高麒瀚，江德正

（中廣核工程有限公司，廣東深圳518052）

智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺技術(shù)利用現(xiàn)代計算機圖形及網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)，解決核電工藝系統(tǒng)多專業(yè)協(xié)同設(shè)計問題。隨著核電廠數(shù)字化設(shè)計的發(fā)展，智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計作為數(shù)字化設(shè)計的一環(huán)顯得尤為重要。作為布置設(shè)計、采購、物資管理的重要信息輸入或來源，智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計為下游工作提供全面標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)同化、精確化保障。智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計、三維布置設(shè)計、工程建造物資管理形成了互為支撐的數(shù)字化設(shè)計生產(chǎn)鏈條。

國際核電建設(shè)公司AREVA（阿?，m）在EPR堆型建設(shè)中采用智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺技術(shù)。通過設(shè)計參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、操作專業(yè)化、屬性集成化，形成全面、完整的半自動化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)體系。通過數(shù)據(jù)批處理和電子表格定制技術(shù)，大大提高了設(shè)計生產(chǎn)效率。

根據(jù)智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺技術(shù)在工程應(yīng)用的實踐，該技術(shù)歸納為以下幾個特點。

1）設(shè)計圖符標(biāo)準(zhǔn)化：核電核島設(shè)計中設(shè)備、閥門、管道多樣繁雜，要實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，必須對各類元件進行分類，并使用清楚易識別的圖符進行標(biāo)識。智能化平臺技術(shù)可滿足設(shè)計單位對不同項目、不同設(shè)計深度的設(shè)置要求。

2）設(shè)計屬性標(biāo)準(zhǔn)化：設(shè)計屬性根據(jù)元件分類，可初步分為各類工藝和通風(fēng)設(shè)備（含作為設(shè)備采購的管道）、管道、閥門、儀表。每一類元件都具有標(biāo)準(zhǔn)化的屬性。這些屬性根據(jù)分工、設(shè)計習(xí)慣、堆型、分包規(guī)定而不同。

3）元件標(biāo)示唯一性與統(tǒng)一性：核電設(shè)計對具有唯一功能的元件進行唯一標(biāo)識。功能位置碼在智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺中同樣具有唯一性。在工藝系統(tǒng)流程圖設(shè)計和設(shè)計參數(shù)設(shè)計、設(shè)計采購中，都使用功能位置碼進行唯一標(biāo)識。平臺系統(tǒng)通過此唯一碼調(diào)用各種元件信息。

現(xiàn)在業(yè)界具有此功能的軟件主要有AVEVA公司的VPE（VATAGE PLANT ENGINEERING）、鷹圖公司的Smartplant PID等。為了實現(xiàn)工藝系統(tǒng)設(shè)計、布置設(shè)計、物資材料統(tǒng)計體系一體化，智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺采用VPE，它與PDMS（PLANT DESIGN MANAGEMENT SYSTEM）、VPRM（VANTAGE PROJECT RESOURCE MANAGEMENT SYSTEM）一道，成為EPR堆型設(shè)計主要設(shè)計軟件。

1 智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺功能設(shè)計

智能化工藝設(shè)計平臺最終要達到繪制智能化流程圖和輸入輸出元件屬性的目的，其功能設(shè)計圍繞以下5點展開。

1．1 平臺適用范圍

在核電設(shè)計中，平臺本身適用范圍可根據(jù)需要應(yīng)用于核島設(shè)計和常規(guī)島設(shè)計。然而因合同規(guī)定導(dǎo)致核島和常規(guī)島設(shè)計深度不一致。平臺功能設(shè)計應(yīng)首先考慮適用范圍。本文中涉及技術(shù)均針對核島設(shè)計進行闡述。

1．2 平臺適用專業(yè)

應(yīng)根據(jù)設(shè)計深度考慮平臺適用專業(yè)。EPR核電設(shè)計中適用專業(yè)有工藝系統(tǒng)、暖通、設(shè)備、布置、儀控、電氣。其中布置和電氣均作為上游提資。其他專業(yè)主要對應(yīng)工藝管道、工藝設(shè)備、閥門、儀表設(shè)計。

1．3 設(shè)計生產(chǎn)文件

根據(jù)平臺產(chǎn)出進行功能設(shè)計。基本應(yīng)滿足工藝系統(tǒng)流程圖繪制及設(shè)計參數(shù)處理。其設(shè)計生產(chǎn)文件可包含工藝系統(tǒng)流程圖（包含工藝管線及儀表）、工藝流程圖（僅含工藝管線）、系統(tǒng)設(shè)計手冊（SDM）中各種元件數(shù)據(jù)清單（管線、閥門、部分設(shè)備）、技術(shù)規(guī)范書參數(shù)清單。

1．4 設(shè)計狀態(tài)設(shè)置

狀態(tài)管理是工程實際應(yīng)用的重要部分。主要有兩個方面：對系統(tǒng)、元件、屬性不同對象的狀態(tài)設(shè)置和管理；對工程設(shè)計不同階段的數(shù)據(jù)狀態(tài)進行管理。狀態(tài)的設(shè)置和提取應(yīng)滿足工程設(shè)計特點和需要。

1．5 功能設(shè)計架構(gòu)

平臺架構(gòu)設(shè)計是功能設(shè)計的基本需求。以VPE為例，主要分為VPE P＆ID和VPE WORKBENCH（以下簡稱VPE WB）兩個部分。為了增強適用性和實用性，需自行開發(fā)圖形及數(shù)據(jù)處理工具（BDM），配置數(shù)據(jù)發(fā)布工具（BO）。為實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計與布置設(shè)計一體化，在臺山項目中使用自主開發(fā)的二三維數(shù)據(jù)對比工具（PEP），用于實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)與布置設(shè)計數(shù)據(jù)（來自PDMS）的對比。在未來架構(gòu)中，同時會使用MOM，用于系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)與布置數(shù)據(jù)的相互傳遞，以及還在研究實驗中的圖紙模型對象校驗。智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺架構(gòu)及平臺內(nèi)部設(shè)計信息流如圖1、圖2所示。

圖1 智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺架構(gòu)Fig．1 Framework of intelligent process system design platform

2 功能實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)路線

針對核島工藝系統(tǒng)設(shè)計范圍內(nèi)的功能設(shè)計，需根據(jù)設(shè)計工作具體要求進行設(shè)置。以下論述以智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺VPE為例。

2．1 智能化圖例符號

智能化圖例符號是智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺圖例符號的總稱。在VPE中對pid．sym文件的圖例符號進行編碼、命名、類型、是否在線、插入方向、角度、是否伴熱線、閥門機構(gòu)類型、PDMS類型（用于二、三維校驗）等字段進行設(shè)置。

2．2 智能化流程圖繪制

智能化流程圖繪圖設(shè)置主要包含圖框、圖層、字體、線形等常規(guī)圖紙設(shè)置；根據(jù)設(shè)計要求進行設(shè)備、閥門、儀表標(biāo)注設(shè)置。標(biāo)注設(shè)置關(guān)系元件設(shè)計參數(shù)的唯一性識別問題。要達到系統(tǒng)設(shè)計布置設(shè)計一體化，設(shè)置時務(wù)必須與布置設(shè)計規(guī)范一致。

繪圖設(shè)置包含項目設(shè)置、權(quán)限設(shè)置、圖紙設(shè)置及標(biāo)注設(shè)置。項目設(shè)置指根據(jù)項目編碼，設(shè)置具有可讀性，可與VPE WB、PDMS、VPRM項目編碼相關(guān)的設(shè)置。權(quán)限設(shè)置根據(jù)項目組織需要，設(shè)置對文件的讀、寫、修改權(quán)限。圖紙設(shè)置指根據(jù)工藝系統(tǒng)流程圖繪制要求，對圖框、圖層、字體、字高、線型的設(shè)置。標(biāo)注設(shè)置指對設(shè)備（包括管嘴）、管線、儀表、閥門功能標(biāo)示號的標(biāo)示。

2．3 基礎(chǔ)設(shè)置

VPE WB不僅是一個數(shù)據(jù)庫，它是涵蓋業(yè)務(wù)流程和管理流程的系統(tǒng)平臺。因此在運用系統(tǒng)平臺進行工程設(shè)計之前，需完成大量的設(shè)置工作。

根據(jù)性質(zhì)分類，基礎(chǔ)設(shè)置分為系統(tǒng)平臺管理設(shè)置和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置。

1）系統(tǒng)平臺管理設(shè)置有用戶和用戶組及權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)來源設(shè)置、導(dǎo)入規(guī)則設(shè)置、管線設(shè)備閥門儀表位號設(shè)置、數(shù)據(jù)狀態(tài)管理設(shè)置?；A(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置指對設(shè)計參數(shù)選擇范圍，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行設(shè)置。

2）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涵蓋工藝、設(shè)備、電氣、儀控專業(yè)。臺山項目設(shè)置有76類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有閥門類型、尺寸、建造材質(zhì)、流體代碼、測試介質(zhì)代碼、供應(yīng)商類型等。臺山項目還設(shè)有閥門選型庫，在設(shè)置的時候還需要對閥門選型庫進行設(shè)置。

2．4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入

通過VPE插件EXCEL INTERFACE進行系統(tǒng)設(shè)置，導(dǎo)入導(dǎo)出設(shè)置，定義和規(guī)范數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入流程，導(dǎo)入過程如圖3所示。

圖2 智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺內(nèi)部信息流Fig.2 Internal information workflow of intelligent process system design platform

圖3 導(dǎo)入過程Fig．3 Data input process

2．5 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

在工程設(shè)計中會產(chǎn)生大量的工程設(shè)計數(shù)據(jù)，利用基于BO可以開發(fā)強大的報表，包括數(shù)據(jù)報表、圖形報表、矩陣報表等多種類型。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計手冊SDM要求、自定義需要，建立起一套標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)設(shè)計報表模型，使得在不同項目之間的系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)能夠參考和復(fù)用。

2．5．1 設(shè)置過程

整個數(shù)據(jù)導(dǎo)出設(shè)置過程（如圖4所示）有：參數(shù)需求收集、數(shù)據(jù)整理、報表標(biāo)準(zhǔn)化、報表建模、數(shù)據(jù)表自動生成。

2．5．2 設(shè)置驗證

為保證大批量自動生成SDM的準(zhǔn)確性，設(shè)置完成后，有必要對設(shè)置效果進行驗證，如圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)導(dǎo)出設(shè)置過程Fig．4 Data output setting process

圖5 數(shù)據(jù)導(dǎo)出設(shè)置過程Fig．5 Data output setting verification

3 基礎(chǔ)庫

基礎(chǔ)庫是智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺功能實現(xiàn)的基石。針對工程設(shè)計，設(shè)置兩大類基礎(chǔ)庫，一類是用于繪制流程圖的圖例符號庫；一類是用于設(shè)計屬性歸類、定義、發(fā)布的屬性庫。

3．1 圖例符號庫

圖例符號庫是VPE PID的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。根據(jù)流程圖圖例符號、二字碼、設(shè)備儀表分類，分別定義其命名、圖形、編碼、類別信息。圖例符號庫以電子的形式存儲在VPE PID中。如圖6所示。

3．2 屬性庫

屬性庫根據(jù)堆型和設(shè)計需求進行定義。針對CPR1000堆型，定義了12種常用工藝系統(tǒng)元件類型：閥門，VALVES、泵，PUMPS、管線，PIPES、容器，VESSELS、熱交換器，HEAT EXCHANGER、過濾器，F(xiàn)ILTERS、孔板，ORIFICES、傳感器，SENSORS、加熱器，HEATERS、電動閥，ELECTRIC（Valves）、暖通，HVAC。

屬性值有兩類賦值方法：一種是直接賦值，一種是選擇性賦值，在WB中稱為LOV（LIST OF VALUE），所有輸入值必須在LOV范圍之類，此種多用于歸納性屬性值。如圖7所示。

圖6 圖例符號庫架構(gòu)Fig．6 Symbol library framework

圖7 屬性值Fig．7 Attribute value

3．3 閥門選型庫

阿?，m公司建立了獨有的閥門選型庫，并運用于臺山項目，保證了閥門設(shè)計與采購最大程度的一體化。閥門選型庫是多項目知識積累的結(jié)晶。它反映了其工程建設(shè)獨特的管理體系和建設(shè)思路。智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺VPE WB提供VALVE CATALOG模塊對閥門選型庫進行管理。閥門選型庫（如圖8所示）分3部分：閥門類型、閥門驅(qū)動機構(gòu)、閥門等級。其信息覆蓋設(shè)計和采購。

圖8 閥門選型庫Fig．8 Valve catalog

4 智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺CPR1000標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用體系

根據(jù)CPR1000堆型建設(shè)需要，獨立創(chuàng)建了CPR1000智能化工藝系統(tǒng)平臺應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。本體系涵蓋5個標(biāo)準(zhǔn)文件。

4．1 圖例符號庫定義及應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)流程圖圖例符號、閥門規(guī)程、設(shè)備閥門儀表分類、設(shè)備閥門國標(biāo)等文件規(guī)定了CPR1000核島主輔、三廢、暖通專業(yè)智能化流程圖圖例符號定義及其命名規(guī)則。在智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺中對應(yīng)圖例符號基礎(chǔ)庫（如圖9所示）。

4．2 智能化PID設(shè)計管理規(guī)范及流程

該標(biāo)準(zhǔn)用于智能化PID項目設(shè)置和責(zé)任分工及校審管理；滿足應(yīng)用VPE P＆ID進行流程圖繪制的要求。為增加效率，將工藝系統(tǒng)流程圖設(shè)計分為流程圖設(shè)計及繪制兩個步驟，同樣設(shè)置系統(tǒng)設(shè)計工程師與P＆ID繪圖員分別承擔(dān)兩個步驟的工作。在P＆ID繪圖員完成P＆ID圖繪制后，將P＆ID圖中的圖形數(shù)據(jù)進行校驗、更新、發(fā)布到Workbench。在對P＆ID圖進行任何修改（包括重命名、更改路徑、創(chuàng)建、刪除對象）之后，必須重復(fù)一次VPE工作流。P＆ID圖輔助設(shè)計與發(fā)布流程見圖10。

圖9 圖例符號庫Fig．9 Symbol library

4．3 元件類型屬性定制說明文件

元件類型屬性定制說明是定義屬性庫的基本文件。涉及CPR1000設(shè)計中12大類設(shè)計對象的屬性、參數(shù)及負責(zé)提交專業(yè)（即責(zé)任專業(yè)）。這12大類設(shè)計對象包括：

①閥門，VALVES；

②泵，PUMPS；

③管線，PIPES；

④容器，VESSELS；

⑤熱交換器，HEAT EXCHANGER；

圖10 P＆ID設(shè)計與發(fā)布流程Fig．10 P＆ID design and issue process

⑥過濾器，F(xiàn)ILTERS；

⑦孔板，ORIFICES；

⑧傳感器，SENSORS；

⑨加熱器，HEATERS；

⑩電動閥，ELECTRIC（Valves），主要定義閥門電動頭屬性；

?電動設(shè)備，ELECTRIC（eqpts），主要定義設(shè)備驅(qū)動器屬性；

?暖通，HVAC，主要定義暖通風(fēng)系統(tǒng)相關(guān)屬性。

4．4 數(shù)據(jù)模板定義及數(shù)據(jù)發(fā)布應(yīng)用規(guī)范

改標(biāo)準(zhǔn)用于定義以上12大類元件數(shù)據(jù)發(fā)布模板及應(yīng)用規(guī)范。覆蓋SDM設(shè)計手冊管道、閥門、設(shè)備數(shù)據(jù)清單屬性內(nèi)容。

4．4．1 利用數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板輸入

依靠自行開發(fā)BDM工具，利用數(shù)據(jù)模板對元件屬性數(shù)據(jù)進行輸入（如圖11所示）及發(fā)布應(yīng)用，為數(shù)據(jù)輸入及發(fā)布的數(shù)字信息化提供了有效途徑。

圖11 利用數(shù)據(jù)導(dǎo)入模板進行批量數(shù)據(jù)輸入Fig．11 Batch of data input with template

4．4．2 數(shù)據(jù)發(fā)布模板

數(shù)據(jù)的發(fā)布有兩種方式：由平臺的管理人員來統(tǒng)一執(zhí)行數(shù)據(jù)的發(fā)布工作；平臺管理人員賦予專業(yè)工程師數(shù)據(jù)發(fā)布的權(quán)限，由專業(yè)的設(shè)計人員自行進行數(shù)據(jù)的發(fā)布。表1列出了容器類元件參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)布模板。數(shù)據(jù)發(fā)布模板可與導(dǎo)入模板不同，應(yīng)根據(jù)自動導(dǎo)出格式需要進行設(shè)置。如圖12所示，在BO中進行數(shù)據(jù)導(dǎo)出設(shè)置后，數(shù)據(jù)模板內(nèi)容可通過自動發(fā)布功能進行提取。

表1 VESSLES類數(shù)據(jù)模版定義Table 1 Definition of VESSLES data template

圖12 自動提取數(shù)據(jù)Fig．12 Automatic data extraction

4．5 VPE設(shè)計平臺各專業(yè)管理規(guī)范

平臺管理是智能化設(shè)計平臺運作的核心。根據(jù)CPR1000堆型特點并考慮設(shè)計院專業(yè)分工等因素，規(guī)定了各專業(yè)在工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺上協(xié)同工作的組織架構(gòu)、職責(zé)分工與工作流程。

4．5．1 管理規(guī)范范圍

該標(biāo)準(zhǔn)范圍包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)協(xié)同管理流程、數(shù)據(jù)狀態(tài)管理、工藝系統(tǒng)設(shè)計權(quán)限管理流程、工藝系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理流程、智能化流程圖設(shè)計流程、數(shù)據(jù)應(yīng)用管理工作流程。

4．5．2 智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺管理模式

工作模式圍繞以下三類工程師職責(zé)展開：

1）設(shè)計項目數(shù)據(jù)管理工程師履行工藝系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)項目管理職責(zé)。負責(zé)對工藝系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)的進度、狀態(tài)進行管控。負責(zé)工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺及數(shù)據(jù)使用人權(quán)限管理，按照項目進度下達各專業(yè)數(shù)據(jù)上傳及發(fā)布指令。

2）設(shè)計平臺管理與技術(shù)支持工程師按照設(shè)計項目數(shù)據(jù)管理工程師指令操作，定時匯報平臺運作情況，對系統(tǒng)設(shè)計工程師支持，履行工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺管理職責(zé)，平臺技術(shù)支持職責(zé)。根據(jù)設(shè)計項目數(shù)據(jù)管理工程師要求，對數(shù)據(jù)管理進行技術(shù)支持。技術(shù)支持包含項目建立，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫建立，工具開發(fā)、程序編寫。負責(zé)數(shù)據(jù)庫安全，災(zāi)備，維護及數(shù)據(jù)處理，VPE系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)置，系統(tǒng)日常維護等工作。

3）系統(tǒng)設(shè)計工程師，包含進行工藝系統(tǒng)設(shè)計的各專業(yè)設(shè)計工程師，負責(zé)在工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺上生產(chǎn)工藝系統(tǒng)流程圖、管線、設(shè)備、閥門清單。

5 結(jié)論

智能化工藝系統(tǒng)設(shè)計平臺應(yīng)用于核電工程設(shè)計，有利于增加協(xié)同設(shè)計效率、提高設(shè)計數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、加大系統(tǒng)與布置設(shè)計數(shù)字一體化，是踐行工業(yè)與信息化部提出的信息化提高工程建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)的一個細微方面。核電工程工藝系統(tǒng)智能化設(shè)計平臺已經(jīng)研究多年，但仍然與國際一流水平存在差距。在對國外三代技術(shù)的引進、消化、吸收過程中，很有必要根據(jù)公司和項目自身要求，進行適應(yīng)性改進。同時在考慮“走出去”時，考慮堆型和項目管理實際情況。現(xiàn)在該技術(shù)已應(yīng)用于實際工程項目。筆者旨在“拋磚引玉”，推動該領(lǐng)域數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化探討。文中不足之處，請各位專家和同行批評指正。

［1］ 廣東核電培訓(xùn)中心．900MW壓水堆核電站系統(tǒng)與設(shè)備（上冊）［M］．北京：原子能出版社，2007．

［2］ 廣東核電培訓(xùn)中心．核電工程總承包與項目管理［M］．北京：中國電力出版社，2010．

［3］ EJ／T 311—1994壓水堆核電廠工程設(shè)計用文字代號和圖形符號［S］．1994．