協(xié)同與三維設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字化電廠建設(shè)中的應(yīng)用

孔志增 周啟帆

（河南省電力勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

協(xié)同與三維設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字化電廠建設(shè)中的應(yīng)用

孔志增 周啟帆

（河南省電力勘測設(shè)計(jì)院，河南 鄭州 450000）

現(xiàn)如今，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)于能源的需求，尤其是電力方面的需求將逐漸加大。如何優(yōu)化設(shè)計(jì)工具，如何提高設(shè)計(jì)水平，降低電廠的建設(shè)周期并使其更快地投入生產(chǎn)經(jīng)營，以滿足經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展帶來的電力不斷增長的需求已成為現(xiàn)如今急需解決的問題。因此，利用協(xié)同、三維技術(shù)來實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的企業(yè)管理，同時(shí)協(xié)同和三維設(shè)計(jì)工具也成為了現(xiàn)代電力企業(yè)發(fā)展和壯大的先決條件。

三維設(shè)計(jì)；協(xié)同設(shè)計(jì)；數(shù)字化電廠

1　引言

隨著數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的不斷加快，數(shù)字化技術(shù)在傳統(tǒng)電廠中的應(yīng)用逐漸受到人們的重視。數(shù)字化電廠是數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用在電廠建設(shè)中的高科技產(chǎn)物，其主要是指電廠對(duì)日常運(yùn)行過程中的全生命周期進(jìn)行量化和分析控制等操作，通過企業(yè)的數(shù)據(jù)倉庫將電廠運(yùn)行過程中相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，并將數(shù)據(jù)庫信息向客戶傳輸和共享，以便于客戶實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠信息數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)的原則。除此之外，數(shù)字化電廠的建設(shè)還能夠使電廠的客戶通過使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)對(duì)電場數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和管理等操作，大大提升電廠的運(yùn)營和維護(hù)的質(zhì)量和效率。隨著數(shù)字化電廠建設(shè)，協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)和三維設(shè)計(jì)技術(shù)將在建設(shè)過程中發(fā)揮越來越重要的作用和影響。如何在更大程度上發(fā)揮三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字電廠建設(shè)中的作用，已成為一個(gè)電廠自動(dòng)化領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問題。

2　協(xié)同與三維設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

協(xié)同和三維設(shè)計(jì)平臺(tái)在設(shè)計(jì)中主要用于數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)方面，協(xié)同和三維設(shè)計(jì)平臺(tái)上的傳輸效率和質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，所以三維設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用將成為電力工程項(xiàng)目中的必然趨勢，并可以擴(kuò)展到已建成投產(chǎn)的項(xiàng)目之中。在項(xiàng)目管理過程數(shù)字化和管理數(shù)字化方面，通過與傳統(tǒng)的2D設(shè)計(jì)技術(shù)比較，可以將協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)的特性歸納為以下幾個(gè)方面。

（1）直觀性。三維設(shè)計(jì)技術(shù)是通過計(jì)算對(duì)全立體模型的布置進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建電廠工程中仿真環(huán)境。三維設(shè)計(jì)技術(shù)不同于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)技術(shù)，其具有較強(qiáng)的直觀性。對(duì)于電廠工程設(shè)計(jì)過程中存在的障礙，需要開孔的位置，以及給后續(xù)的設(shè)計(jì)開發(fā)過程所留下的預(yù)留空間等信息都能夠很直觀形象地進(jìn)行展現(xiàn)。除此之外，三維設(shè)計(jì)技術(shù)能夠很準(zhǔn)確地將二維設(shè)計(jì)的方案和內(nèi)容進(jìn)行展現(xiàn)，在信息的準(zhǔn)確性和完整性上，三維設(shè)計(jì)技術(shù)具有較高的優(yōu)勢，能夠?qū)υO(shè)計(jì)過程中的細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的展現(xiàn)。通過三維設(shè)計(jì)技術(shù)的直觀性，能夠使得電廠工程設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性得到大大的提升。（2）協(xié)同性。三維設(shè)計(jì)技術(shù)具有較強(qiáng)的協(xié)同性，主要體現(xiàn)在三維設(shè)計(jì)技術(shù)充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的優(yōu)勢，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同三維設(shè)計(jì)。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)上，三維設(shè)計(jì)技術(shù)可以對(duì)系統(tǒng)、布置等信息進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。通過在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)上開展的三維布局設(shè)計(jì)工作，摒棄了傳統(tǒng)的面對(duì)面溝通，通過建立數(shù)據(jù)模型來對(duì)二維設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的信息量進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，提高獲取數(shù)據(jù)和模型的實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)之間的同步協(xié)同設(shè)計(jì)。（3）信息集成。三維設(shè)計(jì)技術(shù)通過對(duì)信息進(jìn)行集成，來對(duì)現(xiàn)實(shí)電廠進(jìn)行三維的空間建模，并以三維模型作為對(duì)象進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。三維設(shè)計(jì)模型分別具有圖形和非圖形屬性，通過模型中所體現(xiàn)的工程、物理以及管理等信息，來為數(shù)字化電廠的實(shí)現(xiàn)做好鋪墊。

3　協(xié)同與三維設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字化電廠中的應(yīng)用

在數(shù)字化電廠中，協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)的主要應(yīng)用還是在二次開發(fā)和數(shù)據(jù)庫軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方面，力求將更多的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)植入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效率和加強(qiáng)設(shè)計(jì)工作的標(biāo)準(zhǔn)化。此外，在同一時(shí)間開展協(xié)同設(shè)計(jì)二維的P& ID圖紙，并積極開展實(shí)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)無縫連接的研究工作也是數(shù)字化電廠發(fā)展的一大方向。由于P&ID圖和三維模型是彼此獨(dú)立的，不能被直接進(jìn)行連接和交流，這將難以避免的導(dǎo)致兩種技術(shù)之間標(biāo)準(zhǔn)的不一致性。要在數(shù)字電廠中實(shí)現(xiàn)二維設(shè)計(jì)與三維協(xié)同設(shè)計(jì)之間的良好轉(zhuǎn)換，就需要建立更加準(zhǔn)確和有效的三維模型，與此同時(shí)將會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場施工指導(dǎo)難度的加大。由于在同一電廠數(shù)據(jù)庫中的三維模型和其他設(shè)計(jì)元素都是高度的參數(shù)化，協(xié)同和三維設(shè)計(jì)的模型都是以數(shù)據(jù)的形式儲(chǔ)存在電廠的數(shù)據(jù)庫之中的。因此用戶可以通過對(duì)電廠的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問和查看，通過操作將數(shù)據(jù)庫中的三維模型和協(xié)同方式顯示出來。并且由于三維模型也是以數(shù)據(jù)形式進(jìn)行儲(chǔ)存，因此可以很好地實(shí)現(xiàn)與二維模型之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過參數(shù)的改變實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的緘默和管理。由此可見協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)為數(shù)字化電廠的實(shí)現(xiàn)提供了良好的平臺(tái)，基于統(tǒng)一、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和軟件的二次開發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)電廠的數(shù)字化管理和發(fā)展。

4　協(xié)同與三維設(shè)計(jì)技術(shù)給數(shù)字化電廠帶來的效益

（1）協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字電廠中的應(yīng)用可以使電廠的設(shè)計(jì)質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升。由于在傳統(tǒng)的電廠設(shè)計(jì)過程中，普遍存在著一些人為的錯(cuò)誤以及遺漏的問題，通過協(xié)同技術(shù)所具有的輔助制圖等功能，以及三維設(shè)計(jì)所建立的準(zhǔn)確、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)模型，可以很好的保證電廠在工程設(shè)計(jì)上保證其準(zhǔn)確性和高效性。不同于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)手段，三維設(shè)計(jì)方法可以在電廠的設(shè)備、管道以及土建等方面實(shí)現(xiàn)協(xié)同的布置設(shè)計(jì)，十分直觀形象。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)三維模型模擬出的場景進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，例如在設(shè)計(jì)過程中的碰撞等問題，可以很好地進(jìn)行體現(xiàn)并予以避免，因此三維設(shè)計(jì)技術(shù)能夠很好地提高電廠在工程設(shè)計(jì)中的質(zhì)量，進(jìn)而保證數(shù)字化電廠的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展。（2）協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字電廠中的應(yīng)用可以最大限度地避免碰撞，減少施工中的返工。由于三維設(shè)計(jì)是使設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)模型中設(shè)計(jì)，可以在很大程度上避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于版本控制、專業(yè)內(nèi)協(xié)同和專業(yè)間協(xié)同的失誤導(dǎo)致的碰撞，會(huì)大大減少施工單位因?yàn)榕鲎苍斐傻姆倒?，工地設(shè)計(jì)代表利用三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)變更方案的擬定，可使得現(xiàn)場擬定的設(shè)計(jì)更改方案更合理。（3）數(shù)字電廠在實(shí)現(xiàn)過程中可以通過協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)來對(duì)施工材料進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，保證施工材料的合格性和質(zhì)量。由于電廠工程中管道的材料和部件用料都可以從模型中計(jì)算得到，減少了人工計(jì)算所帶來的誤差，確保施工采購部門工作的準(zhǔn)確性和高效性。（4）協(xié)同和三維設(shè)計(jì)技術(shù)在數(shù)字電廠中的應(yīng)用有利于管道下料和施工。由于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段對(duì)電廠工程發(fā)展的限制，電廠工程往往通過平斷面圖來對(duì)設(shè)計(jì)成品進(jìn)行展示。然而，國際上承認(rèn)的管道施工圖紙標(biāo)準(zhǔn)一般都是管道軸測圖。管道軸測圖能夠?qū)艿腊惭b的信息和材料內(nèi)容進(jìn)行直觀全面的展示，與此同時(shí)，管道軸測圖的實(shí)現(xiàn)能夠促進(jìn)管道下料圖的繪制，從而加快管道下料和施工的進(jìn)程。

結(jié)語

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的不斷深入，電力行業(yè)得到了快速的發(fā)展，如今隨著我國居民在日常工作和生活中對(duì)電量的需求不斷增加，以及公司和企業(yè)在用電量方面的需求增加，原有的電廠運(yùn)行模式已經(jīng)無法滿足人們對(duì)于電力行業(yè)的需求，新型的電廠運(yùn)行方式成為了電力行業(yè)研究的重點(diǎn)。數(shù)字化電廠作為電廠在信息化技術(shù)發(fā)展背景下的產(chǎn)物，逐漸得到了行業(yè)中的廣泛重視。但是隨之而來的則是數(shù)字化電廠運(yùn)行過程中設(shè)備的安全性和可靠性，如何充分利用電氣設(shè)備的信息共享和傳輸就顯得尤為重要。協(xié)同技術(shù)和三維設(shè)計(jì)技術(shù)能夠促進(jìn)數(shù)字化電廠的運(yùn)行高效性，通過強(qiáng)大統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫作為基礎(chǔ)支撐，快速高效的實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)向協(xié)同三維設(shè)計(jì)模型的轉(zhuǎn)換，促進(jìn)數(shù)字化電廠的高效穩(wěn)定發(fā)展。

［1］李臻，崔利.數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的一些問題［J］.熱力發(fā)電，2009（10）.

TM621

A