AES-91堆型核电工程小管现场设计

温颖帅

（核工业工程研究设计有限公司，北京 101300）

田湾核电站3、4号机组是由俄罗斯设计的AES-91堆型百万千瓦级压水堆核电机组。在俄罗斯圣彼得堡院出版的设计文件中，对于DN＜80 mm的小管就仅给出了局部流程图，而没有给出平面布置图、管道轴测图及其支吊架图纸，不具备直接施工条件。因此如何准确、快速地进行小管的现场布线就显得十分重要。

1 设计条件分析及设计方案确定

根据俄方出版的上游设计文件，需现场进行布线的小管主要包括反应堆厂房（UJA）、核辅助厂房（UKA）的疏排水、排污、监测、取样等系统管线。这部分施工图纸中，能参考的只有局部系统流程图，其他设计信息都没有给出。

例如，在31UJA厂房的一套管道施工图中，根据局部流程图及管线特性表，小管30KUA62BR001~30KUA65BR009等多条管线均未给出平面布置图及管道轴测图，需进行现场布线。这部分小管线属于反应堆装置辅助系统的取样系统（KUA），管道外径为14 mm，设计温度分别为80 ℃、150 ℃，管线总长预计180 m左右。除了给出的几个接口点坐标，其余布置信息均不明确。

由于上游提供的施工图纸设计深度不足以直接用于现场施工，因此需要在上游提供的设计标准、规范等资料基础上，具体结合现场实际条件进一步完善和细化小管及其支吊架。

小管及支吊架现场设计的主要内容就是管道路径的确定及其支吊架位置、型式的确定。要确定现场设计方案，最重要的就是在对上游设计条件深入细致分析的基础上进行充分利用，并结合现场实际施工需要，选择最合理、最优化的设计方案，进而实施具体的现场设计工作。

根据小管现场设计需求情况，经分析各类上游文件的内容及深度，初步考虑有两种设计方案：

方案一：参考局部流程图、厂房平面布置图册，根据现场实际情况，由技术人员确定管线的布置并设置支架，在施工的同时绘制管线布置图和支架定位及结构图。对可能用到的管材、型材提前进行备料，以保证现场施工的需要。

方案二：参考相关的上游文件及三维工程模型，在三维模型中模拟现场进行管道路径的布置并手绘草图，然后依据草图建立PDMS三维模型，并与原有三维工程模型进行碰撞检查、修正；同时在模型中考虑支架的设置；最终出版管道轴测图及其支吊架图纸。

从上游文件出版情况及现场工作经验来看，两种设计方案各有优缺点。具体分析如下：

方案一的优点：

（1）对设计人员技能要求较低；

（2）设计、施工方式简单、灵活。

方案一的缺点：

（1）上游文件分散，信息不完整、不直观，设计过程繁琐；

（2）现场部分物项安装较晚或空间不可达，各专业施工进展不易控制，且存在安全风险；

（3）设计时间长，设计进度难以保证；

（4）设计准确度低，现场修改量大，浪费材料和人工。

方案二的优点：

（1）减少现场核实、测量环节，缩短设计时间，满足进度要求；

（2）不依赖施工现场条件；

（3）可进行碰撞检查及修改，准确度高，返工量小，节约材料。

方案二的缺点：

（1）对设计人员素质要求高；

（2）对设备性能有一定的要求，需增加一部分成本。

在方案二中使用到了中核工程公司提供的三维工程模型。其查看、审阅等操作主要通过Navisworks软件进行。

利用Navisworks Manage 2014，不仅可以直观地查看三维工程模型中各厂房、各专业物项的形状、位置等信息，还可以采用多种视图和剖分方法查看特定位置的模型信息，并进行长度、角度等测量继而作出所需的标记，极度有利于核实小管的路径布置，及对支吊架的定位和生根的设计。更重要的是，该软件可以集成多方的三维模型，这正好给现场进行的小管布线的校核提供了极大的便利。可将现场布线的小管模型集成到总体三维工程模型中，进行路径的碰撞检查、核实及修改，大大减少了现场核实的工作量，加快了设计出图的速度。

根据以上分析以及三维工程模型、三维软件所能实现的功能，结合方案一、二的优缺点对比，考虑设计图纸准确性以及材料的精细化控制，采用方案二作为最终的设计方案，以满足各项工作需求。

2 小管现场设计

小管现场设计的难点就在于管道路径的设计。首先应确定需设计小管的接口位置及控制点，然后按照一定的布线原则，结合现场实际情况进行路径设计。

2.1 管线接口位置及控制点的确定

通过俄方在DG（管道安装和装配图）文件中提供的局部流程图信息，查找需进行现场设计的管线以及管线的起点、终点和控制点（管线穿墙、穿楼板的位置）涉及物项的KKS编码，并记录下来。然后通过这些接口物项的KKS编码查找相应的图纸或清单，确定起点、终点及控制点的准确坐标，并记录这些数据及其来源。对于局部流程图中已提供控制点坐标的情况，也应进行相应的核实，以保证接口信息的准确性。

管线起点、终点和控制点的物项类别一般有以下几种：

（1）其他管线或管线上的阀门。此时应记录这些管线的管线号、阀门KKS编码及对应的安装图纸编码（如有），然后在对应的安装施工图中查找相应的接口位置，通过计算或直接抄录连接点的坐标。

（2）设备。此时应记录设备KKS编码，再查找相应的设备接口图纸，及设备布置图纸，以确认具体的接口点坐标。

（3）贯穿件。记录贯穿件KKS编码，再查找相应的贯穿件制造、安装图纸，记录该贯穿件所接该管线的具体角度和标高，并计算出准确坐标。

（4）孔洞、地漏、水池、水箱、卫生器具。与上述土建类物项连接时，应记录这些物项的编码（如有），或记录其所在的房间号，再查找对应的土建图纸以确认连接点坐标。

2.2 管道布线原则

小管的布线应考虑应在设备、通风系统管道、大管道（DN≥80）及其支架、主电缆托盘和主电缆套管位置确认后进行。在保持与局部流程图信息一致的基础上，还应遵循以下原则：

（1）管道布置力求短、直、简单，走向宜与厂房轴线一致；

（2）原则上不允许沿着人员通道和逃生线路布置管道，保证人员通行、消防、维修和运输需要；

（3）室内管道的布置不应妨碍起重设备的运转和操作；

（4）管道布置时应考虑支架的位置，可以利用现有的预埋件或钢结构对支架进行固定；

（5）阀门应布置在便于操作和检修的位置；

（6）排水和排气阀（仪表阀除外）应安装在便于操作和维护的位置。

2.3 小管设计流程

根据上文分析、确定的总体设计思路，经过详细、缜密地梳理后得出小管的设计流程如下：

（1）确定管线的起点、终点及控制点坐标；

（2）打开Navisworks软件在三维工程模型中找到相应接口点，并分析可能的路径，确定初步敷设方案；

（3）该方案可在厂房平面布置图或土建图纸上手绘草图，并将从三维模型中测量得出的关键数据进行标记；

（4）依据带有标记的管道布线草图，在PDMS三维工厂设计软件中建立小管布线模型，并将该模型导出；

（5）通过Navisworks软件的附加功能将上述导出的PDMS数据模型附加到总体三维工程模型中，进行碰撞检查，并记下碰撞位置及尺寸，标记在草图上；

（6）对PDMS小管模型进行修改，直至无明显碰撞；

（7）使用PDMS软件的ISODRAFT模块抽取管道轴测图，并使用AutoCAD完善图面信息。

3 设计实例

为了对上述理论分析出的设计方案和流程进行验证，现以上文提到的31UJA厂房辅助取样系统（KUA）低压小管线为例，分析小管现场设计的步骤和方法，并评估其准确性及可操作性。

根据设计标准，这部分管道和阀门材质均为奥氏体不锈钢，所有的接头采用焊接连接。

设计的小管管线分别从反应堆厂房设备疏水系统（KTA）收集取样液体，汇总至一条管线后，经反应堆厂房贯穿件，至取样冷却器30KUA65AC001进行冷却，并最终排放至31UKC厂房的取样箱30KUA01AX002。与KTA系统的接口点，俄方已给出轴测图及详细的坐标位置，贯穿件坐标可以从土建图纸及贯穿件组装图中得出。将信息汇总如表1。

表1 控制点坐标汇总表

参考厂房平面布置图及Navisworks三维工程模型，根据已查得的管线起终点、控制点坐标及连接物项信息（见图1示例），在头脑中规划相应的路径布置，并在平面图纸上手绘初步路径走向。将线路经过之处周边的土建墙体、楼板、钢结构、设备、风管、托盘、大管道及其支架等物项加以标记，并利用软件的测量等工具标记出草图中拐点的大概位置和标高改变。

图1 三维模型接口位置图

接口管线所在的22米层楼板，其地面标高为+22500，楼板底标高为+21300。按照上文管道布线原则，考虑到楼板上物项众多，为避免横穿通道及便于设置支架，将整趟管线从各接口点在设备基础附近穿过地面孔洞引至楼板下方，并沿内安全壳呈半环状布置，同时也有利于设置管道支撑。

草图绘制完成后，应用PDMS三维工厂设计软件建立该管线的三维模型。该模型暂不包括阀门、流量计等在线设备。建模完成后，导出RVM格式的三维模型，并在Navisworks软件中附加进来，这样就实现了新设计的小管模型与原有的三维工程模型的整合，并可以方便地进行碰撞检查。

应用Navisworks软件的碰撞检查功能，可以直观地查看新建的小管与各专业物项的干涉情况，并进行测量、记录，以便在PDMS三维设计软件中进行修正。如此反复修改至无碰撞后，使用ISODRAFT模块生成管道轴测图，再使用AutoCAD软件调整图面信息后即可发布设计图纸。

根据上述实例的设计步骤及设计结果分析可见，该方法无需进行大量的现场核实和实测工作，也节约了大量查阅分散的上游文件、资料的时间，并且设计信息准确，设计图纸可用于指导现场施工活动，为提前进行设计出图、精确控制材料及提高安装工作效率起到了重要的作用。

4 结论

通过借助三维工程模型进行现场设计出图，有利于核电项目规范材料统计和需求、采购，节约成本、减少浪费，进一步实现精细化、集约化管理；同时提高了技术人员的设计能力和现场施工技术指导能力。对设计上游条件进行详细分析和充分利用，并结合先进的设计、工程管理软件和技术，全面提高效率，这种方法和思路对后续的设计和建造工作都有很好的参考借鉴意义。