电厂三维设计中墙板智能开孔系统的开发和应用

肖 南 张晨征 王 婕

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

电厂三维设计中墙板智能开孔系统的开发和应用

肖 南 张晨征 王 婕

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

针对电厂设计中墙板开孔和提资的问题，提出了三维墙板开孔和提资的技术方案及流程图,并基于PDMS和AutoCAD平台，开发了墙板智能开孔和提资系统，结果表明将该系统应用于实际工程，大幅提高了三维孔洞的建模和提资效率，保证了工程质量，取得了良好效果。

电厂设计，智能开孔，三维提资，系统开发

0 引言

在火电和核电设计领域中，计算机辅助设计已从传统的二维设计手段发展到人机交互式的、高度集成化的、智能化的三维协同设计阶段[1]。

三维协同设计要求多个专业在统一的平台上共同工作。传统工程设计过程中，专业间资料的传递基于二维CAD图纸进入工程管理平台，这样虽然能保证资料传递的正确性和完整性，但本质上和三维设计平台是脱节的；图纸包含的大量信息无法直接利用，需要人工校核和录入才能进入三维设计平台[2]。

许多科研工作者和工程技术人员对专业间协同设计过程中资料传递做了研究和探讨。谢华[3]指出工艺专业提供给土建专业比较重要的信息有荷载、孔洞、预埋件三类；采用三维协同设计后，土建专业能从三维模型中提取资料，简化自己的工作。苏阳等[4]提出三维提资和三维收资是土建专业三维平台数据流转的重要组成部分，能提升土建专业的生产效率。王一莉等[5]开发了汽水管道支吊架表和埋件表提资软件，提高了工程设计中提资的效率和质量；唐玮[2]提出三维集成提资系统作为传统提资流程的替代，各专业将资料完整、准确、直观的体现在三维模型中，实现了设计数据的高效管理。

在各类需传递的专业资料中，土建墙板上的管道孔洞是最重要的工艺信息之一。为解决孔洞在三维协同设计中资料传递的问题，本文提出了土建墙板智能开孔的技术方案，并基于PDMS三维设计平台和AutoCAD绘图平台开发出了智能开孔协同设计系统。该系统已应用于实际工程，取得了良好的效果。

1 墙板智能开孔系统的设计与实现

1.1 系统功能

本系统方案的提出，旨在解决工艺专业和土建专业之间协同设计时开孔数据传递的需求，实现孔洞数据在三维设计平台上共享和协同。系统在充分调研专业需求的基础上，基于PDMS三维协同平台的特点，实现了以下功能：

1)根据管道和墙板的位置关系，自动计算管道与墙板的碰撞点，从而确定孔洞的位置。

2)根据管道的温度、压力、保温厚度等约束条件，依据预设规则自动确定管壁和孔洞壁的间隙，从而确定孔洞的大小。

3)根据孔洞位置和大小，自动在PDMS中生成逻辑孔洞的三维模型。

4)自动检索管道的变化并对孔洞做相应的调整；对数据传递过程进行版本管理，做到“可控制”“可追溯”，保证数据的唯一性和准确性。

5)土建专业校核确认逻辑孔洞后，自动在PDMS中生成真实孔洞三维模型。

6)根据逻辑孔洞自动生成CAD二维提资图，兼顾传统二维提资的需求。

7)根据真实孔洞自动生成CAD孔洞布置图，满足土建施工图的需求。

1.2 系统体系结构

根据软件体系架构分层设计和功能模块化的原则，体现“高内聚、低耦合”的程序设计思想，本系统分为4个层次和12个功能模块，如图1所示。该体系结构不仅涵盖了系统的全部功能需求，而且层次清晰、模块划分合理，为今后系统的维护和功能扩展提供了极大的便利。

1.3 系统流程图

该系统的使用者包括工艺专业和土建专业的设计师，两者相互配合才能完成设计过程。系统中工艺专业和土建专业的程序流程图，分别见图2和图3。

2 墙板智能开孔应用实例

2.1 工程概况

测试项目采用国网能源哈密电厂4×660 MW工程，其厂址位于哈密市西南方向约62 km，北临哈罗公路和哈罗铁路，南靠国网能源哈密大南湖煤矿，距一号矿井1.7 km。主厂房按四机四炉超临界直接空冷燃煤发电机组进行设计，布置方式为汽机房—除氧间—煤仓间—锅炉顺列布置，汽轮发电机组纵向布置，集控楼布置在2号、3号机之间。

2.2 工程应用

在主厂房范围内，采用该系统对与管道相交的墙板进行自动开孔设计。在PDMS三维协同设计平台中，低压旁路管道在6.25 m层楼板处自动开孔，如图4所示；汽机房通风管道在6.25 m层楼板处自动开孔，如图5所示。三维孔洞自动生成的二维CAD提资图，如图6所示。

2.3 应用效果

使用该系统能很好地解决孔洞建模和孔洞提资工作，保证三维孔洞模型和二维提资图的一致性和准确性，同时能显著提高工作效率。根据实际使用情况的估算，能够节省三维孔洞建模和孔洞提资工作所耗的人工时约60%。若考虑到后期三维管道模型的更新和维护，厂区内主厂房之外的建(构)筑物的墙板开孔，节省的时间会更多。

3 结语

工程测试和应用表明，墙板智能开孔系统的技术方案切实可行，系统执行结果稳定可靠。采用该技术，能避免三维孔洞重复建模和事后抄模，大幅提高三维孔洞的建模效率和提资效率；同时，三维孔洞模型和二维孔洞提资图始终保持一致，消除了三维模型检查中管道与墙板之间因未开孔而产生的碰撞，保证了项目整体设计质量。该系统作为我院数字化协同设计平台建设成果的一部分，下一步将在我院多个国内外项目的三维协同设计中推广应用。

[1] 肖 南.土建计算模型转PDMS三维模型应用技术探讨[J].山西建筑，2015,41(7):254-257.

[2] 唐 玮.三维提资系统集成开发探讨[A].AVEVA大中华区大赛优秀论文集[C].2011:132-144.

[3] 谢 华.PDMS在土建结构设计中的应用[J].武汉大学学报(工学版)，2006,39(sup):184-187.

[4] 苏 阳,孔祥宇.土建专业三维平台数据流转的实践[J].武汉大学学报(工学版)，2011,44(sup):139-141.

[5] 王一莉,王少宁.汽水管道支吊架表及埋件提资表软件开发[J].南京化工大学学报，2000,22(5):57-60.

Application on intelligent system for creating holes model on wall & floor in 3D powerplant design

Xiao Nan Zhang Chenzheng Wang Jie

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesign&ResearchInstitute,Beijing100095,China)

According to the problem of creating holes model on wall and floor in powerplant design, technical scheme and flow chart of creating holes and transfering its information in 3D method is proposed. And based on the PDMS and AutoCAD design platform, the related program system is developed successfully. The system is utilized in actual project. It greatly improved the efficiency of creating holes model, ensured the engineering quality, achieved good effect.

powerplant design, creating hole model, 3D information transfer, system development

2015-02-11

肖 南(1982- )，男，工程师； 张晨征(1981- )，男，工程师； 王 婕(1987- )，女，助理工程师

1009-6825(2015)12-0257-02

TP311.51

A