发电工程三维数字设计技术研究与应用

赵长青 刘鹏

摘要：本文从三维数字设计总体方案入手，介绍了全厂、全专业、全阶段的数字设计技术，通过数字化移交技术手段，将数字化设计成果拓展延伸到建造、运维阶段；通过各种平台管控机制，实现不同专业不同地点设计数据高度集成、数据的可视化管控及自动化管控；通过小管道三维设计技术、布置详图协同设计技术、可视化电缆敷设技术、虚拟空间碰撞检查技术等技术的应用，保证了三维模型的准确性与完整性。

关键词：三维数字设计；可视化；数据移交

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0133-02

三维数字设计已逐渐成为电力行业主要设计手段，长期以来形成的粗放型布置设计深度，无法满足业主对设计成品高质量的要求。

为满足业主对设计成品的高标准需求、提升设计质量、提高设计效率，山东院针对发电工程各专业在三维数字设计方案、三维数字平台管控、三维数字设计范围及深度、三维数字设计质量等方面进行了深入的研究及应用，实现了无差错设计、无碰撞施工、无缝隙移交的数字设计模式。

1 三维数字设计总体方案

采用以全面数字化、全专业协同、全过程可视为平台层基础特征，以标准化、精细化、自动化为应用层高级特征的数字化设计方案（图1）。通过三维数字化设计技术的应用，极大提高了工程设计质量，有效的缩短的项目工期，节约了采购费用及变更费用。

针对常规火电工程数据管理中存在的各阶段数据无法有效利用的问题，采用“数字→集成→应用”的思路，通过编码将各阶段数据进行关联集成，形成统一的、结构化数据信息库，实现电厂全生命周期数据的数字化存储、集成、数据移交及应用。

2 三维数字设计应用范围及深度

三维数字设计范围为全厂、全专业、全阶段，技术全面应用于投标设计、初步设计、施工图及竣工图设计四个阶段，并通过设计施工一体化、数字化移交等技术手段，将数字化设计成果拓展延伸到了建造、运维阶段。

系统设计采用数字化系统设计软件Diagram进行智能P&ID;图的绘制，图中所有管线、管件选用标准等级设计并标识唯一的KKS编码。

布置设计覆盖了包括发电厂全部工艺专业（汽机、锅炉、脱硫、除灰、上煤、化学、水工、暖通）、电控专业（电气、仪控）、土建专业（建筑、结构、总交）在内的所有专业。

数字化移交与数字设计同步实施，业主方、监理方可通过数字化系统进行全三维设计审查，现场工代通过可视化三维模型进行设计数据的快速检索，可进行设计信息的反馈与修改，有效提高了工程设计效率及质量。

3 三维数字设计平台管控

（1）不同设计专业的设计数据高度集成。在传统的工程设计过程中，各设计专业间的配合问题，成为制约电厂设计质量和效率提高的根本障碍。三维数字设计协同工作平台，能高度集成工艺、电控、土建等不同专业的设计数据，彻底取消专业间的设计提资，从而从根本上解决专业间的配合难题。（2）不同设计地点的设计数据高度集成。跨地域异地协同设计是三维数字技术应用的延伸。在总部和项目部架设专线的前提下，利用定时同步互联技术，实现同一个项目的多地点协同工作，多个项目现场工代直接处理施工过程中遇到的问题，并进行设计修改优化，省略了回传总部再修改的过程，实现同一工程的实时数据共享。（3）全面可视化，管控效率高。通过可视化的系统设计平台、可视化的布置设计平台、可视化的详图设计平台，以及可视化的设计管理平台，数字化设计实现了设计过程、设计数据、设计内容的全面可视化，管控效率高。（4）全面自动化，管控精度高。基于三维数字化设计系统，依据《GB/T50549-2010电厂标识系统编码标准》开发工程编码管控程序，对三维模型命名进行控制，各专业设计人员在数字化设计过程中若未按编码规则命名将无法进行模型设计，有效避免了数字化设计过程中管道、设备、阀门等模型编码的错漏情况，实现编码命名的自动管控，保证了编码的准确性与完整性。

4 采用三维数字设计技术，保证模型准确性

（1）采用小管道三维设计技术，保证管道模型的完整准确。采用三维平台进行小管道布置设计，按照分布区域及系统参数对小管道进行统一规划、集中布置，保证小管道布置合理、美观；可出小管道、支吊架详细安装图，满足海外项目按图施工的要求，节约项目实施成本。（2）采用布置详图协同设计技术，保证烟风道模型的完整准确。以往设计工程中，烟风道布置设计与详图设计相互独立，布置设计模型不包括详图设计模型，详图设计模型不以布置设计模型为基础，模型精细化程度不高。通过烟风道布置详图协同设计软件，实现详图设计模型与布置设计模型的同步更新，烟风道加固肋、内撑杆等详图设计模型与布置设计模型紧密结合，保证了烟风道三维模型的完整性和准确性。（3）采用轴侧视图提取技术，保证暖通方管模型的完整准确。主厂房内采暖加热站、集控室采用三维布置设计，直接抽取管道轴测安装图，更形象、直观的表达出暖通设备、管道的空间布置，便于施工安装。（4）采用土建模型转换技术，保证土建模型的完整准确。采用土建模型转换技术，可以将土建三维模型，二维图纸，甚至定位数据表格等直接导入数字化设计平台，保证土建模型的完整性和准确性。锅炉厂钢架模型直接导入数字化设计平台，杆件数量、型号、定位、节点等信息与厂家模型完成一致，准确率达到100%。（5）采用可视化电缆敷设技术，保证电控模型的完整准确。通过三维设计平台将电缆两端设备接线盒位置精确定位，电缆通道精确定位，建立可视化电缆路径，精确统计电缆长度。（6）采用虚拟空间碰撞检查技术，保证整体模型的完整准确。在标准碰撞检查基础上，增加虚拟空间碰撞检查，包括设备检修空间、阀门可操作空间、人行通道、门窗开启空间等。

5 采用三维数字化移交技术，保证移交数据的规范完整

为解决火电厂设计、施工、运行各阶段数据相互独立，无法共享和有效利用的問题，开发了数据处理、数据集成、数据应用等数字化电厂移交技术，形成了完善的数字化电厂移交技术标准及质量控制制度。

6 结语

通过三维数字设计技术在工程中的应用，形成了针对发电工程全专业、全过程的数字设计方案，满足了业主对设计成品的高标准需求，减少了施工过程中错漏问题的发生，极大的提高了工程质量。通过数字化移交技术，实现了电厂设计、建设数据的有效积累，为电厂的运维、管理提供了基础数据。

参考文献

[1]潘文思，赵长青.工艺管道三维数字化设计研究[J].数字技术与应用，2012（08）：143.

[2]郝倩，赵长青，生韵姿.基于PDMS三维平台的土建模型导入技术研究[J].山东电力技术，2015（S1）.