導(dǎo)語：發(fā)電工程數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)方案一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享和數(shù)字化模型整合，根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出由資料交換、外部參照、模型整合組成的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)初級階段方案，并對三種模式進(jìn)行了詳細(xì)分析和論述，在此基礎(chǔ)上提出了高級階段建設(shè)工程信息集成管理平臺，通過統(tǒng)一的編碼規(guī)范和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)、跨區(qū)域的協(xié)同設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化協(xié)同；資料交換；外部參照；模型整合；程信息集成

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的發(fā)電企業(yè)意識到數(shù)字資產(chǎn)與物理資產(chǎn)同等重要[1]，為實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔、智能運(yùn)行，新一電廠必將依托數(shù)字技術(shù)，建設(shè)全生命期數(shù)字化智能電廠。設(shè)計(jì)是產(chǎn)品生命的開端，也是大部分產(chǎn)品數(shù)據(jù)的來源。因此，為實(shí)現(xiàn)全生命周期數(shù)字化管理，設(shè)計(jì)、建造向運(yùn)營方的“數(shù)字化移交”也越來越得到重視。無論是為了滿足數(shù)字化移交，還是為實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)、更高效的設(shè)計(jì)，都需要從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式向數(shù)字化設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)變[2]。在發(fā)電設(shè)計(jì)領(lǐng)域，由于不同專業(yè)設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)不同，采用的三維數(shù)字化軟件也有差異，造成彼此之間的數(shù)據(jù)隔離，容易形成信息孤島。因此，為了打破壁壘，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享和數(shù)字化模型整合，開展數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)就顯得非常必要。

1現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)發(fā)電工程設(shè)計(jì)中，多專業(yè)配合經(jīng)常是以互相提條件的形式來體現(xiàn)的。這些條件以紙版通知書或電子版文檔的形式提出,接收條件專業(yè)將其作為條件輸入本專業(yè)的設(shè)計(jì)中。若提出條件方發(fā)生設(shè)計(jì)修改，接收方就必須重新輸入和修改，這種操作模式限制了專業(yè)間配合效率的提高，而手工的重復(fù)輸入也容易造成設(shè)計(jì)成果不一致，從而影響設(shè)計(jì)質(zhì)量[3]。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)是指由兩個(gè)或兩個(gè)以上設(shè)計(jì)主體，通過一定的信息交換和相互協(xié)同，分別以不同的設(shè)計(jì)任務(wù)共同完成同一設(shè)計(jì)目標(biāo)。這一機(jī)制在國外一些大型國際工程公司里獲得了成功的應(yīng)用，特別是在石油化工、船舶制造等行業(yè)，不僅部門內(nèi)部開展了高效的協(xié)同設(shè)計(jì)，跨部門、跨單位、跨區(qū)域的全球協(xié)同設(shè)計(jì)也已逐步推廣，提高了設(shè)計(jì)效率、質(zhì)量和資源利用率[4]。對于有多專業(yè)參與的發(fā)電工程，不同的專業(yè)很難采用統(tǒng)一的數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，專業(yè)軟件的分隔為專業(yè)間的數(shù)字化協(xié)同帶來很多問題，目前的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)主要在同一軟件系統(tǒng)內(nèi)部開展，也出現(xiàn)了一些接口解決跨系統(tǒng)的協(xié)同，如何更高效地整合多方資源仍處于摸索階段。目前國內(nèi)發(fā)電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要有以下幾類：智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包括AVEVADiagrams、SmartPlantP&ID、COMOSP&ID、INPOWERP&ID等，均實(shí)現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為支撐、數(shù)據(jù)庫為核心的工藝、儀控智能P&ID協(xié)同設(shè)計(jì)，在發(fā)電工程設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。工廠三維布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以AVEVAPDMS、IntergraphSmartPlant3D為代表，在三維可視化環(huán)境下進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，包括機(jī)械設(shè)備、工藝管道、煙風(fēng)道、支吊架、電纜橋架等，設(shè)計(jì)成果實(shí)時(shí)更新，并根據(jù)項(xiàng)目需要進(jìn)行實(shí)時(shí)碰撞檢查、抽取材料表單、管道安裝圖、平立剖圖。建筑信息模型(buildinginformationmodeling，BIM)類設(shè)計(jì)系統(tǒng)，在發(fā)電工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的主要有Autodesk公司的Revit建筑、結(jié)構(gòu)和機(jī)電系列和Bentley公司的建筑、結(jié)構(gòu)、電氣和基礎(chǔ)設(shè)施系列。各智能P&ID設(shè)計(jì)系統(tǒng)通常采用C/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了基于統(tǒng)一的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)權(quán)限、版本管理以及規(guī)則驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)內(nèi)部各工藝專業(yè)和儀控專業(yè)數(shù)據(jù)級協(xié)同設(shè)計(jì)。工廠三維布置類設(shè)計(jì)系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)，采用C/S架構(gòu)，設(shè)計(jì)成果均存放在統(tǒng)一的項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中，布置設(shè)計(jì)各專業(yè)在統(tǒng)一的三維可視化環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)。BIM類三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)通常以圖形為驅(qū)動(dòng)，多采用單機(jī)版，設(shè)計(jì)成果以文件形式存放，其協(xié)同方式主要是外部參照方式，并借助文檔管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行協(xié)同管理。

2初級階段方案

隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)的深化應(yīng)用，根據(jù)不同專業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)階段實(shí)際情況，西北電力設(shè)計(jì)院有限公司探索出了一系列協(xié)同設(shè)計(jì)模式，并根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出由資料交換、外部參照、模型整合三部分組成的發(fā)電工程數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)初級階段方案。2.1資料交換協(xié)同設(shè)計(jì)。資料交換協(xié)同設(shè)計(jì)指進(jìn)行本專業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，需要其他相關(guān)專業(yè)提供相應(yīng)的輸入邊界條件。其輸入分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)形式和文件形式，分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)級協(xié)同和文件級協(xié)同。數(shù)據(jù)級協(xié)同目前以數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間的接口開發(fā)的方式來實(shí)現(xiàn)，已投入工程應(yīng)用的有二三維接口，機(jī)械布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)與BIM土木設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口等。二三維接口實(shí)現(xiàn)了工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與機(jī)械布置設(shè)計(jì)之間的數(shù)據(jù)級協(xié)同，二維的設(shè)備、管道、閥門等對象的編碼、參數(shù)可以數(shù)據(jù)的方式傳遞給三維布置設(shè)計(jì)，三維布置設(shè)計(jì)不僅能通過接口實(shí)時(shí)只讀訪問工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙及數(shù)據(jù)，進(jìn)行校驗(yàn)、數(shù)據(jù)接收，根據(jù)工藝系統(tǒng)的P&ID邏輯模型自動(dòng)創(chuàng)建管道及其附件的三維模型，還能參與工藝對象詳細(xì)參數(shù)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，將布置設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)至二維系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交互。機(jī)械布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)與BIM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)接口通過中間數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)工藝專業(yè)的荷載、埋件、留孔根據(jù)規(guī)則生成并向BIM設(shè)計(jì)系統(tǒng)、校驗(yàn)和管理，結(jié)構(gòu)專業(yè)的設(shè)計(jì)模型向機(jī)械布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)的和復(fù)建，實(shí)現(xiàn)不同布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)間的雙向數(shù)據(jù)交互。由于發(fā)電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)眾多，其三維模型和數(shù)據(jù)格式各不相同，以兩兩接口的方式來實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的集成和全面協(xié)同，考慮到開發(fā)周期、生產(chǎn)的平穩(wěn)性、協(xié)同經(jīng)驗(yàn)等因素，目前以流程驅(qū)動(dòng)的文件級協(xié)同仍是重要的協(xié)同方式。此類協(xié)同通常以設(shè)計(jì)項(xiàng)目信息管理集成系統(tǒng)為中心，組織協(xié)調(diào)各專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間、跨部門的協(xié)同管理，各數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)生成需要交互的文件，提交至集成系統(tǒng)進(jìn)入?yún)f(xié)同流程，集成系統(tǒng)通過權(quán)限管理、記錄追蹤、電子簽名等技術(shù)確保系統(tǒng)的安全性，同時(shí)通過關(guān)鍵流程節(jié)點(diǎn)的控制，保證交互信息的準(zhǔn)確性。2.2外部參照協(xié)同設(shè)計(jì)。外部參照(externalreference，Xref)是指在一幅圖形中對另一幅外部圖形的參照(或引用)[5]，主要應(yīng)用于圖形驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)。外部參照是開展各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)最基本和最簡單的方法，主要解決專業(yè)間或者專業(yè)內(nèi)部不產(chǎn)生資料交互，僅借用其他設(shè)計(jì)成果進(jìn)行設(shè)計(jì)參考或作為出圖環(huán)境背景時(shí)的協(xié)同設(shè)計(jì)。由于BIM類三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)是以圖形為驅(qū)動(dòng)，多采用單機(jī)版，設(shè)計(jì)成果以文件形式存放，因此外部參照也是目前不可或缺的協(xié)同方式。外部參照協(xié)同設(shè)計(jì)需定制統(tǒng)一的模板、路徑、文件命名規(guī)則、模型基準(zhǔn)點(diǎn)、坐標(biāo)系等，并借助文檔管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行協(xié)同管理。2.3模型整合協(xié)同設(shè)計(jì)。由于發(fā)電工程三維設(shè)計(jì)軟件較多，不同的三維設(shè)計(jì)軟件模型格式互不相同，目前的三維設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)均無法快捷、完整地展示完整的數(shù)字電廠模型，不便于項(xiàng)目參與各方進(jìn)行溝通。現(xiàn)階段國內(nèi)外數(shù)字化電廠解決方案提供商與工程公司、電力設(shè)計(jì)院均已開始合作致力于開發(fā)工廠輕量化三維展示系統(tǒng)，該系統(tǒng)能識別多種三維模型格式，將不同三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模型轉(zhuǎn)換成可被輕量化展示系統(tǒng)讀取的統(tǒng)一形式，并集成和關(guān)聯(lián)工程數(shù)據(jù)，面向電廠的全生命周期，為參與規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購、施工、調(diào)試的項(xiàng)目各方提供可視化的溝通環(huán)境。

3高級階段方案

隨著發(fā)電工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域數(shù)字化應(yīng)用水平的不斷提升，以及智能電廠的建設(shè)對電廠數(shù)字化要求的不斷提高，實(shí)現(xiàn)電廠全生命周期數(shù)字化，建立電廠的工程信息模型，構(gòu)建電廠的全生命周期數(shù)據(jù)資源池，實(shí)現(xiàn)工程信息的集成和管理，并為業(yè)主以及項(xiàng)目參與各方提供工程信息服務(wù)是必然的趨勢。數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)高級階段將不僅局限于設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間或設(shè)計(jì)單位內(nèi)部的協(xié)同，而是實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目參與各方及不同類型設(shè)計(jì)軟件之間基于工程信息管理集成平臺的協(xié)同，通過統(tǒng)一的編碼規(guī)范和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)打通各類軟件與集成平臺的數(shù)據(jù)交互通道，實(shí)現(xiàn)不同來源、不同類型設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)集成和面向全生命周期的數(shù)據(jù)服務(wù)。熱資源稟賦也不盡相同，可結(jié)合重點(diǎn)光熱規(guī)劃區(qū)域，開展適用于我國太陽能光熱資源分布特點(diǎn)的典型氣象年分析方法的研究；2)開展太陽能光熱資源典型氣象年各氣象要素權(quán)重系數(shù)取值研究。研究風(fēng)速、總輻射、溫度等氣象要素對太陽能光熱資源及發(fā)電量的影響，分析適用于我國太陽能光熱特性相關(guān)氣象要素權(quán)重系數(shù)的取值范圍；3)開展太陽能光熱資源不確定度及超越概率研究，量化太陽能光熱資源變化帶來的經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)，降低項(xiàng)目投資風(fēng)險(xiǎn)，滿足國內(nèi)外金融機(jī)構(gòu)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評估需求，也為今后太陽能光熱資源精細(xì)化評估、行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編制提供依據(jù)。

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作者:譚書莉 曹嘉 張偉峰 杜曉巍 單位:中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司