预埋板和钢结构模型，快速地确定支吊架的生根位置和生根型式并避免与其他专业发生冲突。同时，通过模型中直观的管线走向可确定支架功能选用是否合理，支架定位距离是否干涉等，从而提高支吊架设计的效率。

3.3 三维出图

目前，利用PDMS三维设计软件可以实现在已经建立的计算机三维工程模型上智能化提取工艺管道施工图纸，图纸形式包括平面布置图、轴侧图、局部详图、节点剖面图等，通过用PDMS三维设计软件进行工程施工图纸智能化提取，改变了二维平面设计中的图纸单一、出图效率低、设计准确性差的状况，提高设计成果的产出效率，减少简单绘图设计中人工的重复性投入，从而降低设计成本。