周志鋼　楊帆

摘 要：核電工程設(shè)計是多學(xué)科、多團(tuán)隊分工協(xié)作的系統(tǒng)性工作。當(dāng)前，核電工程布置設(shè)計廣泛采用PDMS軟件，各專業(yè)的協(xié)同邏輯和工作流程均內(nèi)化在PDMS中。要實(shí)現(xiàn)各專業(yè)高效協(xié)同，必須確保各專業(yè)設(shè)計的深度匹配、進(jìn)度協(xié)調(diào)、狀態(tài)對等，即對三維設(shè)計模型實(shí)施技術(shù)狀態(tài)控制。文章分析研究了基于PDMS的核電工程三維布置設(shè)計數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制方法，論述了如何利用模型數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行三維布置設(shè)計的過程控制與數(shù)據(jù)管理，歸納了技術(shù)狀態(tài)管理在核電工程布置設(shè)計中典型的應(yīng)用實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：核電工程；PDMS；三維布置設(shè)計；模型數(shù)據(jù)；狀態(tài)控制

中圖分類號：TM623；TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）09-0004-03

技術(shù)狀態(tài)管理（Configuration Management）于20世紀(jì)60年代起源于美國的軍事和航天工業(yè)，90年代在美國和歐洲形成了比較完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和體系，并被逐漸應(yīng)用到核電、航空、智能交通和高端制造等領(lǐng)域。在核電領(lǐng)域，從設(shè)計階段開始即建立全面的技術(shù)狀態(tài)管理體系直至電站移交給業(yè)主也被作為明確的要求寫入了歐洲用戶要求（EUR）及美國用戶要求文件（URD）中。IAEA于2010年針對核電廠技術(shù)狀態(tài)管理發(fā)布了專門的安全報告（IAEA-Safety Reports Series-No.65），并建議在新建核電廠和在役核電廠中實(shí)行技術(shù)狀態(tài)管理。

在核電工程中，布置設(shè)計所涵蓋的數(shù)據(jù)量龐大、參與者眾多、接口信息復(fù)雜，并直接指導(dǎo)物資采購與現(xiàn)場安裝等活動，因而是實(shí)施技術(shù)狀態(tài)管理的優(yōu)先領(lǐng)域。

PDMS（Plant Design Management System）是三維布置設(shè)計的主流產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用于核電工程設(shè)計，其協(xié)同設(shè)計機(jī)制使處在不同地域、不同專業(yè)的設(shè)計人員都能獲取到實(shí)時的設(shè)計數(shù)據(jù)。這就要求模型數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)有明確的技術(shù)標(biāo)識，標(biāo)明其設(shè)計狀態(tài)及其可用性，以便于各相關(guān)專業(yè)設(shè)計者或上下游應(yīng)用者能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行協(xié)同，從而提升了工作效率和質(zhì)量。

1 實(shí)施模型數(shù)據(jù)狀態(tài)控制的技術(shù)基礎(chǔ)

PDMS是以數(shù)據(jù)庫為核心、以項(xiàng)目為應(yīng)用單元、基于元件等級規(guī)則驅(qū)動的多專業(yè)三維布置設(shè)計軟件。她本身不具備技術(shù)狀態(tài)管理功能，但通過充分引入技術(shù)狀態(tài)管理理念，進(jìn)而挖掘其軟件功能，亦可有效地進(jìn)行模型數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制。

1.1 PDMS的數(shù)據(jù)庫類型

PDMS的數(shù)據(jù)存儲載體是一系列有數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)存儲數(shù)據(jù)類型的不同，數(shù)據(jù)庫所列的幾類見表1。

1.2 PDMS的數(shù)據(jù)庫層次結(jié)構(gòu)

PDMS軟件中有兩個層級的數(shù)據(jù)庫：主數(shù)據(jù)庫（Master Dat-

abases）和子數(shù)據(jù)庫（Extract Databases）。主數(shù)據(jù)庫一般是多寫數(shù)據(jù)庫（允許多個用戶同時寫數(shù)據(jù)庫，但對模型數(shù)據(jù)有簽入-簽出的控制以避免同一模型對象同時被多人修改），而子數(shù)據(jù)庫則是主數(shù)據(jù)庫的下級數(shù)據(jù)庫，且子數(shù)據(jù)庫也可以是多級的，但只能從屬于DESI/PADD/CATA/ISOD類型的數(shù)據(jù)庫。

這種主-子數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)提供了一種控制設(shè)計對象發(fā)布給其他專業(yè)或人員的方法，使用子數(shù)據(jù)庫可以持久的簽出需修改的數(shù)據(jù)，控制某個專業(yè)內(nèi)部的設(shè)計流程（如設(shè)計、發(fā)布）或?qū)I(yè)間的交叉設(shè)計（如小管與大管共用的支架）。

1.3 PDMS的數(shù)據(jù)工作區(qū)

工作區(qū)（MDB）是用戶進(jìn)入PDMS項(xiàng)目時選定的能查看的數(shù)據(jù)庫的集合，通過工作區(qū)的合理設(shè)置，可使不同的用戶查看到對其設(shè)計工作有效且必要的模型數(shù)據(jù)。

1.4 PDMS的模型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

PDMS使用樹狀結(jié)構(gòu)形式的資源管理器管理模型數(shù)據(jù)，規(guī)范模型數(shù)據(jù)各層對象之間的從屬關(guān)系。樹狀結(jié)構(gòu)中各層對象可命名，且命名唯一。樹狀結(jié)構(gòu)中各層均有特定的數(shù)據(jù)類型，在核電工程三維布置設(shè)計實(shí)踐中，物項(xiàng)與模型結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)關(guān)系已基本固化，見表2。

而PDMS對模型數(shù)據(jù)的簽出-簽入控制是作用于特定數(shù)據(jù)層次的，即各類模型的基本元素（Primary Element），如管道模型的基本元素對應(yīng)的是Branch層次。因此，模型狀態(tài)控制的顆粒度應(yīng)大于或等于基本元素。

2 模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制方法

2.1 項(xiàng)目層次的技術(shù)狀態(tài)控制

核電工程的設(shè)計和建造一般是以已建成或進(jìn)度先于本項(xiàng)目的同類堆型項(xiàng)目為參考，而其模型也是以參考項(xiàng)目指定時點(diǎn)的階段成果模型作為項(xiàng)目初始模型，即三維布置設(shè)計的基準(zhǔn)技術(shù)狀態(tài)（Reference Configuration）。

項(xiàng)目初始模型確認(rèn)后，需對其進(jìn)行定義、說明和標(biāo)識，作為項(xiàng)目三維布置設(shè)計的技術(shù)基線。

2.2 數(shù)據(jù)庫層次的技術(shù)狀態(tài)控制

三維模型存儲在PDMS的設(shè)計數(shù)據(jù)庫中，一系列設(shè)計數(shù)據(jù)庫構(gòu)成完整的項(xiàng)目模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫層次的狀態(tài)控制是最基礎(chǔ)的模型狀態(tài)控制手段。

設(shè)計數(shù)據(jù)庫可設(shè)置為三個層次。

2.2.1 專業(yè)內(nèi)工作層

各專業(yè)進(jìn)行本專業(yè)內(nèi)三維設(shè)計工作的數(shù)據(jù)區(qū)域，通常為子數(shù)據(jù)庫。

2.2.2 專業(yè)間協(xié)同層

通過PDMS數(shù)據(jù)發(fā)布機(jī)制將工作層完成的設(shè)計模型校審確認(rèn)后對外發(fā)布的數(shù)據(jù)區(qū)域。該層次數(shù)據(jù)庫為工作層子數(shù)據(jù)庫的主數(shù)據(jù)庫。

2.2.3 各設(shè)計階段固化層

將項(xiàng)目主要設(shè)計階段固化的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行提取并存檔的數(shù)據(jù)區(qū)域。該層次數(shù)據(jù)庫應(yīng)為獨(dú)立的主數(shù)據(jù)庫。

此外，為便于各專業(yè)在確定綜合設(shè)計方案前進(jìn)行充分的信息交換和協(xié)同配合，還可建立專門的臨時研究層數(shù)據(jù)庫，使設(shè)計人員可以不受權(quán)限限制的建立各類設(shè)計模型，推演各自設(shè)計方案。相關(guān)專業(yè)可以直觀便捷地互動，以形成最終的設(shè)計方案。

設(shè)計數(shù)據(jù)庫的層次設(shè)置如圖1所示。

核電工程設(shè)計應(yīng)用中，通常按專業(yè)、設(shè)計范圍和廠房（或子項(xiàng)）的組合劃分設(shè)計數(shù)據(jù)庫，命名規(guī)則為：

模型專業(yè)_設(shè)計范圍_廠房或子項(xiàng)_數(shù)據(jù)庫類型代碼_ 數(shù)據(jù)庫層次標(biāo)識（M/E）。

其中：

①“模型專業(yè)”通常是按布置設(shè)計物項(xiàng)進(jìn)行劃分的，如土建、設(shè)備、管道、橋架、支吊架等。

②設(shè)計范圍按不同參與單位的設(shè)計分工劃定；若不涉及多個參與單位，則不需要設(shè)置該劃分要素。

③數(shù)據(jù)庫層次如前所述，包含專業(yè)內(nèi)工作層和專業(yè)間協(xié)同層，分別對應(yīng)標(biāo)識M（Master）和E（Extract）。

2.3 用戶工作區(qū)層次的技術(shù)狀態(tài)控制

如前所述，通過數(shù)據(jù)工作區(qū)差異化設(shè)置可使不同設(shè)計用戶查看對其有效且必需的數(shù)據(jù)。

為此，工作區(qū)通常按設(shè)計專業(yè)進(jìn)行設(shè)置，即將本專業(yè)內(nèi)工作層的數(shù)據(jù)庫和其他專業(yè)間協(xié)同層的數(shù)據(jù)組織在一起，如圖2所示，使各專業(yè)設(shè)計用戶能瀏覽到充分、必要且有效的數(shù)據(jù)，進(jìn)而更好的進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。

注：以專業(yè)A的設(shè)計工作區(qū)為例，包含有DB1_E、DB2_M、DB3_M三個數(shù)據(jù)庫，即包含本專業(yè)工作層數(shù)據(jù)庫，還包含相關(guān)專業(yè)（B、C）協(xié)同層數(shù)據(jù)庫。其他專業(yè)設(shè)計工作區(qū)的設(shè)置依次類推。

2.4 模型元數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制

模型狀態(tài)控制對象是PDMS樹狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的某個層次，稱其為三維布置設(shè)計技術(shù)狀態(tài)控制的元數(shù)據(jù)，結(jié)合上文的論述，根據(jù)各模型專業(yè)設(shè)計的基本單元對象，選定的PDMS元數(shù)據(jù)見表3。

模型狀態(tài)控制的方式是通過對元數(shù)據(jù)特定的自定義屬性值的設(shè)置而實(shí)現(xiàn)的，例如為上述模型狀態(tài)對象定義一個自定義屬性：MMSSTATUS，通過對該屬性進(jìn)行賦值以標(biāo)識其所依附對象的技術(shù)狀態(tài)。

3 模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制綜合應(yīng)用

3.1 模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)與布置設(shè)計流程

管道布置是三維布置設(shè)計的核心內(nèi)容，其設(shè)計流程及其狀態(tài)控制方法最具代表性。本節(jié)以管道模型設(shè)計過程為例，論述其狀態(tài)控制方法。

將管道布置模型從生成（節(jié)點(diǎn)“0”）至其完成固化并出圖（節(jié)點(diǎn)“100”），每一節(jié)點(diǎn)值對應(yīng)著相應(yīng)的設(shè)計完成度（%）。按照布置設(shè)計邏輯，其主要狀態(tài)控制節(jié)點(diǎn)如圖3所示。

由圖3可見，通過對管道布置設(shè)計流程的定制，明晰了模型元數(shù)據(jù)所處的設(shè)計節(jié)點(diǎn)；通過實(shí)施元數(shù)據(jù)的狀態(tài)標(biāo)識，使開發(fā)出的配套模型校審流程能順暢流轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了對三維布置設(shè)計過程的精準(zhǔn)控制。

3.2 模型數(shù)據(jù)狀態(tài)控制與設(shè)計權(quán)限管理

各布置設(shè)計專業(yè)負(fù)責(zé)（通常為主設(shè)人）其責(zé)任范圍內(nèi)設(shè)計對象（各模型元數(shù)據(jù)）狀態(tài)值的修改，一旦狀態(tài)屬性值設(shè)定后，與該狀態(tài)屬性值匹配的PDMS的權(quán)限控制規(guī)則（Data Access Rule）隨即生效，將對設(shè)計用戶對模型及其屬性所允許的修改進(jìn)行控制。在某一狀態(tài)值下，根據(jù)布置設(shè)計流程邏輯，對應(yīng)一組允許對模型物項(xiàng)及其屬性進(jìn)行修改的操作，超出該范圍的操作將被禁止。

通過模型數(shù)據(jù)狀態(tài)控制與設(shè)計權(quán)限管理結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對設(shè)計流程各節(jié)點(diǎn)規(guī)劃工作的精準(zhǔn)控制。

4 模型技術(shù)狀態(tài)控制的其他創(chuàng)新應(yīng)用

4.1 專業(yè)間提資與收資

三維布置協(xié)同設(shè)計最典型的專業(yè)提資接口是工藝-結(jié)構(gòu)提資與收資，即在三維環(huán)境中提出各工藝專業(yè)對土建結(jié)構(gòu)的孔洞、預(yù)埋板、設(shè)備基座、荷載等需求，由結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行收集與確認(rèn)。在此過程中對提資信息所對應(yīng)的模型載體進(jìn)行技術(shù)狀態(tài)控制，可顯著提高接口的直觀性和準(zhǔn)確性，進(jìn)而提升設(shè)計的效率與質(zhì)量。

4.2 模塊化三維設(shè)計

AP1000等核電工程廣泛應(yīng)用模塊化技術(shù)，模塊相關(guān)模型數(shù)據(jù)的三維設(shè)計流程與技術(shù)狀態(tài)控制方法也需進(jìn)行修正。對模塊化物項(xiàng)的狀態(tài)標(biāo)識需綜合應(yīng)用模型狀態(tài)節(jié)點(diǎn)值和模塊化屬性值，兩者共同作用以控制模塊物項(xiàng)的布置設(shè)計邏輯及其流程。

4.3 三維綜合碰撞檢查

多專業(yè)綜合布置與碰撞檢查也是三維布置設(shè)計過程中必不可少的環(huán)節(jié)，有賴于各模型專業(yè)物項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)控制的實(shí)施，各個綜合碰撞檢查節(jié)點(diǎn)所涵蓋的模型數(shù)據(jù)基于明確的狀態(tài)值及必要的完成度，實(shí)施效果更好。

5 結(jié) 語

①核電工程三維布置設(shè)計所包含的模型數(shù)據(jù)龐大而復(fù)雜，通過模型數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)控制的實(shí)施，有效地支撐多團(tuán)隊、多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計，充分發(fā)揮三維設(shè)計“所見即所得”的可視化優(yōu)勢，又達(dá)到了“所見知其義”及“所見即有效”的效果。

②基于技術(shù)狀態(tài)管理理念首次建立起了依托模型數(shù)據(jù)的三維布置設(shè)計校審流程，對三維布置設(shè)計進(jìn)行精細(xì)化過程控制，顯著提升了核電工程三維布置設(shè)計的質(zhì)量和效率。當(dāng)然，在模塊化正向設(shè)計情況下，如何更好的實(shí)施相關(guān)物項(xiàng)的狀態(tài)標(biāo)識和過程控制，有待于核電工程設(shè)計實(shí)踐對其進(jìn)行持續(xù)修正。

③技術(shù)狀態(tài)管理的對象正逐步從“文件”層次過渡到“數(shù)據(jù)”層次，對核電三維布置設(shè)計數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)控制對象已細(xì)化至模型元數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)的技術(shù)狀態(tài)管理。

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