文｜張蒙汝

隨著2007年10月《國(guó)家核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2005-2020年)》的正式獲批，我國(guó)核電發(fā)展進(jìn)入新階段，到2020年，我國(guó)要達(dá)到約7000萬千瓦至8000萬千瓦的核電裝機(jī)目標(biāo)。為了全面支持工程公司從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工到服務(wù)全流程，以及核電站從設(shè)計(jì)到建造、施工、運(yùn)營(yíng)的生命周期管理，亟需展開工程數(shù)據(jù)中心的開發(fā)研究。

核電工程數(shù)據(jù)中心是核電項(xiàng)目建設(shè)信息管理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)，是連接項(xiàng)目各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的紐帶，也是對(duì)業(yè)主進(jìn)行數(shù)字化移交的平臺(tái)。工程數(shù)據(jù)中心是以項(xiàng)目為對(duì)象，工程編碼為紐帶，工藝系統(tǒng)、設(shè)備、裝置性材料等為基本單元，有機(jī)關(guān)聯(lián)各相關(guān)數(shù)據(jù)、信息、圖紙、資料和三維模型等工程內(nèi)容，伴隨建設(shè)過程動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)的工程內(nèi)容數(shù)據(jù)庫。信息模型則是核電工程數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，也是存儲(chǔ)和管理項(xiàng)目全過程產(chǎn)生的信息的基礎(chǔ)。如何將工程數(shù)據(jù)、工程文檔、業(yè)務(wù)流程、知識(shí)庫等不同類型的信息組織在一起，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容可伸縮的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，是核電工程數(shù)據(jù)中心的難點(diǎn)之一。

信息模型的組成

圖1 AP1000 EPC信息模型

由于核電站是由大量的基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備和系統(tǒng)構(gòu)成，在建設(shè)過程中，包括設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建安、調(diào)試、項(xiàng)控、文檔等各個(gè)專業(yè)需要完成相應(yīng)的工作。工程數(shù)據(jù)中心的建設(shè)方案需要考慮到不同專業(yè)工種的特點(diǎn)，能夠從不同的視角為他們提供有組織成體系的數(shù)據(jù)信息。這些不同體系的信息和數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)以某種內(nèi)在聯(lián)系方式實(shí)現(xiàn)相互間的關(guān)聯(lián)，并形成一個(gè)整體。同時(shí)為了避免數(shù)據(jù)出現(xiàn)大量冗余，相同數(shù)據(jù)不應(yīng)該在工程數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)多次重復(fù)保存。

信息模型層是工程數(shù)據(jù)中心的核心，主要是對(duì)工程全生命周期的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。信息模型主要由數(shù)據(jù)模型、文檔模型和關(guān)系模型三類模型構(gòu)成，這也對(duì)工程數(shù)據(jù)中心的信息建模功能提出了明確的要求。

具體要求：一是管理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)間信息交互和復(fù)用的基礎(chǔ)。包括描述工程標(biāo)的物的SSC數(shù)據(jù)模型、描述項(xiàng)目管理信息的管理數(shù)據(jù)模型。

二是管理非結(jié)構(gòu)化文檔，非結(jié)構(gòu)化文檔是工程的法律依據(jù)。包括圖紙、三維模型、規(guī)范、施工資料等項(xiàng)目全過程產(chǎn)生的文檔；文檔相關(guān)文件可存儲(chǔ)在CDC中。

三是管理關(guān)系模型，關(guān)系模型是信息溯源和提高信息檢索效率的基礎(chǔ)。除了包括文檔與文檔的關(guān)系、文檔與數(shù)據(jù)對(duì)象的關(guān)系、數(shù)據(jù)對(duì)象與數(shù)據(jù)對(duì)象的關(guān)系外，還包括設(shè)備等物理對(duì)象間客觀存在的關(guān)系，例如電纜和管道系統(tǒng)內(nèi)在的線性拓?fù)潢P(guān)系，設(shè)備與區(qū)域之間的空間拓?fù)潢P(guān)系等。

核電工程數(shù)據(jù)中心的信息模型主要包括以下數(shù)據(jù)類型：功能位置、物項(xiàng)型號(hào)、物理物項(xiàng)、作業(yè)活動(dòng)、規(guī)范、文檔、知識(shí)、系統(tǒng)、模塊、空間位置等。信息模型結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

信息模型的構(gòu)建

工程數(shù)據(jù)中心信息模型的規(guī)劃和建立是工程數(shù)據(jù)中心的重點(diǎn)和難點(diǎn)。信息模型的規(guī)劃和建立不是一個(gè)一蹴而就的過程，需以螺旋上升的方式隨著項(xiàng)目工程需求的日益清晰而逐步完善。這也對(duì)工程數(shù)據(jù)中心平臺(tái)建模的方便性和信息模型的可擴(kuò)展性提出了較高的要求。

要將IMS信息管理系統(tǒng)中各個(gè)系統(tǒng)的信息進(jìn)行集成，首先需要有一個(gè)能管理和容納各系統(tǒng)信息的信息模型?？紤]到核電業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，建立工程數(shù)據(jù)中心使用一種新型的內(nèi)容存儲(chǔ)方法，通常稱為面向?qū)ο蟮膬?nèi)容存儲(chǔ)方法，或者特征法。這種方法創(chuàng)建了一個(gè)高度規(guī)格化的自描述與可擴(kuò)展內(nèi)容存儲(chǔ)模式，即任何時(shí)候它都可以添加新的內(nèi)容，而無須重新編排索引或結(jié)構(gòu)性重整。簡(jiǎn)單的說，它能夠存儲(chǔ)任何內(nèi)容，也可以隨時(shí)添加內(nèi)容。例如一份典型的工程設(shè)計(jì)清單關(guān)系數(shù)據(jù)表的實(shí)施如圖2所示。

在工程數(shù)據(jù)中心中，這一排變成了至少四個(gè)對(duì)象，對(duì)象之間用一種關(guān)系相互關(guān)聯(lián)，如圖3所示。工程數(shù)據(jù)中心這種以對(duì)象為中心的特性允許數(shù)據(jù)可以自然地進(jìn)行存儲(chǔ)，并可以像現(xiàn)實(shí)世界兩物體之間那樣同其它組件建立關(guān)系。

這種方法使得與不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的連接變得更加容易，可以瀏覽重要程度各異的數(shù)據(jù)。例如，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，工程師主要關(guān)心的是帶有位號(hào)的對(duì)象以及其設(shè)計(jì)參數(shù)。對(duì)于設(shè)計(jì)系統(tǒng)來說，只需要增加些內(nèi)容，就可以接受指令執(zhí)行指定工作的設(shè)備模型。從制造商需求的角度來看，模型的技術(shù)規(guī)格就變得更加重要；其后所分配的位號(hào)號(hào)碼對(duì)于他們來說，則沒有太大的關(guān)系。在核電站運(yùn)維過程中，運(yùn)維人員主要是通過設(shè)備編碼來進(jìn)行檢索并管理信息。工程數(shù)據(jù)中心為用戶提供了一個(gè)信息集來存儲(chǔ)信息，對(duì)每一個(gè)組件來說這樣的信息集都處于中心位置，而且信息集與信息集之間的相互聯(lián)系也不相同。但只要選定一個(gè)組件，就可以迅速找到完整的關(guān)聯(lián)信息。

雖然根據(jù)核電堆型技術(shù)的不同，核電站都在以不盡相同的方式管理他們的內(nèi)容信息，但是作為核電站還是有非常多的共同特點(diǎn)，圖4描述了整個(gè)核電行業(yè)具有共性的信息管理模型，它們構(gòu)成了工程數(shù)據(jù)中心管理內(nèi)容信息的基礎(chǔ)。工程數(shù)據(jù)中心中所管理的對(duì)象及對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系的信息管理模型。

圖2

圖3 工程數(shù)據(jù)中心面向?qū)ο蟮拇鎯?chǔ)方式

圖4 工程數(shù)據(jù)中心信息模型

通過工程數(shù)據(jù)中心提供的對(duì)象內(nèi)容管理模型，結(jié)合《AP1000技術(shù)手冊(cè)》《非能動(dòng)安全先進(jìn)核電廠AP1000設(shè)計(jì)手冊(cè)》等基礎(chǔ)技術(shù)資料，參考在國(guó)外核電的成功實(shí)施經(jīng)驗(yàn)可對(duì)國(guó)核工程有限公司所建設(shè)的核電站的信息管理模型進(jìn)行初步的建模。

工程數(shù)據(jù)中心信息模型的規(guī)劃和建立是工程數(shù)據(jù)中心的重點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)核電工程數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層，提出了一種基于特征法的信息模型構(gòu)建方法，這是一種面向?qū)ο蟮膬?nèi)容存儲(chǔ)方法，創(chuàng)建了一個(gè)高度規(guī)格化的自描述與可擴(kuò)展內(nèi)容存儲(chǔ)模式，可以無須重新編排索引或結(jié)構(gòu)性重整，即可任意添加新的內(nèi)容，該數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建及實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可對(duì)我國(guó)后續(xù)核電站的信息化建設(shè)提供有益的參考和借鑒。