蔡鼎陽(yáng)　林亮　唐涌濤

【摘 要】本文探討了在方家山2號(hào)機(jī)組核島廠房SAR系統(tǒng)氣源管線改造項(xiàng)目過(guò)程中，綜合運(yùn)用三維激光掃描以及AVEVA E3D三維工廠設(shè)計(jì)軟件，基于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化應(yīng)用，優(yōu)化核島管線改造方案的工程案例，為該技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

【關(guān)鍵詞】三維激光掃描;核電站改造;點(diǎn)云處理

中圖分類號(hào)： P225.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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

核電站重大設(shè)備異常檢修、大件設(shè)備吊裝、工程改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施等工作，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的三維空間布局制定方案;而如果采用技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)踏勘、手動(dòng)測(cè)量的方式，不僅效率低、人員接受輻照劑量高、成本高，而且容易造成設(shè)計(jì)偏差、設(shè)計(jì)變更、施工受阻等狀況。使用三維激光掃描儀將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型[1]，模擬現(xiàn)場(chǎng)踏勘、高精度的尺寸測(cè)量、設(shè)備運(yùn)輸或安裝的干涉檢查等工作均可在辦公電腦上實(shí)現(xiàn)，從而大大提高技術(shù)人員的工作效率和工作質(zhì)量，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)[2]。

三維工廠設(shè)計(jì)軟件由于提供了可視化能力以及多專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)作的支持，為核電工程設(shè)計(jì)提供了有力的支撐，本院也累積了多年的應(yīng)用三維工廠設(shè)計(jì)軟件PDMS的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。在工程改造項(xiàng)目中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的條件，如果能直接采用基于三維激光掃描的技術(shù)，并利用核電三維可視化設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，基于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬工程設(shè)計(jì)，將大幅度地提升核電站改造工程的規(guī)劃與實(shí)施的效率[3]。

1 項(xiàng)目背景

根據(jù)中核運(yùn)行方家山核電業(yè)主提出的任務(wù)委托《方家山2號(hào)機(jī)組核島廠房SAR系統(tǒng)氣源管線改造項(xiàng)目》，我院共派出技術(shù)人員6人執(zhí)行該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)勘查工作，從2017年1月4日到2017年1月9日，在方家山2號(hào)機(jī)組202大修期間對(duì)安全殼內(nèi)SAR系統(tǒng)氣源管線進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查。

2 技術(shù)路線

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)掃描的激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，結(jié)合AVEVA的技術(shù)平臺(tái)，可綜合使用兩種技術(shù)手段。

技術(shù)路線一：基于瀏覽器的三維激光點(diǎn)云瀏覽與查詢AVEVA LFM

使用基于瀏覽器的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)瀏覽平臺(tái)，為工程勘測(cè)及方案評(píng)估提供了快捷的使用方式，用戶并不需要安裝任何軟件即可調(diào)出測(cè)量的數(shù)據(jù)。

用戶在瀏覽器端選擇某個(gè)站點(diǎn)后，即可以改站點(diǎn)進(jìn)行空間的360°的觀察，對(duì)空間物件進(jìn)行測(cè)量，十分的方便。同時(shí)界面顯示該站點(diǎn)在整體空間的相對(duì)位置，有助于進(jìn)行虛擬導(dǎo)航時(shí)進(jìn)行站點(diǎn)切換，形成整體的現(xiàn)場(chǎng)空間概念。

技術(shù)路線二：基于三維工廠設(shè)計(jì)平臺(tái)的可視化改造工程設(shè)計(jì)AVEVA E3D

利用AVEVA E3D三維工廠設(shè)計(jì)軟件可進(jìn)行整體的瀏覽和查詢，也可以選取局部模型進(jìn)行操作，并將準(zhǔn)備替換的設(shè)備進(jìn)行移除操作。

3 項(xiàng)目實(shí)踐

為適應(yīng)大修期間的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，避免昂貴的三維激光掃描儀器受到核污染，僅在低劑量區(qū)域采用三維激光掃描，高劑量區(qū)域采用數(shù)碼相機(jī)拍照的方式進(jìn)行勘查工作。

3.1 現(xiàn)場(chǎng)勘查情況

（1）針對(duì)低劑量區(qū)域，采取了三維激光掃描方式對(duì)安全殼內(nèi)空間進(jìn)行了掃描，這次三維激光掃描總共掃描了44個(gè)站點(diǎn)，共采集噴霧閥房間R889、R789及20m平臺(tái)，11.5m層處所有環(huán)廊區(qū)域（包括R550、R560、R570、R588等房間）、8m層環(huán)廊區(qū)域關(guān)注區(qū)域5個(gè)站點(diǎn)、5m層環(huán)廊關(guān)注區(qū)域3個(gè)站點(diǎn)，0m層環(huán)廊處總母管管線起始處1個(gè)站點(diǎn)（由于0m層處存在隱藏?zé)狳c(diǎn)區(qū)域，故該區(qū)域主要采取現(xiàn)場(chǎng)拍照的方式），本次現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)中三維激光掃描數(shù)據(jù)（部分）見(jiàn)下圖：

（2）針對(duì)高劑量區(qū)域，采取了現(xiàn)場(chǎng)拍照、測(cè)繪的方式，分別對(duì)R561、R571兩個(gè)房間及后續(xù)管線跨越房間R471、R581等涉及業(yè)主后續(xù)改造優(yōu)先實(shí)施的2RIS092VP、2RIS093VP的設(shè)備位置、氣源管線的走向進(jìn)行了勘查。

3.2 識(shí)別問(wèn)題

（1）實(shí)際所需勘查設(shè)備與業(yè)主所提供設(shè)備清單不一致（包括閥門所處房間號(hào)，所處標(biāo)高層及閥門功能等特征信息），造成此次勘測(cè)任務(wù)中花費(fèi)了大量的時(shí)間在糾正核實(shí)信息上，如下圖：

（2）在勘測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)大量現(xiàn)場(chǎng)SAR氣源管線走向常被集束管式布置的管線、支架、設(shè)備、臨時(shí)儀器設(shè)備等遮擋，從而無(wú)法獲取現(xiàn)場(chǎng)氣源管線的走向，如下圖

（3）有的房間諸如：R453房間，屬于被輻射防護(hù)控制房間，房間內(nèi)所有設(shè)備被紅色塑料布包裹，無(wú)法獲取現(xiàn)場(chǎng)氣源管線的走向，如圖16。

（4）在勘測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)SAR氣源管線在通往其他房間時(shí)使用的穿墻孔洞所處位置具有較大的隨意性，如果實(shí)施改造，現(xiàn)場(chǎng)新開(kāi)SAR氣源管線的穿墻孔洞是否具備施工條件存在問(wèn)題。

圖18此為R460環(huán)廊所對(duì)應(yīng)SAR氣源管線穿墻孔洞，該SAR氣源管線與另外兩根工藝管道共用一個(gè)穿墻孔洞，且該孔洞已被封堵，且該孔洞周圍并無(wú)相應(yīng)可用穿墻孔洞，重新找尋穿墻路徑將極大的延長(zhǎng)該管線的長(zhǎng)度及改變其原有的管道走向。

（5）在與業(yè)主交流的過(guò)程中，業(yè)主傾向于復(fù)制一套安全殼內(nèi)的SAR系統(tǒng)，這會(huì)對(duì)壓縮氣體的流量分配提出要求。

（6）由于此次現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)處于方家山202大修期間，維修人員來(lái)往頻繁，造成部分現(xiàn)場(chǎng)三維激光掃描區(qū)域發(fā)生靶標(biāo)被碰撞、移位，從而造成三維激光掃描圖像出現(xiàn)偏差。

綜上所述，此次SAR系統(tǒng)氣源管線改造項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，我院利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)安全殼內(nèi)的SAR管線進(jìn)行了掃描，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行反向建模，但由于大量管線處于不可達(dá)區(qū)域，無(wú)法獲取其相應(yīng)的管線走向，且由于現(xiàn)場(chǎng)在原有SAR系統(tǒng)氣源管線附近無(wú)法尋找到可用的穿墻孔洞，缺少將SAR系統(tǒng)氣源管線從設(shè)備房間引至環(huán)廊及從環(huán)廊向SAR系統(tǒng)總母管管線的路徑及空間，因此建議業(yè)主對(duì)SAR系統(tǒng)氣源管線改造項(xiàng)目的實(shí)施方案的可行性進(jìn)行重新評(píng)估。

3.3 建議實(shí)施方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，我院向業(yè)主提出建議實(shí)施方案。

（1）對(duì)于被遮擋或覆蓋而無(wú)法測(cè)量的部分管線，采取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行改造施工;

（2）業(yè)主方面提出的復(fù)制一套SAR系統(tǒng)管線的方案，對(duì)于穿墻的管線，需在墻體上重新開(kāi)孔，現(xiàn)場(chǎng)施工難度大。因此我院建議采取從需供氣的閥門到總母管管線的漸進(jìn)式修改方式，保持管線走向一致的情況下，逐步替換該原有管線。

4 總結(jié)與展望

通過(guò)方家山核島廠房SAR氣源管線改造項(xiàng)目，對(duì)結(jié)合國(guó)際先進(jìn)的工程可視化化技術(shù)對(duì)在役核電站的應(yīng)用進(jìn)行工程驗(yàn)證，具備了應(yīng)用LFM、AVEVA E3D手段為業(yè)主提供更優(yōu)質(zhì)的工程勘測(cè)、改造方案規(guī)劃服務(wù)的能力。

對(duì)于基于三維激光掃描及E3D的工程改造應(yīng)用這一技術(shù)，總結(jié)出其對(duì)于工程應(yīng)用的效益如下：

（1）提供快速地查詢?yōu)g覽現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)數(shù)據(jù)的平臺(tái)，基于瀏覽器各設(shè)計(jì)、施工作業(yè)團(tuán)隊(duì)即可查詢模型和數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單易用。

（2）實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的工程改造設(shè)計(jì)，從源頭上保證基礎(chǔ)信息的準(zhǔn)確性[4]。

（3）優(yōu)化基于現(xiàn)場(chǎng)改造方案的驗(yàn)證，設(shè)計(jì)人員可直接操作現(xiàn)場(chǎng)模型結(jié)合改造后的模型，進(jìn)行布置方案設(shè)計(jì)、碰撞檢測(cè)、材料和圖紙輸出

（4）優(yōu)化與業(yè)主的方案溝通，結(jié)合可視化的手段進(jìn)行項(xiàng)目方案討論或報(bào)告，提高了整體項(xiàng)目的運(yùn)作效率

基于三維激光掃描及E3D的改造工程技術(shù)的應(yīng)用，相應(yīng)地為工程企業(yè)改造項(xiàng)目的前期規(guī)劃、人員技能、軟件配置等提出了新的要求。

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