三维协同设计平台在核电中的应用--王勇、于潇(上海核工程研究设计院)PDF文本建筑方案设计PDF文本

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集三维协同设计平台在核电中的应用王勇于潇上海核工程研究设计院上海虹漕路29号200233 摘要：随着科技的发展和CAE技术的不断进步，CAE设计水平的高低是企业设计能力高低的一个重要指标同时，随着国家大力发展核电的战略规划的实施，国内的核电设计院从过去的面临单一项目，一下子跨越成同时面临多项目。传统的设计手段已不能满足多项目设计的要求，SNERDI在三维设计的基础上，集成其他非三维软件生成的各类设计数据和文件，并将设计流程管理融合在一起，形成覆盖整个核电设计领域协同设计平合关键字：CAE协同设计核电随着国家大力发展核电的战略规划的实施，国内的核电设计院从过去的面临单一项目，·下子跨越成同时面临多项日。传统的以CAD和OFFICE为主的分散的设计和管理模式无论在设计能力上还是管理能力上都无法满足同时开展多项目设计的要求。因此，国内的几家核电设计院都把立三维设计和协同设计平台作为迎接核电新机遇的首要任务。SNERDI通过几年的努力，结合国际先进CAE设计技术，自主立了一套集设计、管理功能于一体的，符合核电设计需求的三维协同设计平台。本文主要介绍了SNERDI的三维协同设计平台立与发展，以及维设计软件在核电设过妻的瘳用与质发。J.N正 1 SNERDI三维协同设计平台的立和发展 SNERDI在几年的时间里，通过三个阶段分步完成了三维设计和协同设计平台的立、推广和应用工作。三个阶段分别被定义为专业评估阶段：项目应用和体系立阶段：设计数据、文件和设计管理集成阶段 1.1专业评估阶段专业评估阶段主要的目的是通过核电设计各专业对三维设计软件的测试和应用来确定三维设计软件在核电工程设计中的应用范围，以及三维设计软件能否满足工程造要求的设计深度。图1为专业评估阶段工作模式。智能化暴统设计平台三维布置设计平台 SmartPlant P&ID PDS或PDMS 专业相容性评价结果图1专业评估阶段工作模式 720 理甄Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 1.2项目应用和体系立阶段项目应用和体系立阶段的目标就是形成在全院核电工程设计相关专业形成三维设计和管理能力，主要的工作分成两个层面。专业层面就是各部门的专业工程师利用在模拟项目中使用三维设计软件进行模拟设计来扩大使用三维软件的队伍，并通过使用的过程积累各专业设计经验和技巧。三维管理组织层面负责开发与核电设计造管理相关软件的接，创和维护数据库，提供平台技术支持，根据核电质保体系的要求形成三维设计的设计管理体系。图2表示的是三维协同设计平台在项目应用和体系立阶段的工作模式。整个模拟项目的模工作都有各专业的工程师承担，三维中心负责库，软件平台的维护，三维设计管理体系的立。卡年花智札化系统议计平台三维湘置设计平台 SnartPlant P&ID PS或判DS 核电工程设计图2项目应用和体系立阶段工作模式 1.3设计数据、文件和设计管理集成阶段7,7,17 SNERDI在经过前面两个阶段的设之后，己经具备了使用三维设计平台完成核电工程设计的能力。但是，由于三维平台能覆盖的设计领域仅占整个核电工程设计的一半左右，另外 ,半的设计工作依然需要依靠CAD等传统的设计工具完成。同时从整个项目的造，采购管理的角度出发，对三维设计和传统工具的设计成果都有数据的需求，因此迫切需要一种工具来集成三维设计平台和传统设计工作形成的设计数据和文件，满足项目造、采购管理所需，同时整合设计流程的管理，真正实现设计的协同，提高设计以及管理的质量和效率。因此，SNERDI引进了SmartPlant Foundation作为协同设计平台的工具。设计数据、文件和设计管理集成阶段的主要工作是创设计数据和文件集成的构架，设置构架之间的关联，在数据加载的过程中检查设计数据和文件的一致性，同时将第二个阶段形成的设计流程和各专业职责分工，权限设置等整合到SP℉的设计管理模块中。图3显示的是基于SmartPlant Foundation的三维协同设计平台的构成。(传统设计工具)(三饿设计甲台欢据加舰能里组 Marin P3 Foundation 工程姓度 (工根界也部里里文图3三维协同设计平台的构成 721 理甄Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 2三维设计软件在核电设计中的应用与开发目前SNERDI的三维协同设计平台主要由三大部分组成：二维智能系统设计平台，三维布置设计平台以及设计管理平台。2.1二维智能系统设计平台传统的工艺系统流程设计中，一一般采用AutoCAD绘图软件绘制简单的原则性流程图，并采用一些经验公式通过手动或简单的自编程序对系统的沿程压力损失、局部压力损失、流量分配等进行计算。随着科技水平的提高，智能化工程设计软件在现代化工程设中的普遍应用。SNERDI二维智能系统设计平台由智能流程图设计软件SmartPlant P&ID,仪表设计软件 SmartPlant Instrumentation和电气设计软件SmartPlant Electrical组成。SPPID 周门及管线 SPPID 二维智能化系统设计平台 SPI 电气o板量 SPEL 仪表和勤极电D男来 o （Wiring DIPG Cw⊙单线围vO色机特植洁单筑素台 2.1.1 SmartPlant P&ID SmartPlant P&ID是基于ORACLE数据库的智能两维流程图设计软件，与传统非智能流程图设计软件相比，其具有以下特点：>便于数据查询一利用数据库技术，P&D在流程图中集成了大量的数据，通过P&D 可以快速筛选、查询满足条件的数据，并生成报表，不用再翻看众多的文档。>提高了数据的一致性一在P&D中绘制流程图的过程也是向数据库输入数据的过程，绘制结束后可以自动生成相应的报表，确保了图纸与报表之间数据的一致性。便于数据复用一SmartPlant P&ID与上下游专业的应用软件都存在接，P&ID中的数据能够被其它应用程序复用，避免了数据再次输入而引入的错误。至今，SNERDI己在数个项目中使用SmartPlant P&ID进行流程图绘制工作，其中包括C-2、AP1000等核电设计项目，并根据项目实际使用中的经验总结，对SmartPlant P&ID软件进行深度应用、改进、完善，使其可以满足核电设计需要。其中主要包括以下儿个方面：>删减、整合符号库添加自定义属性生成设备、阀门用电需求报表增加仪控解决方案，生成仪控所需报表 >提高元件智能化比例挖掘软件自带功能程序二次开发 722 理甄素前网Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集 CG I0T G Aa Co 习 ?可 ?回回回回回可回 g43n0 回回回 taghu 回回 Han Opton Dupicfion Opbon m Tyoe Foifn习可图5P&D二次开发位号配置小程序 AP.PXEPLMOA APP.CVS-PLMoO APRRC的 C14 101p AKPXEPLVOIA 图6P&ID生成仪控MMI报表 2.1.2 FLOWMASTER2 在立二维智能系统设计平台的同时，SNERDI还在系统计算分析中引入了 FLOWMASTER2软件，对智能系统设计平台进行协助与补充。FLOWMASTER2是一维流体管网系统计算工具，是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，具有比较完备的数据库，其中整合了大量的实验数据，对于各种复杂的流体管网系统，工程师可以利用FLOWMASTER2快速有效的立精确的系统模型，并进行完备的分析，得到较为准确的结果，使工程师从繁重的计算工作中解脱出来，将更多的精力集中在系统的设计上。SNERDI使用FLOWMASTER2对秦山一期余热排出系统、C2设备冷却水系统等管网、换料水箱内置方案、堆腔淹没系统实施方案模拟、喷淋管网等问题进行了仿真模拟分析，部分计算结果已经应用在实际设计中。723 理甄Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集国 0296-w白◆“eo三y三d图Eo二-A65加@w 图7茶山一期余热排出系统动态分析曲图8C-2设备冷却水系统管网模型 3三维布置设计平台三维布置设计平台采用以三维模型为对象的可视化设计技术和以数据库为核心的集成化设计技术，使各专业设计人员可按照自动化和标准化的工作流程，围绕同一模型使用同一设计工具在本地或异地开展工作，并可共享企业各类技术资源，从而缩短工程设周期，提高 724 理甄Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集质量，降低投资。三维布置设计平台由三维厂房布置设计软件PDS、钢结构三维设计软件 XSTEEL、我院自行开发的基于PDS平台的三维实体核级支吊架库及其他辅助软件构成。PDS(Plant Design System)作为电厂设计系统的计算机辅助设计应用软件包，可以根据具体的功能配以多种应用软件。一套完整的PDS系统涉及了设备、管道、钢结构、暖通、电缆桥架等各工种，配以完整的数据库，具有高度智能化的设计输出、设计检查、厂房浏览等强大功能。2004年，SNERDI正式启动C2-PDS项目，在一年多的时间，使用PDS等软件进行C2 项目的三维布置设计。涉及的专业包括土、工艺、电气、暖通、动力、给排水等，基本覆盖了核电站工程设计范围。通过C2-PDS项目，SNERDI培养了一大批具有三维设计能力的设材料库管道支吊架阵三维布置设计平台 PDS/PDMS/XSTEEL 筑作业图设备碱位图设计松适名类瓶工图材料精单座检西图9三维布置设计平台组成框架计人员，并立起子基本完整颈、符给我国核电设计标准的覆盖工艺、拜水、电气、消防、动力等不同专业的国产化参考数据库。门在APIO00设计中，SNERDI开始使用XSteel进行钢结构详细设计。XSteel作为钢结构详细设计的专业软件，对Frame Works在钢结构细部设计的不足是一种极大的补充。同时，由于核级支架具有抗震要求高、种类繁多、形势复杂、外形巨大、易产生碰撞等特点，为了能够如实的反应支吊架的布置情况，充分发挥三维设计在厂房综合以及碰撞检查方面的优势，SNERDI自主开发了一套可以满足核电实际工程需要的三维实体核级支吊架库。SNERDI在上述软件的基础上，还开发与改进了与其他一些专业软件的接，如：Orthogen、NavisWorks、GT Strudal等，从而形成了一个全方面的设计软件平台，并在API000模块设计中，进行了全面的综合利用。进度管理 P3 支吊架设计 Support 布置图出图 Modeler Orthogen PDS 模型浏览 NavisWorks 结构设计 XSteel 图10三维布置平台软件结构 725 理甄Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集模块化设计是大型工程项目中减少施工周期和节省投资的一种新型设计和造技术，其原理为将设计中已完成布置的大量复杂工艺管道、设备、电气和结构进行分割，使之形成独立的单元（即模块），并采用钢结构对其进行支承和整体化。模块化设计的特点是在厂房布置 (三维模型)完成的前提下，以区域为基础进行模块的集成和设计，模块化设计的综合性要求较高。模块内包含了多工种、多专业的设计内容，因此在模块设计是对布置设计平台的综合应用。图11AP1000设备及管道模块软件名称软件功能 PDS 设备、管道、风管、桥架等设计筑钢结构支璋设计CNE SupportModeler 核级支撑设计 NavisWorks 模型浏览 GT Strudal 应力分析图12模块设计中使用的设计软件 4设计管理平台 SNERDI在经过多年三维设计软件的实际使用和经验总结，已基本形成了一食可以覆盖核电设计主要专业的软件平台，并形成了一整套满足核电质量保证要求的三维设计管理体系。但是，由于三维平台能覆盖的设计领域仅占整个核电工程设计的一半左右，另外一半的设计工作依然需要依靠CAD等传统的设计工具完成。同时从整个项日的造，采购管理的角度出发，对三维设计和传统工具的设计成果都有数据的需求，因此迫切需要一种工具来集成三维设计平台和传统设计工作形成的设计数据和文件，满足项目造、采购管理所需，同时整合设计流程的管理，真正实现设计的协同，提高设计以及管理的质量和效率。因此，SNERDI 引进了SmartPlant Foundation作为协同设计平台的工具。SmartPlant Foundation是以面向对象的操作方式来管理工程数据以及工程数据间的关系，而不是文件。为此它可以非常方便地按设备位号搜索此设备的所有相关数据，如查询某设备的相关联的所有设备、此设备的P&D图、三维模型图、仪表设计图以及供应商文件等：也可以非常方便地在某一张P&D图选中某一项设备，然后浏览此设备所在的3D模型、仪表设计图以及管线清单等。图6所示是以C2项目中一个SCW系统的02A的泵为例，在SP℉系统中立的数据关系。通过查询SCW02APO这个泵，可以方便查询到与它关联的专业、系统、设 726 理甄Z.ZC.ET

第五届中国CAE工程分析技术年会论文集备规范书、CAD二维立体图、SPPD图及PDS三维模型，甚至这个泵的所有智能属性，一目了然。程泽图13SPF数据关系图 SmartPlant Foundation能够为工厂立一个全面的电子化数据库，包括其结构、属性部件、设备和文件。它涵盖了工厂设计、修改、改造、更新，在从工程设计开始到退役之间的整个过程中有效地管理工厂。Foundation可以方便地集成目前工程各类二维/三维信息，支持l60多种常见格式的文档和图纸，无需额外购买大量的软件，从而降低了整个工程信息集成的成本。SmartPlant Foundation支持电子化的校对、审核、签署工作流程。用户可以在图形化的环境中按用户现有的各种工作流程对SmartPlant Foundation的电子化工作流程进行定义，可以在每个步骤中定义该步骤的工内容列表。各项红作都在SmartPlant Foundation内进行，包括资料传递，流程跟踪，完成提醒和通知，系统会记录整个的全部过程，实现全流程跟踪：系统会对任何变化以Email方式通知指定的相关人员。5总结 SNERDI分专业评估、项目应用和体系立、设计数据文件和设计管理集成三阶段完成了设计平台的立、完善、推广和应用工作，形成了有二维智能系统设计平台、三维布置设计平台以及设计管理平台组成的。平台以SmartPlant Foundation为数据中心，以SmartPlant P.&ID 为主要系统设计工具，以PDS为主要布置工具，并辅以其他辅助软件工具。根据多年的应用与经验总结，SNERDI针对核电工程的特殊性，对原有软件的功能进行了改进与扩展，使平台可以覆盖大部分核电设计领域，并能够满足核电工程的需要。设计平台的使用大大的提高了设计人员的工作效率以及工作质量，对于保证设计进度及设计质量都有极大帮助。同时，协同设计平台在提供强大的设计功能的同时，还为管理和设计人员提供了强大的数据查询、文档管理、设计流程控制、进度控制等管理功能，对于文件及数据的一致性、准确性、可复用性都有了显著地提高。作者简介：于萧男29岁2004年进入上海核工程研究设计院从事工艺系统布置设计和三维协同平台立与开发工作参与了C-2、AP1000等核电工程的设计工作，积累了大量的工程设计经验。在三维中心工作中，主要负责平台搭，数据库以及图纸管理工作。通讯地址：上海市徐汇区虹漕路29号，工艺系统所，邮编：200233 Email:yuxiao@snerdi.com.cn 727 理筑素村网Z..WET

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