【內(nèi)容摘要】由于受到多種條件的制約，核電行業(yè)三維技術(shù)的發(fā)展之前一直處于慢車道。隨著通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，三維設(shè)計(jì)在核電行業(yè)得到了長足的應(yīng)用和發(fā)展。本文著重闡述了核電站三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用，并展望了未來數(shù)字電站和智能電站的發(fā)展方向。

　　【關(guān)鍵詞】三維設(shè)計(jì);互聯(lián)網(wǎng)+三維協(xié)作平臺;核電站;三維仿真

　　一、核電站三維設(shè)計(jì)的發(fā)展

　　隨著通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的行業(yè)開始采用三維技術(shù)開展設(shè)計(jì)。如:汽車行業(yè)、建筑行業(yè)以及航空航天領(lǐng)域等。應(yīng)該說在其他設(shè)計(jì)領(lǐng)域里，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)很普遍了，但是由于核電行業(yè)固有的特殊性，特別是核電站設(shè)計(jì)工具手段的復(fù)雜性，其在三維設(shè)計(jì)上的推進(jìn)十分困難。因此，過去核電站的設(shè)計(jì)都是二維的，設(shè)計(jì)人員要在圖紙上作圖，工作量大、工作效率低。從二維圖紙到三維設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)漫長的過程。經(jīng)過幾十年的不懈努力，近幾年來，部分核電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全范圍的三維設(shè)計(jì)，并將三維設(shè)計(jì)和信息化設(shè)計(jì)相結(jié)合。下一步核電站三維設(shè)計(jì)發(fā)展的目標(biāo)是建設(shè)全壽期全專業(yè)的數(shù)字化核電站，最終實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)，為電站進(jìn)行智能服務(wù)和智能分析。

　　二、核電站三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用

　　核電站三維設(shè)計(jì)可以應(yīng)用在很多方面，這里只重點(diǎn)從“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺和三維仿真兩個(gè)角度進(jìn)行闡述。

　　(一)互聯(lián)網(wǎng)+三維協(xié)作平臺。

　　核電站的特點(diǎn)是專業(yè)多、數(shù)據(jù)多、參與的企業(yè)多。以華龍一號的設(shè)計(jì)來說，有70多個(gè)專業(yè)、270個(gè)管理程序、500多種軟件、10��000多個(gè)接口和200��000多份成品文件。快速準(zhǔn)確地查詢到相關(guān)數(shù)據(jù)信息非常重要，以前這項(xiàng)工作非常耗時(shí)。目前，中國核電工程有限公司利用“互聯(lián)網(wǎng)+”這一手段，以英國AVEVA公司開發(fā)的三維工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)PDMS為基礎(chǔ)，打造了全新的“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺，使設(shè)計(jì)、采購、施工、調(diào)試、運(yùn)行等單位打破時(shí)空限制隨時(shí)隨地查詢所需要的數(shù)據(jù)。

　　例如:施工中一個(gè)設(shè)備的位置需要變更，以前需要在二維圖紙上進(jìn)行查詢和修改，工作量極大，現(xiàn)在在平臺上輸入該設(shè)備位號，就可以迅速查詢出與該設(shè)備相關(guān)的所有信息，如:二、三維圖紙、施工圖、布置圖等。設(shè)備供應(yīng)商可以獲得技術(shù)規(guī)格書用于制造，施工人員可以查看三維模型提高施工精度與安裝效率，調(diào)試人員可以通過系統(tǒng)手冊獲取系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)。

　　目前，使用的“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺是利用互聯(lián)網(wǎng)和圖像數(shù)據(jù)同步重建技術(shù)搭建起來的。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，該平臺能夠把全球的設(shè)計(jì)單位、施工單位、供貨商、合作伙伴聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，異地同步設(shè)計(jì)和多專業(yè)數(shù)字化協(xié)同提資等功能，進(jìn)一步提高了整體設(shè)計(jì)水平與設(shè)計(jì)質(zhì)量。

　　1.多專業(yè)三維協(xié)同異地同步設(shè)計(jì)。

　　過去在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，由于通訊手段的不暢，很難實(shí)現(xiàn)同步設(shè)計(jì)，影響了設(shè)計(jì)進(jìn)度和效率。其中，最直接的問題莫過于在進(jìn)行廠房綜合布置時(shí)，如何協(xié)同解決各專業(yè)設(shè)備發(fā)生的干涉。現(xiàn)在，在進(jìn)行廠房綜合布置的協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，利用了“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺開展了多專業(yè)三維協(xié)同異地同步設(shè)計(jì)。

　　身處外地的設(shè)計(jì)人員通過計(jì)算機(jī)可以發(fā)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)備相互干涉的情況，同時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也能夠自動(dòng)標(biāo)注和重新測量設(shè)備的尺寸和位置。在這種情況下，雙方或多方的設(shè)計(jì)人員可以對上述問題進(jìn)行實(shí)時(shí)在線溝通和協(xié)調(diào)，共同進(jìn)行設(shè)計(jì)變更和設(shè)計(jì)調(diào)整，重新確認(rèn)設(shè)備的位置，從而避免了不同專業(yè)間設(shè)備的干涉。該功能可以解決很多在現(xiàn)場難以解決的實(shí)際問題，使這些問題在設(shè)計(jì)階段就能得到及時(shí)處理。理論上實(shí)現(xiàn)0碰撞。

　　2.多專業(yè)數(shù)字化協(xié)同提資。

　　過去，由于設(shè)計(jì)手段和方式的制約，提資過程十分繁復(fù)。各專業(yè)設(shè)計(jì)人員需要手工在二維圖紙上標(biāo)注問題，通過提交資料單的方式進(jìn)行提資，并且后續(xù)清單還需要手動(dòng)額外制作。由于提資的過程涉及的專業(yè)較多，所以需要人工協(xié)調(diào)和處理的工作也較多，因此提資的周期也較長，直接影響了設(shè)計(jì)效率。

　　目前，各專業(yè)通過“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺進(jìn)行提資，由于信息和數(shù)據(jù)已經(jīng)儲存在計(jì)算機(jī)中，所以只需要在通過輸入命令，進(jìn)行簡單的操作，就可以完成過去需要大量時(shí)間和人力協(xié)調(diào)才能完成的工作，同時(shí)還將后續(xù)的清單工作一并處理。多專業(yè)協(xié)同提資從根本上改變了傳統(tǒng)的手工提資方式。據(jù)統(tǒng)計(jì):自開展多專業(yè)協(xié)同提資以來，提資時(shí)間由原來的45個(gè)工作日，縮短到25個(gè)工作日，大大提高了各專業(yè)工作的工作效率和協(xié)調(diào)性，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

　　(二)三維仿真技術(shù)的應(yīng)用。

　　1.抗外部撞擊的模擬和分析。

　　通過已有的三維數(shù)據(jù)庫并利用三維有限源模型，可以模擬廠房受到外部撞擊的情況，如:龍卷風(fēng)、臺風(fēng)、飛射物，也包括商用大飛機(jī)的撞擊。三維有限源模型能夠?qū)崟r(shí)模擬核島廠房遭遇大飛機(jī)撞擊時(shí)，整個(gè)廠房的結(jié)構(gòu)受力情況。通過顏色的變化，可以了解到廠房受力情況的變化，從而對廠房是否能夠抗擊該外部撞擊進(jìn)行分析和評估。

　　2.模擬關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)場。

　　以往，在現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生大型設(shè)備由于各種原因不能正常就位的情況。目前，利用三維技術(shù)模擬核電站關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)場的過程是利用計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫按照設(shè)備實(shí)際尺寸進(jìn)行設(shè)備建模，計(jì)算出設(shè)備在運(yùn)輸過程中的路徑和所經(jīng)過的環(huán)境以及可能遇到的設(shè)備，從而自動(dòng)識別出可能發(fā)生的干涉，在設(shè)計(jì)上提前做出方案上的調(diào)整保證將來設(shè)備安裝過程中不會發(fā)生類似情況。

　　這里舉一個(gè)將主冷卻劑泵通過龍門架吊裝到反應(yīng)堆廠房的設(shè)備閘門處的例子。這里將泵的尺寸設(shè)計(jì)為和實(shí)際尺寸完全一致，經(jīng)過的路徑也一致。在吊裝過程中，泵與龍門架及橫梁都發(fā)生了碰撞，所以無法正常就位。利用三維仿真軟件自動(dòng)識別到問題，并用不同的顏色加以標(biāo)注，提醒設(shè)計(jì)人員，讓他們進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，保證大型設(shè)備在現(xiàn)場能夠正常就位。

　　3.利用三維仿真平臺可以開展防止內(nèi)部水淹的實(shí)驗(yàn)。

　　現(xiàn)在計(jì)算機(jī)能夠足夠精準(zhǔn)地模擬物理、熱工水力現(xiàn)象。利用三維仿真平臺可以開展防止內(nèi)部水淹的實(shí)驗(yàn)，這是核電站內(nèi)部事件中非常重要的一個(gè)。因?yàn)橐�建設(shè)的這個(gè)模型相當(dāng)龐大，要把里面的設(shè)備全部反映出來費(fèi)時(shí)費(fèi)力。利用該平臺讓相關(guān)人員了解到核電站遭受內(nèi)部水淹的情況，同時(shí)三維平臺還能精準(zhǔn)地反應(yīng)水淹對核電站內(nèi)部的安全設(shè)計(jì)、安全系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

　　4.三維模擬工程進(jìn)度。

　　把三維仿真工具和工程進(jìn)度結(jié)合在一起，在空間三維上又加上時(shí)間這個(gè)維度，從而從四個(gè)維度對工程進(jìn)度進(jìn)行管理，達(dá)到工程管理可視化。在計(jì)算機(jī)中可以自由查看并調(diào)用可視化工程進(jìn)度，并以此模型為各方交流的平臺，提高了工程參與各方的溝通效率以及管理工程施工進(jìn)度的效率，同時(shí)，在計(jì)算機(jī)中再現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度，給工程協(xié)調(diào)提供直觀的信息，還可以及時(shí)進(jìn)行決策，使工程進(jìn)度得到更有效的控制和監(jiān)督，以最小的資源消耗，取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　三、結(jié)語

　　其實(shí)建立一個(gè)三維平臺，更多的是建立一個(gè)三維體系。它完全顛覆了人們過去設(shè)計(jì)的過程，包括設(shè)計(jì)的管理、質(zhì)量的控制、上下游各專業(yè)間的配合、接口、協(xié)調(diào)管理的方式、方法，這需要確定相關(guān)的規(guī)則，才能建立起一套體系，這才是建立平臺最花功夫的地方。在實(shí)際工作中要不斷修正做法，不斷完善、開發(fā)接口，才能形成這樣的平臺。目前，該平臺已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分智能化功能，包括二、三維校驗(yàn)，系統(tǒng)流程可以直接跟三維模型進(jìn)行校驗(yàn)。未來要積極開展數(shù)字核電、智能核電相關(guān)工作。在科研、設(shè)計(jì)、采購、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)全面應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)。力爭建成我國第一座數(shù)字化核電站，涵蓋由燃料至退役的整個(gè)核電廠全生命周期。

　　電力方向刊物推薦：《吉林電力》Jilin Electric Power(雙月刊)曾用刊名：吉林電力技術(shù)，1973年創(chuàng)刊，開始刊登有關(guān)電力生產(chǎn)的指導(dǎo)性、政策性文章，擴(kuò)大刊物的影響，以便更好地為吉林電力服務(wù)。