基于三维激光扫描的方家山核岛厂房SAR气源管线改造的应用

2019-07-10蔡鼎阳林亮唐涌涛

科技视界 2019年13期

关键词：三维激光扫描

蔡鼎阳　林亮　唐涌涛

【摘要】本文探讨了在方家山2号机组核岛厂房SAR系统气源管线改造项目过程中，综合运用三维激光扫描以及AVEVA E3D三维工厂设计软件，基于现场勘测的点云数据进行可视化应用，优化核岛管线改造方案的工程案例，为该技术的应用提供参考。

【关键词】三维激光扫描;核电站改造;点云处理

中图分类号： P225.2文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）13-0083-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.038

Laser-scan Supported Revamp-design of SAR Piping in Nuclear Island of Fangjiashan Unit 2

CAI Ding-yang LIN Liang TANG Yong-tao

（China institute of nuclear power research and design， Chengdu Sichuan 610213， China）

【Abstract】This paper discussed a case about laser-scan supported revamp-design of SAR piping in nuclear island of Fangjiashan unit 2. Improving piping revamp-design scheme based on local- reconnaissance point cloud by three- dimensional laser-scan and AVEVA E3D.It can be a reference for three- dimensional laser-scan applying in nuclear power plant piping revamp-design.

【Key words】Three- dimensional laser-scan; Nuclear power plant revamp-design; Point cloud process

0 引言

核電站重大设备异常检修、大件设备吊装、工程改进现场实施等工作，需要根据现场的三维空间布局制定方案;而如果采用技术人员现场踏勘、手动测量的方式，不仅效率低、人员接受辐照剂量高、成本高，而且容易造成设计偏差、设计变更、施工受阻等状况。使用三维激光扫描仪将现场环境转化为数字模型[1]，模拟现场踏勘、高精度的尺寸测量、设备运输或安装的干涉检查等工作均可在办公电脑上实现，从而大大提高技术人员的工作效率和工作质量，降低成本和风险[2]。

三维工厂设计软件由于提供了可视化能力以及多专业实时协作的支持，为核电工程设计提供了有力的支撑，本院也累积了多年的应用三维工厂设计软件PDMS的工程设计经验。在工程改造项目中，结合现场勘测的条件，如果能直接采用基于三维激光扫描的技术，并利用核电三维可视化设计软件平台，基于现场勘测的点云数据进行虚拟工程设计，将大幅度地提升核电站改造工程的规划与实施的效率[3]。

1 项目背景

根据中核运行方家山核电业主提出的任务委托《方家山2号机组核岛厂房SAR系统气源管线改造项目》，我院共派出技术人员6人执行该项目的现场勘查工作，从2017年1月4日到2017年1月9日，在方家山2号机组202大修期间对安全壳内SAR系统气源管线进行了现场勘查。

2 技术路线

对于现场扫描的激光点云数据，进行转换后，结合AVEVA的技术平台，可综合使用两种技术手段。

技术路线一：基于浏览器的三维激光点云浏览与查询AVEVA LFM

使用基于浏览器的现场数据浏览平台，为工程勘测及方案评估提供了快捷的使用方式，用户并不需要安装任何软件即可调出测量的数据。

用户在浏览器端选择某个站点后，即可以改站点进行空间的360°的观察，对空间物件进行测量，十分的方便。同时界面显示该站点在整体空间的相对位置，有助于进行虚拟导航时进行站点切换，形成整体的现场空间概念。

技术路线二：基于三维工厂设计平台的可视化改造工程设计AVEVA E3D

利用AVEVA E3D三维工厂设计软件可进行整体的浏览和查询，也可以选取局部模型进行操作，并将准备替换的设备进行移除操作。

3 项目实践

为适应大修期间的现场环境，避免昂贵的三维激光扫描仪器受到核污染，仅在低剂量区域采用三维激光扫描，高剂量区域采用数码相机拍照的方式进行勘查工作。

3.1 现场勘查情况

（1）针对低剂量区域，采取了三维激光扫描方式对安全壳内空间进行了扫描，这次三维激光扫描总共扫描了44个站点，共采集喷雾阀房间R889、R789及20m平台，11.5m层处所有环廊区域（包括R550、R560、R570、R588等房间）、8m层环廊区域关注区域5个站点、5m层环廊关注区域3个站点，0m层环廊处总母管管线起始处1个站点（由于0m层处存在隐藏热点区域，故该区域主要采取现场拍照的方式），本次现场勘测中三维激光扫描数据（部分）见下图：

（2）针对高剂量区域，采取了现场拍照、测绘的方式，分别对R561、R571两个房间及后续管线跨越房间R471、R581等涉及业主后续改造优先实施的2RIS092VP、2RIS093VP的设备位置、气源管线的走向进行了勘查。

3.2 识别问题

（1）实际所需勘查设备与业主所提供设备清单不一致（包括阀门所处房间号，所处标高层及阀门功能等特征信息），造成此次勘测任务中花费了大量的时间在纠正核实信息上，如下图：

（2）在勘测过程中，发现大量现场SAR气源管线走向常被集束管式布置的管线、支架、设备、临时仪器设备等遮挡，从而无法获取现场气源管线的走向，如下图

（3）有的房间诸如：R453房间，属于被辐射防护控制房间，房间内所有设备被红色塑料布包裹，无法获取现场气源管线的走向，如图16。

（4）在勘测过程中，发现现场SAR气源管线在通往其他房间时使用的穿墙孔洞所处位置具有较大的随意性，如果实施改造，现场新开SAR气源管线的穿墙孔洞是否具備施工条件存在问题。

图18此为R460环廊所对应SAR气源管线穿墙孔洞，该SAR气源管线与另外两根工艺管道共用一个穿墙孔洞，且该孔洞已被封堵，且该孔洞周围并无相应可用穿墙孔洞，重新找寻穿墙路径将极大的延长该管线的长度及改变其原有的管道走向。

（5）在与业主交流的过程中，业主倾向于复制一套安全壳内的SAR系统，这会对压缩气体的流量分配提出要求。

（6）由于此次现场勘测处于方家山202大修期间，维修人员来往频繁，造成部分现场三维激光扫描区域发生靶标被碰撞、移位，从而造成三维激光扫描图像出现偏差。

综上所述，此次SAR系统气源管线改造项目现场勘测，我院利用三维激光扫描技术对安全壳内的SAR管线进行了扫描，并能够对其进行反向建模，但由于大量管线处于不可达区域，无法获取其相应的管线走向，且由于现场在原有SAR系统气源管线附近无法寻找到可用的穿墙孔洞，缺少将SAR系统气源管线从设备房间引至环廊及从环廊向SAR系统总母管管线的路径及空间，因此建议业主对SAR系统气源管线改造项目的实施方案的可行性进行重新评估。

3.3 建议实施方案

根据现场勘查过程中发现的问题，我院向业主提出建议实施方案。

（1）对于被遮挡或覆盖而无法测量的部分管线，采取现场设计的方式进行改造施工;

（2）业主方面提出的复制一套SAR系统管线的方案，对于穿墙的管线，需在墙体上重新开孔，现场施工难度大。因此我院建议采取从需供气的阀门到总母管管线的渐进式修改方式，保持管线走向一致的情况下，逐步替换该原有管线。

4 总结与展望

通过方家山核岛厂房SAR气源管线改造项目，对结合国际先进的工程可视化化技术对在役核电站的应用进行工程验证，具备了应用LFM、AVEVA E3D手段为业主提供更优质的工程勘测、改造方案规划服务的能力。

对于基于三维激光扫描及E3D的工程改造应用这一技术，总结出其对于工程应用的效益如下：

（1）提供快速地查询浏览现场勘测数据的平台，基于浏览器各设计、施工作业团队即可查询模型和数据，简单易用。

（2）实现基于现场勘测点云数据的工程改造设计，从源头上保证基础信息的准确性[4]。

（3）优化基于现场改造方案的验证，设计人员可直接操作现场模型结合改造后的模型，进行布置方案设计、碰撞检测、材料和图纸输出

（4）优化与业主的方案沟通，结合可视化的手段进行项目方案讨论或报告，提高了整体项目的运作效率

基于三维激光扫描及E3D的改造工程技术的应用，相应地为工程企业改造项目的前期规划、人员技能、软件配置等提出了新的要求。