智能电厂三维设计平台的成品生成研究

0引言

20世纪90年代以来'信息网络技术的迅猛发展极大地推动了数字化设计技术的进步。这一技术不仅实现了基于数据库的多专业协同设计,还率先在欧美多个关键行业'如石化、核电、火电以及冶金等领域得到了广泛应用^[1]。这一变革显著提升了设计效率和质量,使得多专业团队能够更加高效地进行协同工作'共享设计数据'从而实现更加精准的设计方案。

在这一时期,我国的核电、火电等行业也紧跟国际趋势'开始积极引进和应用数字化设计技术。这一举措不仅提升了我国在核电、火电等领域的设计能力'还促进了与国际先进技术的接轨,推动了行业的整体进步。

进入21世纪后,数字化技术继续向更深层次发展,逐渐应用到工程的全寿命周期信息集成和运维阶段。这意味着设计数据和信息模型不再仅仅局限于设计阶段'而是被广泛应用于工程建设、资产采购、生产运行等多个环节。这一转变进一步提升了工程项 目的整体效率和管理水平,使得各个环节之间的信息流通更加顺畅'决策更加科学准确。

数字化设计技术的发展和应用为工程行业带来了显著的变革和提升,它不仅提高了设计效率和质量,还促进了工程全寿命周期的信息集成和管理优化。随着技术的不断进步和应用范围的扩大,数字化设计技术将在未来继续发挥更加重要的作用,推动工程行业的持续发展和创新。智能电厂的三维数字化水平将得到进一步提升,为电力行业的可持续发展注入新的动力。

1 智能电厂三维设计平台

1.1 智能电厂三维数字化设计

智能电厂三维设计平台是集三维建模、数据管理和智能分析等功能于一体的综合性平台,旨在提高电厂设计、建设和运营的效率和质量。在智能电厂的设计阶段,三维数字化设计能够实现电厂的可视化,是智能化电厂中多项功能实现的基础^[2]。

1.2 三维数字化设计平台

Intergraph Smart Plant作为海克斯康PPM(原鹰图公司)的三维数字化设计软件产品,包含了Intergraph Smart 3D(简称 S3D)和 SmartPlantP&ID(简称 SPP&ID)等软件。S3D是新一代三维数字化设计平台,不仅简化了工程设计过程,还实现了多专业的设计协同,是当前市场上最为先进、智能、开放和全面的解决方案之一。SPP&ID是一款以数据为核心,融合规则导向的智能化工艺设计与仪表流程图绘制软件,它不仅是一个CAD画图工具,更是一个管理工程数据、生成流程图并分享数据的系统平台。

2 实际工程的成品生成研究

华东电力设计院参与电厂三维设计的专业有汽机、锅炉、电气、建筑、结构、水工工艺、热控、输煤、除灰、化学、暖通、总图、消防、给排水等,标识编码系统 采用《电厂标识系统编码标准》^[3]。

2.1 平面布置图和管道轴测图

传统的设计过程为:设计—多方设计协同—运行碰撞检查—检查碰撞结果—修改图纸和报告。在传统的管道设计中,管道轴测图需要等管道平面布置图完成之后,才能根据平面布置图进行绘制。没有管道的三维模型,设计人员只能通过平面布置图并依据自己的经验来绘制管道轴测图,这给后期的碰撞检查带来了极大的不便。在碰撞检查中,若管道发生碰撞,则相关图纸需要进行升版,原来的平面布置图和轴测图也都需要进行修改,这就增加了设计人员的工作量。

S3D能够根据设计的三维模型,结合自定义的图纸规则实现管道轴测图和管道平面布置图的自动生成,同时可以做到模型的 自动消隐,模型尺寸、模型属性和模型坐标等都可自动标注。自动生成管道轴测图和管道平面布置图,简化和加速了最终设计图纸的完成,大大提高了设计效率。

在S3D中,多专业可同时开展三维设计工作,所有模型修改均可即时同步至所有参与设计的人员,确保团队间协作与最新信息的即时传递。在一个管道区域内,多名设计人员能够同时进行设计、共同建模,可指定一个设计人员来布置管线走向,其他设计人员在其上添加仪表和放空放净装置等。S3D还有碰撞检查功能,根据自定义的碰撞检查规则能够在设计的同时发现碰撞问题,因而碰撞问题能够被立刻处理,这就保证了设计精度,也节省了设计时间。

以某工程二次高温再热蒸汽管道为例,设计人员在S3D中绘制二次高温再热蒸汽管道,并对其按照电厂标识编码命名,管线的压力、温度等参数写入管道相对应的属性中(图1);仪表也采用电厂标识编码命名,其参数也写入对应的属性中。

当管道的三维模型设计完成后,设计人员可在S3D中选择定制好的管道轴测图模板抽取管道轴测图,使用定制模板生成的图纸质量高于传统方式所出的图纸。S3D中抽取出的二次高温再热蒸汽管道轴测图如图2所示, 自动生成的管道轴测图包含完善的自动标注功能和汇总好的材料表,同时还可自动更新图纸修改记录,能减少设计人员的手工编辑,大大缩短设计人员修改图纸的时间。当模型发生更改时,只需重新更新已有的管道轴测图纸,即可完成图纸的升版更新,这也节省了时间,从而缩短了设计周期,设计效率较之前提高不少。

2.2 系统流程图

工程的系统流程图采用SPP&ID设计。SPP&ID 引用S3D的管道等级规范,管线层次根据电厂标识编码命名,仪表也采用电厂标识编码命名。

在设计阶段,为方便设计人员工作,模型层次按区域或卷册命名,施工图完成后模型层次再按电厂标识编码进行命名。管道和仪表编码包括工艺相关标识,设备编码包括工艺相关标识,设备参数采用 Excel类型赋值。S3D中可以完成SPP&ID的数据传输和数据一致性校验,数据一致性校验如图3所示。

图纸成品采用19位工程管理编码,该编码体系在传统的图号编制原则的基础上融合了电厂标识系统编码标准。图纸的图号与常规的图号有较大区别,保留了工程号和专业代号,增加了全厂码、标识、图纸类型的标识。图纸的文件名采用与图号相同的编码,图号、图纸文件名以及图纸目录均由数据管理系统在后台 自动生成,从而有效保证图号和图纸文件名的唯一性和准确性。

外部厂家资料的文件名同样采用19位工程管理编码,纳入统一的编码管理体系。与设计相关的成品和资料采用同一套文档编码体系,有利于数字化移交和智能电厂建设的数据处理、分析和使用。

2.3 管道材料汇总表

管道材料汇总表详细记录了工程项目中各种管道工程所需的材料及其规格,包括但不限于管道、管件、阀门等,以及管道、管件、阀门等相对应的标准和材质要求等信息。

利用S3D生成管道材料汇总表时,通过结合特定的文档编码规则与VBA编程技术,定制出 自动统计管道材料信息的模板并生成详尽的管道材料汇总表。这一过程中,还融入了用户友好的弹窗界面(图4),用于收集封面信息,从而进一步提升了管道材料汇总表生成的效率与数据的准确性。自动生成的管道材料汇总表数据统计如图5所示。

自动生成管道材料汇总表相较于手动整理具有显著的优点:

1)提高工作效率。自动化过程可以显著减少人工输入和处理数据的时间。系统能够自动从数据源中抽取所需信息,并快速生成汇总表,从而节省了大量的人力和时间成本。

2)减少人为错误。手动整理数据时,很容易出现输入错误、遗漏或重复等问题。而自动化生成则避免了这些人为因素带来的错误,提高了数据的准确性和可靠性。

3)具有实时性和动态性。S3D可以实时或定时从数据库中抓取最新数据,并立即生成最新的管道材料汇总表。

4)具有数据一致性。自动化过程确保了数据的一致性和标准化,所有数据都按照预设的规则和格式进行抽取和整理,避免了因人为处理不当而发生的数据混乱问题。

5)促进信息共享和协作。设计人员通过S3D自动生成的管道材料汇总表可以共享,促进了信息的流通和协作 。不同部门和岗位之间可以基于同一份数 据进行讨论 ,提高了整体工作效率和协作能力。

6)降低长期成本 。自动生成管道材料汇总表可 以显著降低人力成本 ,减少错误带来的损失 ,并提高 整体设计效率。

3 结束语

智能电厂三维设计平台是电厂数字化 、智能化 发展的重要支撑平台 ,它将为电厂的建设、改造和运 营带来革命性的变化 。平面布置图、管道轴测图、系 统流程图和管道材料汇总表是电厂设计成品的重要 组成部分 ,在三维设计平台生成成品 ,优化设计流程 和增强协同能力 ,能显著提升设计的效率与品质 ,并 有效压缩设计周期 , 同时也为数字化移交提供了有力支持。

[参考文献]

[1] 黄若伟 ,刘伟 ,李朝顺.供电设计企业数字化设计应用调 研[J]. 电力勘测设计 ,2020(2):54一56.

[2] 刘中华 ,孙涛 ,舒开太.智能电厂建设探讨[J]. 能源研究 与管理 ,2018(4):52一54.

[3] 中国自动化学会发电自动化专业委员会 , 电力行业热工 自动化技术委员会 . 智能电厂技术发展纲要[M]. 北京: 中国电力出版社 ,2016.

2024年第23期第5篇