OpenPlant与PlantSpace在水电工程三维设计应用中的差异化研究与实践

许志翔，和 扁，周淼汛，马 沧，杨贵程，岳志伟，汪德楼，马继生

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州311122）

0 引言

随着计算机信息化技术的发展，以及工程项目精细化的需要，三维设计已经逐渐成为了工程设计的主流手段。与传统的二维设计不同，三维模型更加直观，具有强烈的可视性。在统一的项目管理平台上可以进行各专业间的三维协同设计，有利于提前发现设计缺陷，提高设计效率。同时，随着工程全生命周期管理受到了越来越多的重视，包含数据信息的三维模型可以更好的实现数字化管理的需求。

水电工程系统复杂，涉及专业多且杂，各专业在同一区域内进行设备管路等协同布置时难度较大，往往会出现彼此干涉的情况[1，2]。华东勘测设计研究院通过引进Bentley平台，并对其平台下的多款三维建模软件进行二次开发本土化，目前已成功应用于多项水电工程[3]。建成的水电站三维模型在建设、移交和维护等工程阶段内都发挥了重要作用。

水电站三维系统涉及到枢纽、工厂和地质三大板块，工厂三维系统在水电站设计中占有较重的比例。Bentley旗下的工厂三维设计软件主要有OpenPlant和PlantSpace系列，不同软件的使用对三维设计的效率及适用性有很大的影响。本文将对这两款软件进行综合比较，以期为水电设计从业人员提供一些参考意见。

1 水电工程三维设计解决方案

水电工程的设计有别于一般意义上的土木工程设计，其具有专业涉及面广、标准化程度低、协同配合要求高等特点。Bentley平台具有专业模块覆盖面广、协同平台可靠、数据兼容性强等优势，可以为水电工程三维设计提供解决方案，其软件框架及流程如图1所示。基于基础平台MicroStation 以及协同平台ProjectWise，枢纽、工厂和地质三大专业板块协同工作，可以完成资料互提、方案比选与优化、技施出图等实质性任务。其中，Openplant和PlantSpace两款软件都可以实现工厂三维系统设计，对它们进行比较并针对性选用，有利于提高水电工程三维设计的效率。

1.1 PlantSpace

PlantSpace系列软件主要包括PlantSpace Design Series和Isoextractor两个软件。PlantSpace Design Series软件中的模块涵盖了结构、设备、管路、桥架、暖通（HVAC）和支吊架等[4，5]，这些模块为水电站工厂三维系统设计提供了便利。同时，通过对PlantSpace Design Series进行合理的二次开发，可以建立符合水电行业要求的管路、设备及支吊架系统。将 PlantSpace Design Series与 OBD（OpenBuildings Designer）、Isoextractor和 Navigator等软件进行联合使用，可以实现水电站设计过程中的碰撞检查、动态剖切、抽二维图、抽轴测图和实时漫游等功能[6]。

目前，PlantSpace已经成功应用于龙开口[2]、仙居抽蓄、洪屏抽蓄[7]，宝泉抽蓄[8]等电站的三维设计中。

图1 基于Bentley平台的水电工程三维设计解决方案软件框架及流程

1.2 OpenPlant

OpenPlant系列软件主要包括OpenPlant Modeler、OpenPlant PID和OpenPlant Isometrics Manager 三个软件[10]。OpenPlant Modeler中同样涵盖了管路、HVAC和电气设备的设计模块，使用该软件进行水电站工厂三维设计，视图直观，操作快捷，检索、查找、定位等操作都非常方便。OpenPlant Modeler具有配套的系统图设计软件OpenPlant PID，联合使用可以实现真正意义上的系统图指导三维设计的目的。同时，将OpenPlant Modeler与OBD和OpenPlant Isometrics Manager等联合使用，可以实现高效地二维出图和抽ISO轴测图，并支持和三维协同设计系统进行集成[11]。OpenPlant系列软件具有良好的集成与交互操作性，可以实现在设计、建设、移交和维护等整个生命周期内的所有数据的高效交换和相互访问。

目前，OpenPlant正在应用于杨房沟、周宁抽蓄、永泰抽蓄等电站的三维设计中。

2 功能对比

OpenPlant和PlantSpace系列软件都拥有比较完整的工厂三维设计功能。水电站工厂三维设计中，管路设备的绘制与修改、三维碰撞检查、抽技施图和

材料统计都是核心功能，两款软件的功能对比将围绕着这些核心功能展开。

2.1 绘制管路

PlantSpace Design Series软件绘制管路必须先绘制构造线，然后通过构造线生成管路。所有的管路管件信息都是从构造线上获取。

OpenPlant modeler软件绘制管路时则无需绘制构造线，可以直接绘制管路。所有的管路管件信息都是从管路上获取。

从管路绘制快捷性的角度来说，OpenPlant modeler无需绘制构造线这一环节，因而管路建模效率上比PlantSpace Design Series要高。

2.2 管路修改

PlantSpace Design Series软件生成的管路因带有构造线，当需要修改某段管路属性时，可以直接修改该段管路构造线属性，再重新生成管路即可。同时，该管段上所有的法兰、阀门、管件等也会自动匹配修改属性。

OpenPlant Modeler软件生成管路未带构造线，当需要修改某段管路（非单根管路）属性时，需要用系统自带的Pipe Manager工具，在Pipe Manager内勾选所需修改的管路，然后进行属性调整。

相对而言，PlantSpace Design Series中修改管路属性步骤较少，简单直观，比OpenPlant Modeler更加方便快捷。

2.3 碰撞检查

PlantSpace Design Series和OpenPlant modeler的碰撞检查功能及原理基本一致，都是创建两组参考文件Group A和Group B，然后对两组参考文件的三维模型进行碰撞检查。两款软件默认的参考文件只有两组Group，无法同时对三组或三组以上Group进行碰撞检查，后期开发可以对该项功能进行升级完善研究。

2.4 抽ISO图

PlantSpace Design Series可以对模型内的每根独立管路抽取一个独立的JSM文件，将该文件导入Isoextractor可以进行ISO图绘制。

OpenPlant Modeler可以对模型内需要抽取ISO图的管路进行集中选择后生成ISO sheet，将ISO sheet文件导入OpenPlant Isometrics Manager中即可进行ISO图绘制。

OpenPlant Isometrics Manager支持将2个不同编码的管路放置在同一张ISO图中，而PlantSpace系列软件不支持该项功能。也就是说，利用Isoextractor抽取的ISO图中只能包含一根独立的管路，而利用OpenPlant Isometrics Manager抽取的ISO图中可以包含多根管路。从ISO抽图功能上看，OpenPlant系列软件比PlantSpace系列软件更有优势。

2.5 材料统计功能

PlantSpace Design Series只能统计某个模型中包含的所有材料。而OpenPlant modeler可以统计模型中任意一个自定义封闭区域内的材料。从材料统计功能上看，OpenPlant系列软件比PlantSpace系列软件功能强大。

2.6 PID制图功能对比

PID图可以反映水电站辅助系统的构成和运行原理，将PID图与三维软件联合交互使用可以实现二维系统图指导三维模型设计的目的[12]。PlantSpace系列软件仅支持PID图绘制，不支持与三维设计之间的交互使用；而OpenPlant系列软件不仅可以绘制PID图，还可以设定设备管路规格型号等参数，并发布成对应的i-model文件，modeler根据i-model文件进行三维建模和特性匹配。

因此，OpenPlant系列软件在PID图绘制及交互使用方面比PlantSpace系列软件更有优势。

3 数据库对比

3.1 PlantSpace数据库

PlantSpace系列软件支持的数据库包括MS Sql Server和Oracle，通常统一安装在服务器上，通过ODBC进行连接。该数据库包括属性定义表、目录表、类表、项目配置表、用户配置表、规则表、等级表等多种类型数据库表，详见表1。

表1 PlantSpace数据库类型表

PlantSpace数据库可用来存储工程设计中用到的各种标准数据，例如管道、管件、阀门等元件的参数属性及外形信息。目前PlantSpace数据库中已录入了上百个国家标准和行业标准元件，数据规模近32 000条，基本可以满足水电工程工厂三维设计的需要。

3.2 OpenPlant数据库

OpenPlant系列软件支持的数据库是MS Access，其结构设计遵循ISO15926标准，数据库与其他Workspace文件一起，通常统一部署在ProjectWise服务器上。OpenPlant使用Schema文件来描述数据的分类、结构等。Schema文件是数据库对象、业务对象等实例数据的元数据，每种类型Schema均包含参考类和关系类几个部分。OpenPlant中提供了规格生成器，用来创建和管理规格及目录数据，即从一个或多个目录数据库中，根据特定的规范，制定出符合系统要求的子集。在三维模型设计过程中，所有成员使用同一等级数据库，为整个项目材料报表的生成提供了便利。

OpenPlant的Catalog数据库基于PlantSpace数据库转换而来，已完成了包括管路、管件、阀门等共计15个类型，近两万条数据的转换。OpenPlant数据库可以满足目前水电工程工厂三维设计的需求。

3.3 数据库对比

3.3.1 数据标准化

工程全生命周期管理的核心在于对基于标准（ISO15926）的信息模型数据进行智能分析和管理。随着三维设计的逐步成熟，工程项目将实现勘测、设计、建造、数字交付以及工程营运、报废的全过程的数字化管理[13]。PlantSpace软件数据库不能够满足此要求，而OpenPlant软件数据库则很好地契合了工程全生命周期数字化管理的趋势。

3.3.2 数据编码

KKS编码是根据标识对象的功能、工艺和安装位置等特征，来明确标识电厂中的系统和设备及其组件的一种代码[14]。KKS编码对水电工程的设计、建设以及经营管理等过程都非常重要。PlantSpace系列软件数据库中没有一个很好的编码存储机制来满足此需求，一直以来KKS编码部分都是空白。由于在设计中没有KKS编码，之后抽取ISO图时也不方便，无法实现自动分ISO页和批量出ISO图等功能。

OpenPlant系列软件从PID系统图设计阶段开始，就引入设备编码。它的编码并不是单纯的一串代码，而是根据定义好的机组、系统或设备自动生成的机组码、系统码或设备码，因此仅需手动输入流水号。通过编码系统，OpenPlant Modeler、PID和ISO这3款软件可以进行相互关联，PID图中的某个设备在Modeler模型和ISO图中可以快速清晰定位。

因此，从设备编码的应用上来看，OpenPlant系列比PlantSpace系列软件有较大优势。

4 结论

（1）根据水电工程三维设计的应用情况来看，目前PlantSpace系列和OpenPlant系列两款软件都可适应水电工程工厂三维设计的需要。

（2）根据PlantSpace系列与OpenPlant系列两款软件的功能对比来看，除了在三维模型修改方面，OpenPlant平台还有待加强外，其余在三维建模、抽轴测图、材料统计和PID制图等功能方面，OpenPlant系列都比PlantSpace系列软件更有优势。因此，利用OpenPlant系列软件进行水电工程的工厂三维设计可以进一步提高工作效率。

（3）相对于 PlantSpace数据库，OpenPlant实现了数据的标准化，规范了设计数据的存储、移交和维护，具有更好的适用性和可延续性，进而提升了协同设计的效率，为实现水电工程全生命周期数字化管理打下基础。