發(fā)電工程數字化協(xié)同設計方案

1、發(fā)電工程數字化協(xié)同設計方案 摘要：為提高設計效率和質量，實現設計數據共享和數字化模型整合，根據工程實踐經驗總結出由資料交換、外部參照、模型整合組成的數字化協(xié)同設計初級階段方案，并對三種模式進行了詳細分析和論述，在此基礎上提出了高級階段建設工程信息集成管理平臺，通過統(tǒng)一的編碼規(guī)范和數據交換標準，實現跨系統(tǒng)、跨區(qū)域的協(xié)同設計方案。 關鍵詞：數字化協(xié)同；資料交換；外部參照；模型整合；程信息集成 隨著數字化技術的不斷發(fā)展，越來越多的發(fā)電企業(yè)意識到數字資產與物理資產同等重要1，為實現安全、高效、清潔、智能運行，新一代發(fā)電廠必將依托數字技術，建設全生命期數字化智能電廠。設計是產品生命的開端，也是大部分產品

2、數據的來源。因此，為實現全生命周期數字化管理，設計、建造向運營方的“數字化移交”也越來越得到重視。無論是為了滿足數字化移交，還是為實現更先進、更高效的設計，都需要從傳統(tǒng)的設計模式向數字化設計模式轉變2。在發(fā)電設計領域，由于不同專業(yè)設計的側重點不同，采用的三維數字化軟件也有差異，造成彼此之間的數據隔離，容易形成信息孤島。因此，為了打破壁壘，實現設計數據共享和數字化模型整合，開展數字化協(xié)同設計就顯得非常必要。 1現狀 在傳統(tǒng)發(fā)電工程設計中，多專業(yè)配合經常是以互相提條件的形式來體現的。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)的設計中。若提出條件方發(fā)生設計修改，接

3、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，而手工的重復輸入也容易造成設計成果不一致，從而影響設計質量3。數字化協(xié)同設計是指由兩個或兩個以上設計主體，通過一定的信息交換和相互協(xié)同，分別以不同的設計任務共同完成同一設計目標。這一機制在國外一些大型國際工程公司里獲得了成功的應用，特別是在石油化工、船舶制造等行業(yè)，不僅部門內部開展了高效的協(xié)同設計，跨部門、跨單位、跨區(qū)域的全球協(xié)同設計也已逐步推廣，提高了設計效率、質量和資源利用率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)一的數字化設計系統(tǒng)，專業(yè)軟件的分隔為專業(yè)間的數字化協(xié)同帶來很多問題，目前的數字化協(xié)同設計主要在同一軟

4、件系統(tǒng)內部開展，也出現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。目前國內發(fā)電工程數字化設計系統(tǒng)主要有以下幾類：智能P&ID設計系統(tǒng)，包括AVEVADiagrams、SmartPlantP&ID、COMOSP&ID、INPOWERP&ID等，均實現了以網絡為支撐、數據庫為核心的工藝、儀控智能P&ID協(xié)同設計，在發(fā)電工程設計中得到廣泛的應用。工廠三維布置設計系統(tǒng)，以AVEVAPDMS、IntergraphSmartPlant3D為代表，在三維可視化環(huán)境下進行布置設計，包括機械設備、工藝管道、煙風道、支吊架、電纜橋架等，設計成果實時更新，并根據項目需要進行實時碰撞檢查、抽取

5、材料表單、管道安裝圖、平立剖圖。建筑信息模型(buildinginformationmodeling，BIM)類設計系統(tǒng)，在發(fā)電工程設計中應用較多的主要有Autodesk公司的Revit建筑、結構和機電系列和Bentley公司的建筑、結構、電氣和基礎設施系列。各智能P&ID設計系統(tǒng)通常采用C/S架構，實現了基于統(tǒng)一的項目數據庫，通過數據權限、版本管理以及規(guī)則驅動的系統(tǒng)內部各工藝專業(yè)和儀控專業(yè)數據級協(xié)同設計。工廠三維布置類設計系統(tǒng)以數據為驅動，采用C/S架構，設計成果均存放在統(tǒng)一的項目數據庫中，布置設計各專業(yè)在統(tǒng)一的三維可視化環(huán)境下進行實時協(xié)同設計。BIM類三維設計系統(tǒng)通常以圖形為驅動，多采用單

6、機版，設計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)的功能進行協(xié)同管理。 2初級階段方案 隨著數字化設計的深化應用，根據不同專業(yè)數字化設計系統(tǒng)特點，結合現階段實際情況，西北電力設計院有限公司探索出了一系列協(xié)同設計模式，并根據工程實踐經驗總結出由資料交換、外部參照、模型整合三部分組成的發(fā)電工程數字化協(xié)同設計初級階段方案。2.1資料交換協(xié)同設計。資料交換協(xié)同設計指進行本專業(yè)設計時，需要其他相關專業(yè)提供相應的輸入邊界條件。其輸入分為結構化數據形式和文件形式，分別實現數據級協(xié)同和文件級協(xié)同。數據級協(xié)同目前以數字化設計系統(tǒng)之間的接口開發(fā)的方式來實現，已投入工程應用的有二三維接口

7、，機械布置設計系統(tǒng)與BIM土木設計系統(tǒng)接口等。二三維接口實現了工藝系統(tǒng)設計與機械布置設計之間的數據級協(xié)同，二維的設備、管道、閥門等對象的編碼、參數可以數據發(fā)布的方式傳遞給三維布置設計，三維布置設計不僅能通過接口實時只讀訪問工藝系統(tǒng)設計圖紙及數據，進行校驗、數據接收，根據工藝系統(tǒng)發(fā)布的P&ID邏輯模型自動創(chuàng)建管道及其附件的三維模型，還能參與工藝對象詳細參數多專業(yè)協(xié)同設計，將布置設計相關參數發(fā)布至二維系統(tǒng)設計系統(tǒng)，從而實現系統(tǒng)間的雙向數據交互。機械布置設計系統(tǒng)與BIM結構設計系統(tǒng)接口通過中間數據庫實現工藝專業(yè)的荷載、埋件、留孔根據規(guī)則生成并向BIM設計系統(tǒng)發(fā)布、校驗和管理，結構專業(yè)的設計模型向機械

8、布置設計系統(tǒng)的發(fā)布和復建，實現不同布置設計系統(tǒng)間的雙向數據交互。由于發(fā)電工程數字化設計系統(tǒng)眾多，其三維模型和數據格式各不相同，以兩兩接口的方式來實現協(xié)同設計無法實現設計數據的集成和全面協(xié)同，考慮到開發(fā)周期、生產的平穩(wěn)性、協(xié)同經驗等因素，目前以流程驅動的文件級協(xié)同仍是重要的協(xié)同方式。此類協(xié)同通常以設計項目信息管理集成系統(tǒng)為中心，組織協(xié)調各專業(yè)內、專業(yè)間、跨部門的協(xié)同管理，各數字化設計系統(tǒng)生成需要交互的文件，提交至集成系統(tǒng)進入協(xié)同流程，集成系統(tǒng)通過權限管理、記錄追蹤、電子簽名等技術確保系統(tǒng)的安全性，同時通過關鍵流程節(jié)點的控制，保證交互信息的準確性。2.2外部參照協(xié)同設計。外部參照(external

9、reference，Xref)是指在一幅圖形中對另一幅外部圖形的參照(或引用)5，主要應用于圖形驅動的設計系統(tǒng)。外部參照是開展各專業(yè)協(xié)同設計最基本和最簡單的方法，主要解決專業(yè)間或者專業(yè)內部不產生資料交互，僅借用其他設計成果進行設計參考或作為出圖環(huán)境背景時的協(xié)同設計。由于BIM類三維設計系統(tǒng)是以圖形為驅動，多采用單機版，設計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)同設計需定制統(tǒng)一的模板、路徑、文件命名規(guī)則、模型基準點、坐標系等，并借助文檔管理系統(tǒng)的功能進行協(xié)同管理。2.3模型整合協(xié)同設計。由于發(fā)電工程三維設計軟件較多，不同的三維設計軟件模型格式互不相同，目前的三維設

10、計軟件系統(tǒng)均無法快捷、完整地展示完整的數字電廠模型，不便于項目參與各方進行溝通?，F階段國內外數字化電廠解決方案提供商與工程公司、電力設計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，將不同三維設計系統(tǒng)的模型轉換成可被輕量化展示系統(tǒng)讀取的統(tǒng)一形式，并集成和關聯(lián)工程數據，面向電廠的全生命周期，為參與規(guī)劃、設計、采購、施工、調試的項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)電工程設計領域數字化應用水平的不斷提升，以及智能電廠的建設對電廠數字化要求的不斷提高，實現電廠全生命周期數字化，建立電廠的工程信息模型，構建電廠的全生命周期數據資源池，實現工程信息的集成和

11、管理，并為業(yè)主以及項目參與各方提供工程信息服務是必然的趨勢。數字化協(xié)同設計高級階段將不僅局限于設計系統(tǒng)之間或設計單位內部的協(xié)同，而是實現項目參與各方及不同類型設計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)范和數據交換標準打通各類軟件與集成平臺的數據交互通道，實現不同來源、不同類型設計軟件的數據集成和面向全生命周期的數據服務。熱資源稟賦也不盡相同，可結合重點光熱規(guī)劃區(qū)域，開展適用于我國太陽能光熱資源分布特點的典型氣象年分析方法的研究；)開展太陽能光熱資源典型氣象年各氣象要素權重系數取值研究。研究風速、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

12、相關氣象要素權重系數的取值范圍；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濟風險，降低項目投資風險，滿足國內外金融機構項目風險評估需求，也為今后太陽能光熱資源精細化評估、行業(yè)技術標準編制提供依據。 參考文獻 1國家能源局電力工程氣象勘測技術規(guī)程：DL/T51582012S北京：中國計劃出版社，2012 2國家市場監(jiān)督管理總局，中國國家標準化管理委員會.太陽能資源評估方法：GB/T375262019S.北京：中國標準出版社，2019. 3中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會太陽能資源測量直接輻射：GB/T336982017S北京：中國標準出版社，2017 4中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會太陽能資源測量總輻射：GB/T311562014S北京：中國標準出版社，2014 5S.Wilcox，W.MarionUsersManualforTMY3DataSetsRGolden：NREL/TP，2008 6T.Cebecauer，M.SuriTypicalMeteo