呂小蘭，鄭純?nèi)A，鄭釗穎，鄭彬玲，仲偉龍

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州510663）

孟加拉Unique 9H 燃機(jī)項(xiàng)目基于數(shù)字化移交的整體要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用數(shù)字化手段同步實(shí)現(xiàn)與GE 公司的歐洲實(shí)驗(yàn)室、孟加拉工程現(xiàn)場(chǎng)、GE 和OE 印度項(xiàng)目部的同步審查和設(shè)計(jì)管理工作。基于項(xiàng)目需求，本文從現(xiàn)有條件和技術(shù)層面分析，指出實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)的落地難點(diǎn)并提出數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件體系的整體解決方案，在案例項(xiàng)目中應(yīng)用實(shí)踐、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以期為海外火電發(fā)電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供解決思路。

1 數(shù)字化正向設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 數(shù)字化技術(shù)發(fā)展歷程

在工程行業(yè)，數(shù)字化設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸成為主流設(shè)計(jì)趨勢(shì)，以BIM 技術(shù)為代表的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用始于美國(guó)建筑工程，此后以其先進(jìn)性逐漸推廣至電力工程、化工工程、路橋工程等行業(yè)。日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家先后制定并發(fā)布了一系列標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，多家政府機(jī)關(guān)致力于推進(jìn)BIM 技術(shù)的應(yīng)用。我國(guó)于2003年開(kāi)始引進(jìn)后［1］，大范圍應(yīng)用至工程行業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)用并已開(kāi)發(fā)出大量的適用于中國(guó)市場(chǎng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件。但在技術(shù)層面上，我國(guó)與歐洲國(guó)家還存在技術(shù)研發(fā)重心的不同，我國(guó)側(cè)重于軟件的應(yīng)用和效率工具的開(kāi)發(fā)，以滿足我國(guó)工程項(xiàng)目規(guī)模大、建設(shè)周期短的需求，歐洲對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)的研究更重于實(shí)現(xiàn)軟件之間的交互性和兼容性，為數(shù)字化設(shè)計(jì)方式的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件；在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)層面上，我國(guó)仍在部分領(lǐng)域和整體性上有所缺失，各企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)自成一派無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，造成軟件缺乏系統(tǒng)化、全專業(yè)化的應(yīng)用［2］，無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)從數(shù)字化正向設(shè)計(jì)到施工甚至運(yùn)維的深層應(yīng)用。

1.2 當(dāng)前我國(guó)火力發(fā)電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

火力發(fā)電工程的數(shù)字化設(shè)計(jì)，是指利用數(shù)字、數(shù)據(jù)對(duì)火電廠所有物理現(xiàn)象以及工作對(duì)象建立起數(shù)字化模型，數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)是火電廠數(shù)字化的基礎(chǔ)，為火電廠數(shù)字提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.2.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)需求

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的逐漸成熟和國(guó)家對(duì)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化改革的支持，火力發(fā)電行業(yè)的市場(chǎng)供需關(guān)系出現(xiàn)了新的平衡，精細(xì)管理、安全運(yùn)行、節(jié)約成本、環(huán)保生產(chǎn)、智能運(yùn)維已經(jīng)成為電廠設(shè)計(jì)和建造的新需求。電廠數(shù)字化核心在于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)來(lái)源于設(shè)計(jì)［3］。以專業(yè)設(shè)計(jì)為依托，設(shè)計(jì)生產(chǎn)形成設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，支撐下游采購(gòu)、施工、管理、運(yùn)維的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)的運(yùn)行［4］。合理利用數(shù)字化設(shè)計(jì)和信息化技術(shù)支持，構(gòu)建數(shù)字化電廠，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化管理提高電廠核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1.2.2 目前火電電力行業(yè)主要數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)

目前電力設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用中，布置平臺(tái)主要有Aveva PDMS （Everything3D）、 Intergraph Smart?plant、 Bentley Microstation， 其 中 Aveva PDMS（Everything3D）因軟件交互流暢、功能覆蓋專業(yè)廣等優(yōu)勢(shì)占據(jù)火電電力設(shè)計(jì)行業(yè)主要的市場(chǎng)地位。基于布置平臺(tái)的基調(diào)，INPower、COMOS、SP&ID、Aveva Diagram、OePlantP&ID、CIRN 等不同專業(yè)的系統(tǒng)布置軟件，因與主要布置平臺(tái)的良好連接、設(shè)計(jì)的功能等優(yōu)勢(shì)，成為主流的系統(tǒng)布置軟件。同時(shí)，圍繞各平臺(tái)二次開(kāi)發(fā)的輔助設(shè)計(jì)軟件工具集，也成為各大平臺(tái)的重要補(bǔ)充工具，以PCDS、EHS、PWDS 為例，在提高設(shè)計(jì)效率層面大大發(fā)揮其重要性，使各平臺(tái)的應(yīng)用更適合國(guó)內(nèi)的工程設(shè)計(jì)習(xí)慣［2］。在原有平臺(tái)功能改良上，eZOrtho、Intelli?gentDraw、IDW、PDMSISO 等軟件改良了原PD?MS 平臺(tái)draft 模塊的功能，更大大提升了設(shè)計(jì)成品圖的質(zhì)量與抽圖的效率。其他主要軟件類型如表1所示［5］。

表1 市場(chǎng)主要軟件類型列表Tab.1 List of major software types in the market

1.3 海外大型9H燃機(jī)項(xiàng)目數(shù)字化應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)

由于9H 燃機(jī)項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)投產(chǎn)寥寥無(wú)幾，缺乏數(shù)據(jù)積累和軟件應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)上，9H 燃機(jī)項(xiàng)目的動(dòng)力島區(qū)、天然氣供應(yīng)區(qū)、水務(wù)區(qū)、供氫區(qū)、廠前區(qū)等布置設(shè)計(jì)與9F 燃機(jī)項(xiàng)目不同，在空間布置上，需要更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乜紤]安全與設(shè)備運(yùn)行問(wèn)題；運(yùn)維上，設(shè)計(jì)參數(shù)作為底層數(shù)據(jù)，完整性要求更高，以供各個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)使用；在協(xié)同和設(shè)計(jì)管理上，案例項(xiàng)目管理方對(duì)于管理和審查的精細(xì)度的要求，相對(duì)于普通國(guó)內(nèi)項(xiàng)目大大前置，因此對(duì)各階段布置精確性的要求也相應(yīng)提高。項(xiàng)目按照GE 國(guó)際項(xiàng)目通用管理制度，實(shí)行30%、60%、90%階段性PDMS 檢查，檢查內(nèi)容如表2 所示，30%階段布置精度要求已經(jīng)達(dá)到一般燃機(jī)項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)完成度的50%；在軟件應(yīng)用上，數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)不同專業(yè)使用不同的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件，再加上海外項(xiàng)目使用軟件與國(guó)內(nèi)軟件不同、標(biāo)準(zhǔn)不同，尤其是案例項(xiàng)目采用的是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏基礎(chǔ)元件庫(kù)和圍繞元件庫(kù)建立的各類軟件的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致軟件之間無(wú)接口、數(shù)據(jù)之間類型不同而無(wú)法互通，形成信息孤島；在設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式上，海外項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)模式與國(guó)內(nèi)有所不同，海外項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程已經(jīng)大多不需經(jīng)歷二維階段，直接通過(guò)三維方式表達(dá)設(shè)計(jì)內(nèi)容，而國(guó)內(nèi)仍處于從二維到三維過(guò)渡的階段，依舊離不開(kāi)二維的設(shè)計(jì)表達(dá)，為了實(shí)現(xiàn)同步設(shè)計(jì)管理，我們必須跨過(guò)差距克服設(shè)計(jì)模式的轉(zhuǎn)變帶來(lái)的困難［6］。因此，需要一套完整的解決方案，來(lái)應(yīng)對(duì)當(dāng)前存在的挑戰(zhàn)。

2 案例項(xiàng)目的數(shù)字化設(shè)計(jì)整體實(shí)施方案

基于數(shù)字化設(shè)計(jì)表達(dá)方式與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的不同，項(xiàng)目需要構(gòu)建一套區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)字化設(shè)計(jì)整體實(shí)施方案。以技術(shù)手段解決數(shù)字化設(shè)計(jì)問(wèn)題，以管理手段規(guī)范設(shè)計(jì)行為，提高協(xié)同作業(yè)的可操作性和效率。正向化設(shè)計(jì)技術(shù)性實(shí)施方案從協(xié)同平臺(tái)數(shù)據(jù)互通、熱機(jī)一體化平臺(tái)布置、土建數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)布置和數(shù)字化同步四個(gè)部分解決設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流通問(wèn)題、軟件功能集成問(wèn)題、協(xié)同作業(yè)問(wèn)題。從而滿足數(shù)據(jù)的集成管理利用和設(shè)計(jì)功能的集成，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的設(shè)計(jì)信息及時(shí)交互、方便修改調(diào)整、便捷管理、快速提取，設(shè)計(jì)完成后數(shù)據(jù)可封裝處理，實(shí)現(xiàn)移交且不改變數(shù)據(jù)原貌，可瀏覽、可檢索。［7］設(shè)計(jì)流程管理使用設(shè)計(jì)規(guī)范管理辦法規(guī)范了設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程的設(shè)計(jì)行為，解決了人為不規(guī)范因素引起的紊亂，使用系統(tǒng)應(yīng)用流程管理辦法規(guī)范了各工藝專業(yè)的生產(chǎn)流程和專業(yè)間的配合流程，解決了多專業(yè)多用戶協(xié)同設(shè)計(jì)的沖突，使用碰撞檢查管理辦法規(guī)范了項(xiàng)目碰撞檢查頻率與流程，消除碰撞，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。技術(shù)與管理雙線并行，形成案例項(xiàng)目的數(shù)字化設(shè)計(jì)整體實(shí)施方案，架構(gòu)圖如圖1所示。

表2 階段性檢查內(nèi)容對(duì)比表Tab.2 PDMS design review check list＊

2.1 正向設(shè)計(jì)技術(shù)性實(shí)施方案

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)整體實(shí)施方案架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of digital design overall implementation scheme

在數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)方面，先喬P&ID作為數(shù)據(jù)源頭，通過(guò)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提資發(fā)布到PDMS 實(shí)現(xiàn)二三維校驗(yàn)。工藝系統(tǒng)布置參數(shù)同樣以結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提資的方式提交到結(jié)構(gòu)專業(yè)，所有布置信息和數(shù)據(jù)自動(dòng)抽取成品。同時(shí)，工藝系統(tǒng)在先喬P&ID 系統(tǒng)中提資給熱控，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、流程設(shè)計(jì)和熱控邏輯圖設(shè)計(jì)的正向流程。所有數(shù)據(jù)從先喬出發(fā)，到各專業(yè)抽取施工圖紙只產(chǎn)生一次，形成數(shù)據(jù)的正向流轉(zhuǎn)。在軟件應(yīng)用方面，項(xiàng)目以PDMS 為主要布置平臺(tái)，各工藝專業(yè)在本專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件中形成初步設(shè)計(jì)，通過(guò)接口將數(shù)據(jù)發(fā)布或者導(dǎo)入PDMS 平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)。工藝專業(yè)使用INPower 進(jìn)行管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)，導(dǎo)入PDMS 平臺(tái)完成整體管道布置，配合使用Caesar II 進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算、EHS 進(jìn)行支吊架自動(dòng)生成并在PDMS 中完成與其他專業(yè)的協(xié)同作業(yè)并借助PCDS等工具進(jìn)行自動(dòng)提資。水工工藝專業(yè)，在PDMS 平臺(tái)中使用PWSD 進(jìn)行廠區(qū)給水排水管道設(shè)計(jì)。暖通專業(yè)使用HY-Load Calculation 進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷運(yùn)算并在REVIT 中形成暖通模型、電氣專業(yè)使用E-Tap 和博超CAB 進(jìn)行電氣一體化設(shè)計(jì)，并將模型轉(zhuǎn)化導(dǎo)入至PDMS。土建專業(yè)使用SAP2000，PKPM，YJKMIDAS-GEN，MIDASGTS，Safe，GEO5 軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，形成計(jì)算模型后在SAP2000、PKPM 或者TJK 中輸出相對(duì)應(yīng)的計(jì)算文件，通過(guò)PDST 導(dǎo)入到Revit中轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)模型，并進(jìn)行工藝專業(yè)荷載、埋鐵、開(kāi)孔的收資和自動(dòng)出圖，同時(shí)可通過(guò)相應(yīng)接口將模型自動(dòng)發(fā)布至PDMS 平臺(tái)。其中，通過(guò)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)軟件與PDMS 接口，實(shí)現(xiàn)各設(shè)計(jì)軟件的數(shù)據(jù)與PDMS 平臺(tái)的互通，形成數(shù)據(jù)的集成，連接設(shè)計(jì)過(guò)程的信息孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下貫通。軟件體系架構(gòu)如圖2所示。

2.1.1 首次選用E3D 平臺(tái)，與歐洲進(jìn)行全球協(xié)同配合

圖2 GEDI發(fā)電工程數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)架構(gòu)圖Fig.2 Architecture diagram of GEDI power plant project digital design platform

孟加拉Unique項(xiàng)目為廣東院第一個(gè)通過(guò)數(shù)字化方式，與GE 公司的歐洲實(shí)驗(yàn)室、GE 和OE 的印度項(xiàng)目公司、孟加拉施工方進(jìn)行同步協(xié)同設(shè)計(jì)管理的嘗試。E3D 平臺(tái)可完全兼容PDMS12.1 版本，提供大量樣板數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)院中使用軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，執(zhí)行保存即可同步上傳至GEDI的服務(wù)器，印度項(xiàng)目公司和孟加拉施工方即可通過(guò)SFTP 自動(dòng)獲取更新的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳遞。印度項(xiàng)目公司獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行審查，并將結(jié)果實(shí)時(shí)反饋設(shè)計(jì)院和孟加拉施工現(xiàn)場(chǎng)。實(shí)現(xiàn)多單位實(shí)施共享信息，完成協(xié)同。項(xiàng)目數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)關(guān)系圖如圖3 所示，項(xiàng)目各方網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖3 Unique項(xiàng)目數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)示意圖Fig.3 Diagram of data flow for Unique project

圖4 項(xiàng)目各方網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Fig.4 Network architecture diagram of project parties

2.1.2 熱機(jī)一體化平臺(tái)

熱機(jī)一體化平臺(tái)以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，以PDMS 為主要布置平臺(tái)，以先喬INPower 為系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)［8］，開(kāi)發(fā)多項(xiàng)接口支撐軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)計(jì)算、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)、成品輸出的上下貫通，最大化信息使用價(jià)值，服務(wù)于工程設(shè)計(jì)。

2.1.2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用成果

消化了大量美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建了美標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，涵蓋《GD 2016 發(fā)電廠汽水管道零件及部件典型設(shè)計(jì)2016版》基礎(chǔ)庫(kù)、美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和大量非標(biāo)元件庫(kù)，同時(shí)利用數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建經(jīng)驗(yàn)同步完善了歐標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成了設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的建模和閥門庫(kù)的補(bǔ)充，充盈了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容。編制了熱機(jī)、儀控、化水、環(huán)保等主要專業(yè)、主要設(shè)備的設(shè)計(jì)命名規(guī)則，通過(guò)統(tǒng)一編碼方式實(shí)現(xiàn)P&ID 和PDMS 平臺(tái)共同索引，奠定二三維同步設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。由于基礎(chǔ)元件庫(kù)的內(nèi)容等級(jí)繁多、數(shù)量龐大、參數(shù)詳細(xì)等特點(diǎn)，管理困難，結(jié)合Excel 數(shù)據(jù)處理便捷性，開(kāi)發(fā)接口支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)Excel編輯，滿足非標(biāo)項(xiàng)目庫(kù)的快速創(chuàng)建。

2.1.2.2 先喬P&ID應(yīng)用成果

先喬P&ID 以數(shù)據(jù)庫(kù)為支持，提供了以典型燃機(jī)工程模板為參照，實(shí)現(xiàn)了工藝和熱控專業(yè)的P&ID 聯(lián)合設(shè)計(jì)，兩個(gè)專業(yè)利用同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、在同一張圖紙上進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)向熱控的自動(dòng)提資。徹底解決了手工設(shè)計(jì)中遇到的兩個(gè)專業(yè)圖紙不一致、圖紙和清冊(cè)不對(duì)應(yīng)、編碼重復(fù)等低級(jí)錯(cuò)誤［9］。工藝系統(tǒng)布置在CAD 中完成系統(tǒng)圖的布置繪制，實(shí)現(xiàn)了工藝布置管道規(guī)格自動(dòng)計(jì)算和閥門自動(dòng)選型，使P&ID 圖具有完整的屬性。根據(jù)統(tǒng)一編碼規(guī)則實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)精細(xì)化管理，集成熱平衡圖、設(shè)備數(shù)據(jù)、工程邊界數(shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)與下游軟件的數(shù)據(jù)匹配，使接口數(shù)據(jù)可用于應(yīng)力計(jì)算結(jié)果、符合驗(yàn)證與返回支吊架設(shè)計(jì)賦值，直至設(shè)計(jì)完成輸出成品。

2.1.2.3 PDMS應(yīng)用成果

PDMS-Everything3D 是主要的布置平臺(tái)，具有所見(jiàn)即所得、實(shí)時(shí)碰撞檢查、數(shù)據(jù)庫(kù)豐富、可模擬的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，PDMS 開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境滿足了與多個(gè)軟件接合的需求，借助市場(chǎng)的現(xiàn)有軟件和強(qiáng)大的自主開(kāi)發(fā)能力，在PDMS 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“五個(gè)智能、兩個(gè)成果”。

PDMS 平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳遞，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳遞，以數(shù)據(jù)庫(kù)作為支撐，實(shí)現(xiàn)P&ID 設(shè)計(jì)平臺(tái)與PDMS 設(shè)計(jì)平臺(tái)基于KKS 編碼的關(guān)聯(lián)接口，P&ID 圖中的管道所有信息包括管道等級(jí)、保溫等可自動(dòng)同步到PDMS 中，初步實(shí)現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，打破二維至三維的壁壘。利用將三維模型應(yīng)力計(jì)算接口生成應(yīng)力計(jì)算分析文件中間文件，導(dǎo)入Caesar II 或GLIF計(jì)算軟件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)計(jì)算與布置的同步，完成三維設(shè)計(jì)的統(tǒng)一。以模型為信息載體，開(kāi)發(fā)數(shù)字化移交工具，將設(shè)計(jì)成果以模型形式進(jìn)行數(shù)字化移交，支撐采購(gòu)、施工、運(yùn)維等系統(tǒng)，支撐電廠數(shù)字化的全生命周期應(yīng)用。

1）五個(gè)智能

（1）智能提資：設(shè)計(jì)信息由管道模型為載體傳遞，基于荷載信息實(shí)現(xiàn)荷載提資，對(duì)荷載自動(dòng)組群計(jì)算，自動(dòng)賦值實(shí)現(xiàn)埋鐵提資和開(kāi)孔提資，智能提資流程如圖5 所示，對(duì)信息綜合使用實(shí)現(xiàn)提資管理［10］。

圖5 智能提資流程圖Fig.5 Intelligent capital drawing flow chart

（2）智能支吊架設(shè)計(jì)：基于數(shù)據(jù)傳遞和元件庫(kù)基礎(chǔ)，將前期提資用的冷管道支吊邏輯點(diǎn)數(shù)據(jù)及智能生成的支吊架信息輸送給支吊架設(shè)計(jì)軟件EHS，實(shí)現(xiàn)冷管道支吊架快速出圖。或使用邏輯點(diǎn)工具，自動(dòng)計(jì)算管道荷載，匹配最適合管道生根的梁柱節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)生成支吊架。因材施教式對(duì)不同管道區(qū)別使用工具，提高設(shè)計(jì)效率［11］。

（3）智能校審：通過(guò)開(kāi)發(fā)CAD 二維圖導(dǎo)入到PDMS 接口，實(shí)現(xiàn)二三維智能轉(zhuǎn)換，輔助司令圖快速校核審圖?；跀?shù)據(jù)庫(kù)集成提資數(shù)據(jù)和司令圖信息，一鍵核對(duì)校審實(shí)體埋件，實(shí)現(xiàn)線上圖紙會(huì)簽。

（4）智能雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)：PWDS 基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，統(tǒng)一PDMS 平臺(tái)可視化和CAD 軟件操作便利的特點(diǎn)，匯總開(kāi)發(fā)了廠區(qū)管道計(jì)算與校核功能。消除傳統(tǒng)地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、數(shù)據(jù)繁多、計(jì)算量巨大、易出現(xiàn)碰撞等弊端，通過(guò)場(chǎng)地的分析和參數(shù)輸入，自動(dòng)計(jì)算并生成全廠給水管道、排水管道、供水管道、供水建構(gòu)筑物和總圖道路等模型，同時(shí)滿足三維模型的自動(dòng)化出圖與材料抽取。

（5）智能電纜敷設(shè)：基于豐富的電廠電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)元件庫(kù)的支持，以電纜敷設(shè)和電纜清冊(cè)輸出為最終目標(biāo)，以電纜通道為解決方案，開(kāi)發(fā)了智能電纜敷設(shè)軟件。將通道布置、橋架布置和電纜敷設(shè)集中一體，快速便捷操作，彌補(bǔ)PDMS 平臺(tái)電氣布置設(shè)計(jì)的劣勢(shì)，并實(shí)現(xiàn)專業(yè)間三維碰撞檢查的可控性和直觀性。

2）兩個(gè)成果

（1）成品輸出：優(yōu)化PDMS ISO 抽圖過(guò)程，開(kāi)發(fā)CAD 抽圖批量處理插件。以基礎(chǔ)出圖樣式為模板，以出圖信息類型為主要單位，以成品圖為最終目的，靈活實(shí)現(xiàn)可任意排列組合的出圖方式，快速根據(jù)信息類型分類抽取或屏蔽模型中信息，形成施工成品圖。

（2）材料表輸出：基于設(shè)計(jì)信息自上而下的完整集成，開(kāi)發(fā)了材料表的輸出功能。實(shí)現(xiàn)以Excel表格為模板，每個(gè)項(xiàng)目個(gè)性化定制表格模板，一鍵自動(dòng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)計(jì)算材料，輸出規(guī)范材料表。

2.1.3 土建數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)

建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)平臺(tái)主要為Revit。Revit 是為Autodesk公司系列產(chǎn)品，為建筑設(shè)計(jì)、MEP工程設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)工程提供良好的平臺(tái)和穩(wěn)定高效的工具。結(jié)合PCDS、PDST軟件，形成一套完整的多專業(yè)跨平臺(tái)設(shè)計(jì)解決方案。PCDS是基于PDMS平臺(tái)與Re?vit 平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)管道和結(jié)構(gòu)專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)。PDST 支持工藝等專業(yè)在PDMS 平臺(tái)中進(jìn)行三維埋件、荷載以及荷載提資，同時(shí)將提資發(fā)布給土建結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行荷載分配及最終的出圖［12］。

1）接口：土建結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件為PKPM、YJK、SAP200、Midas 等，利用接口導(dǎo)入，完成計(jì)算數(shù)據(jù)利用與轉(zhuǎn)化，保證信息傳輸，為專業(yè)間協(xié)同作業(yè)創(chuàng)造環(huán)境條件。

2）收資：通過(guò)讀取Mongo DB 中各專業(yè)提資信息，實(shí)現(xiàn)與PDMS 工藝專業(yè)的協(xié)同、收資荷載、分配荷載、計(jì)算并生成埋件，最終封裝發(fā)布實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)協(xié)助，流程清晰有序，使跨平臺(tái)協(xié)作達(dá)到信息準(zhǔn)確、行為可控、配合高效的狀態(tài)。

3）鋼筋算量：采用開(kāi)放式的操作模式，對(duì)結(jié)構(gòu)施工圖設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行完整分析，將數(shù)據(jù)用于鋼筋算量、三維鋼筋自動(dòng)建模、數(shù)據(jù)過(guò)渡。

4）出圖：設(shè)計(jì)是不斷調(diào)整與變更的過(guò)程，軟件操作便捷性是基本要求，提高效率是目的，工具豐富實(shí)現(xiàn)批量處理是手段，設(shè)計(jì)成果是最終檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳遞與積累在PDST 集成結(jié)果，實(shí)現(xiàn)模板圖、剖面圖、梁板柱平法、配筋圖等結(jié)果自動(dòng)輸出［13］。

2.1.4 數(shù)字化同步

利用自主開(kāi)發(fā)能力，開(kāi)發(fā)全自動(dòng)數(shù)字化同步工具。數(shù)字化同步工具滿足既要保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)又要信息完整的要求。自動(dòng)匹配設(shè)計(jì)元件庫(kù)篩選，并對(duì)重要信息做了處理，根據(jù)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)模型所需字段，需要直接屏蔽非剛需信息，保證信息安全性，同時(shí)滿足軟件的自動(dòng)版本管理。直接填充了我們數(shù)字化同步工具空白的業(yè)務(wù)，同時(shí)服務(wù)于其他項(xiàng)目。

2.2 設(shè)計(jì)管理流程

由于數(shù)字化設(shè)計(jì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)在各個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)流通，信息的流向路徑和流動(dòng)方式顛覆了傳統(tǒng)形式，相應(yīng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理機(jī)制也應(yīng)隨著設(shè)計(jì)手段的進(jìn)步而變革。

2.2.1 設(shè)計(jì)規(guī)范管理

數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)計(jì)平臺(tái)統(tǒng)一了數(shù)據(jù)資源，設(shè)計(jì)管理規(guī)范統(tǒng)一了設(shè)計(jì)行為。使用統(tǒng)一規(guī)范的手段解決各專業(yè)之間內(nèi)容不一致、圖面與清冊(cè)不一致、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布置不一致等常見(jiàn)問(wèn)題，大大提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

根據(jù)項(xiàng)目所在企業(yè)的技術(shù)規(guī)定《GEDI 管道及管件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)規(guī)定》制定了管道及管件的選用原則；消化吸收美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建基于《GD 2016發(fā)電廠汽水管道零件及部件典型設(shè)計(jì)2016版》基礎(chǔ)庫(kù)的美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并補(bǔ)充了大量的非標(biāo)元件。

根據(jù)企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)管理規(guī)定，明確了數(shù)字化設(shè)計(jì)的分工與流程、規(guī)范與要求、模型深度、碰撞檢查規(guī)則、數(shù)據(jù)規(guī)范等，形成系統(tǒng)管理體系，規(guī)范設(shè)計(jì)生產(chǎn)行為，明確生產(chǎn)要求，保證設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行和高效率高品質(zhì)完成。

2.2.2 系統(tǒng)應(yīng)用流程管理

由于多專業(yè)多平臺(tái)多用戶的同步協(xié)同，在軟件使用過(guò)程中，應(yīng)形成一套流暢清晰的流程，項(xiàng)目制定了智能提資流程［14］、電氣及熱控專業(yè)三維設(shè)計(jì)流程和管道設(shè)計(jì)流程，滿足設(shè)計(jì)生產(chǎn)的需要和協(xié)同作業(yè)的流利配合。

2.2.2.1 智能提資流程

智能提資流程主要分為四個(gè)階段節(jié)點(diǎn)。施工圖初步階段：工藝專業(yè)根據(jù)施工圖初步設(shè)計(jì)資料以傳統(tǒng)提資的模式提資含有軸網(wǎng)、層高、大荷載給土建專業(yè)，結(jié)構(gòu)專業(yè)兩周內(nèi)建立包含主框架和樓板的初步模型。荷載、開(kāi)孔提資階段：工藝專業(yè)通過(guò)PD?MS發(fā)布荷載和初步開(kāi)孔資料。埋件開(kāi)孔提資階段：土建專業(yè)固化主框架模型和一級(jí)次梁并更新發(fā)布模型，工藝專業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的布置設(shè)計(jì)，提資埋件與開(kāi)孔，與土建專業(yè)就提資信息進(jìn)行充分的反饋配合，完成調(diào)整并固化，這個(gè)階段是整個(gè)提資流程中上下游專業(yè)配合最多也是數(shù)據(jù)交互最多的階段。出圖階段：在第三階段工作完成后，多專業(yè)協(xié)同的提資需要由土建專業(yè)發(fā)起會(huì)簽，會(huì)簽完成后，土建專業(yè)直接在PDST 軟件完成自動(dòng)出圖，出圖結(jié)果要求只允許修改圖面的信息物理屬性如調(diào)整埋件標(biāo)注的位置，不允許修改圖面信息。流程圖如圖6所示。

圖6 三維提資流程圖Fig.6 3D capital drawing flow chart

2.2.2.2 電氣及熱控專業(yè)三維設(shè)計(jì)流程

電氣及熱控三維設(shè)計(jì)流程主要體現(xiàn)在電纜橋架設(shè)計(jì)階段。確定設(shè)備電纜橋架布置方案后建立電纜通道、設(shè)備，與管道、結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行碰撞檢查后調(diào)整電纜通道布置方案，生成橋架與電纜，實(shí)現(xiàn)橋架布置圖出圖與電纜清冊(cè)出圖。流程圖如圖7所示。

2.2.2.3 管道設(shè)計(jì)流程

圖7 電氣及熱控專業(yè)三維設(shè)計(jì)流程圖Fig.7 Electrical and I&C 3D design flow chart

工藝管道設(shè)計(jì)流程根據(jù)平臺(tái)的集中使用情況分為三個(gè)階段。第一階段各工藝專業(yè)在設(shè)計(jì)輸入評(píng)審后在各自專業(yè)設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行智能的系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)，要求流程圖設(shè)計(jì)階段管道信息必須完整精確填寫。第二階段各工藝專業(yè)管道設(shè)計(jì)信息導(dǎo)入PDMS平臺(tái)，形成三維模型并建立設(shè)備模型，完善管道模型，與結(jié)構(gòu)模型和橋架模型進(jìn)行碰撞檢查，初步調(diào)整優(yōu)化消除碰撞，布置邏輯點(diǎn)生成支吊架模型再次進(jìn)行碰撞檢查和調(diào)整，提取應(yīng)力計(jì)算輸入文件進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算后抽取ISO 圖提交校審；設(shè)計(jì)校審?fù)ㄟ^(guò)隨即進(jìn)入提資階段并建立支吊架三維模型并再次進(jìn)行碰撞檢查與調(diào)整。第三階段，各工藝專業(yè)完成管道設(shè)計(jì)，在PDMS 中根據(jù)各自的管道模型成品進(jìn)行管道布置圖、ISO 圖、材料表和支吊架示意圖的抽取，提交校核通過(guò)，至此完成管道設(shè)計(jì)，根據(jù)合同要求提交設(shè)計(jì)成品。流程圖如圖8所示。

2.2.3 碰撞檢查

項(xiàng)目組制定了完整的碰撞檢查管理方法，由項(xiàng)目設(shè)總牽頭組織，施工圖階段每1 個(gè)月由三維小組進(jìn)行一次綜合碰撞檢查并提供碰撞報(bào)告，并協(xié)調(diào)各專業(yè)進(jìn)行碰撞調(diào)整，同時(shí)在重要出圖節(jié)點(diǎn)如主廠房基礎(chǔ)圖、框架圖、布置圖等圖紙出圖前進(jìn)行一次綜合三維碰撞檢查。收到碰撞檢查報(bào)告后一周內(nèi)完成修改并提交碰撞處理結(jié)果。如有專業(yè)間的重大碰撞問(wèn)題，需由設(shè)計(jì)總工程師協(xié)調(diào)解決。保證設(shè)計(jì)碰撞問(wèn)題的及時(shí)消除，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3 項(xiàng)目應(yīng)用總結(jié)

3.1 孟加拉Unique項(xiàng)目應(yīng)用效果

圖8 管道設(shè)計(jì)流程圖Fig.8 Piping design flow chart

孟加拉Unique 項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)利用數(shù)字化手段，將數(shù)據(jù)交給程序，將設(shè)計(jì)工程師還給設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)效果上，本項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)具有可視性、可優(yōu)化性、協(xié)調(diào)性、模擬性等優(yōu)點(diǎn)，將設(shè)計(jì)效果以直觀的形式呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)人面前，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量。在設(shè)計(jì)效率上，大大減少了設(shè)計(jì)工程師的圖紙繪制、數(shù)據(jù)整理、文檔傳遞等傳統(tǒng)工作所消耗的時(shí)間，以提資為例，一個(gè)項(xiàng)目主廠房的大量預(yù)埋件，傳統(tǒng)上需要結(jié)構(gòu)工程師耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力參照?qǐng)D集逐個(gè)核算并繪圖，但是依靠數(shù)字化手段，只需毫秒級(jí)的時(shí)間進(jìn)行一鍵計(jì)算與生成，同步出圖。大幅度提升了設(shè)計(jì)效率。在設(shè)計(jì)質(zhì)量上，通過(guò)碰撞檢查和智能核算的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，大幅度減少了設(shè)計(jì)的碰撞或者人為干涉存在的錯(cuò)誤，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的質(zhì)量控制。在信息利用率上，實(shí)現(xiàn)了“多個(gè)來(lái)源，一個(gè)數(shù)據(jù)樞紐和主線”，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，一次輸入多次且多方利用，完成流暢有序的數(shù)據(jù)流動(dòng)，大大提高了數(shù)據(jù)有效性、準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

3.2 孟加拉Unique項(xiàng)目的突破與擴(kuò)展效益

基于孟加拉Unique 為首個(gè)海外9H 燃項(xiàng)目，需要實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)與管理的項(xiàng)目，真正將設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工（EPC）總承包商等各方融合為工程建設(shè)的一體，打破了設(shè)計(jì)與施工協(xié)同作業(yè)與管理方式上的傳統(tǒng)。這一全新的設(shè)計(jì)模式既是挑戰(zhàn)也是機(jī)會(huì)。經(jīng)過(guò)多個(gè)項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累，程序工具的不斷開(kāi)發(fā)，孟加拉Unique項(xiàng)目厚積薄發(fā)，大膽實(shí)行了全廠全專業(yè)正向數(shù)字化設(shè)計(jì)。首次消化吸收了大量美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建了基于《GD 2016 發(fā)電廠汽水管道零件及部件典型設(shè)計(jì)2016版》基礎(chǔ)庫(kù)的美標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，并補(bǔ)充了大量的非標(biāo)元件，并充盈了基礎(chǔ)元件庫(kù)；首次正式使用智能電纜敷設(shè)軟件并基于工程應(yīng)用大膽提出開(kāi)發(fā)，精進(jìn)軟件功能；水工工藝專業(yè)首次使用全過(guò)程數(shù)字化設(shè)計(jì)為其他同等項(xiàng)目提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)；首次全廠總圖布置數(shù)字化設(shè)計(jì)，為軟件功能測(cè)試提供了寶貴實(shí)際工程數(shù)據(jù)；首次實(shí)現(xiàn)熱機(jī)一體化平臺(tái)和土建一體化平臺(tái)在項(xiàng)目上的統(tǒng)一，完成數(shù)字化正向設(shè)計(jì)的正式應(yīng)用與嘗試。首次開(kāi)發(fā)了數(shù)字化移交工具、元件庫(kù)版本工具等工具，直接填補(bǔ)了我們數(shù)字化移交工具的空白。許多個(gè)首次是源于孟加拉Unique項(xiàng)目組的開(kāi)拓精神，我們不斷在項(xiàng)目中探索前行，總結(jié)反省，完善開(kāi)發(fā)相應(yīng)的程序，將成果服務(wù)于其他項(xiàng)目，將經(jīng)驗(yàn)匯總成能力，更好地完成設(shè)計(jì)工作。

4 結(jié) 論

孟加拉Unique項(xiàng)目提出的數(shù)字化正向設(shè)計(jì)解決方案，以技術(shù)手段為主，解決了數(shù)據(jù)互通、軟件互通等重大障礙，以管理手段為輔，規(guī)范了設(shè)計(jì)行為和定制了相關(guān)規(guī)范，滿足管理提升同步于技術(shù)進(jìn)步。項(xiàng)目全過(guò)程設(shè)計(jì)院內(nèi)部利用數(shù)字化手段開(kāi)展設(shè)計(jì)和協(xié)同，軟件和工具集能覆蓋設(shè)計(jì)師工作的方方面面，從計(jì)算到布置，從提資到出圖，設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效率大大提升。從多方協(xié)同來(lái)看，項(xiàng)目組以E3D歐洲數(shù)據(jù)庫(kù)為樞紐，實(shí)現(xiàn)了各方設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的同步傳遞。本項(xiàng)目的應(yīng)用充分證明了通過(guò)數(shù)字化技術(shù)手段減少了人為對(duì)數(shù)據(jù)的干涉，保證數(shù)據(jù)使用的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)傳遞的高效性，才可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的數(shù)字賦能、技術(shù)賦能。做到更好地服務(wù)于項(xiàng)目，服務(wù)于市場(chǎng)。