林達(dá)平 張手琴 王付軍
(中國核電工程有限公司,北京 100840)
傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)是利用三維軟件進(jìn)行物項(xiàng)布置,利用軟件展示核電站模型,施工人員通過瀏覽模型,對(duì)整個(gè)核電站全景有簡單的認(rèn)識(shí),從而達(dá)到輔助施工的目的。然而,這種工作模式浪費(fèi)了三維模型的功能,不能滿足核電施工的需求。隨著核電技術(shù)的發(fā)展,各個(gè)國家各個(gè)公司越來越注重核電站的智能化和數(shù)字化,由此提出了“數(shù)字核電站”的概念。數(shù)字核電站是指以數(shù)字化方式表示核電站中的各類物項(xiàng),與實(shí)體核電站相對(duì)應(yīng)。與傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)相比,數(shù)字核電站不僅重視核電站的模型,更重視依附在其模型中的數(shù)據(jù)。在數(shù)字核電站中,涵蓋了各系統(tǒng)、設(shè)備、構(gòu)筑物的外形尺寸,以及其所涵蓋的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)屬性、安裝邏輯、運(yùn)行方式等,形成了基于數(shù)字化的虛擬核電站,以滿足核電站設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行、老化管理直至退役與環(huán)境治理的多方位綜合需求。
現(xiàn)階段,國內(nèi)核電設(shè)計(jì)院大多依托于PDMS(Plant Design Management System)軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。搭建三維設(shè)計(jì)平臺(tái),在平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)管理,并將設(shè)計(jì)成果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的施工建造,對(duì)于核電施工可以產(chǎn)生巨大的效益。利用三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的施工模擬,有助于優(yōu)化施工方案,減少返工,提高施工質(zhì)量。為了將數(shù)字化核電設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)和施工要求,便需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)字化需求進(jìn)行分析研究,以實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)與項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)。
現(xiàn)有核電施工數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀如下:
(1)設(shè)計(jì)院使用的三維設(shè)計(jì)模型(例如PDMS模型)對(duì)計(jì)算機(jī)和人員的需求較高,其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能在施工現(xiàn)場(chǎng)施不需要的,現(xiàn)場(chǎng)施工人員更多關(guān)注軟件的模型瀏覽功能。
(2)現(xiàn)場(chǎng)施工管理系統(tǒng)與三維設(shè)計(jì)平臺(tái)無關(guān)聯(lián),施工人員在施工管理系統(tǒng)手動(dòng)錄入圖紙信息、計(jì)劃協(xié)調(diào)、現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制、安裝進(jìn)度報(bào)量、質(zhì)量監(jiān)督管理等數(shù)據(jù)以進(jìn)行項(xiàng)目施工管理。在施工現(xiàn)場(chǎng),施工單位往往需要安排專人進(jìn)行信息的錄入和審核,而這些信息大多已經(jīng)存在與三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中,這些機(jī)械性、重復(fù)性的工作完全可以與三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接共享并按需導(dǎo)入。
(3)現(xiàn)場(chǎng)施工管理系統(tǒng)無法從三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中獲取需要的設(shè)計(jì)信息,而設(shè)計(jì)人員在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)也無法了解現(xiàn)場(chǎng)的施工進(jìn)度、施工需求等施工情況。
(4)現(xiàn)場(chǎng)施工單位在施工時(shí),需要根據(jù)施工圖紙進(jìn)行施工分析,對(duì)圖紙進(jìn)行技術(shù)分解,開啟質(zhì)量計(jì)劃,并實(shí)施施工?,F(xiàn)場(chǎng)施工無法離開施工圖紙,無法利用三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的模型及施工數(shù)據(jù)直接進(jìn)行核電施工。
(5)對(duì)于施工模擬和動(dòng)畫功能的需求,目前三維設(shè)計(jì)平臺(tái)還不夠完善,操作較為復(fù)雜。
將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)過程和施工過程,即打通三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)同施工管理數(shù)據(jù)的接口?,F(xiàn)場(chǎng)施工人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的需求,從先進(jìn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中準(zhǔn)確查詢并獲取需求的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。同時(shí)先進(jìn)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)還可以利用輕量化模型瀏覽和模擬驗(yàn)證功能,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)方案進(jìn)行指導(dǎo),對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制等信息進(jìn)行管理。
(1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工單位對(duì)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的數(shù)據(jù)需求,定制三維設(shè)計(jì)平臺(tái)適用于現(xiàn)場(chǎng)施工的模型輸出,剔除現(xiàn)場(chǎng)施工不關(guān)心的數(shù)據(jù)和功能,對(duì)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的模型輸出進(jìn)行輕量化處理,以降低模型對(duì)計(jì)算機(jī)性能的需求。同時(shí)對(duì)模型操作進(jìn)行優(yōu)化,使得發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)的輕量化模型易于上手,滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的模型瀏覽和數(shù)據(jù)查詢等需求。
(2)構(gòu)建三維設(shè)計(jì)平臺(tái)與施工管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口,對(duì)于已在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中存在的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以方便地查詢并導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)施工管理系統(tǒng),以減少施工人員手動(dòng)錄入的工作量和錯(cuò)誤率。由于施工單位各專業(yè)都有自己的數(shù)據(jù)庫,對(duì)各自數(shù)據(jù)庫的管理維護(hù)需求不一致,因此,需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)的需求,制定符合設(shè)計(jì)和施工的數(shù)據(jù)規(guī)范,使這些數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地查詢和導(dǎo)出。
(3)材料管理,包括材料匯總、材料采購和材料分發(fā),是施工過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn),也是施工過程中最為煩瑣的工作之一。優(yōu)化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中的材料統(tǒng)計(jì),實(shí)現(xiàn)以SSC結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的材料架構(gòu),使三維設(shè)計(jì)平臺(tái)能夠方便地對(duì)不同廠房、不同房間、不同系統(tǒng)、不同專業(yè)的材料統(tǒng)計(jì),對(duì)施工項(xiàng)目材料管理進(jìn)行數(shù)據(jù)支持。其次,由于在項(xiàng)目周期內(nèi),各專業(yè)物項(xiàng)存在變更的可能,材料統(tǒng)計(jì)始終在不斷地變動(dòng)當(dāng)中;或者現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常由于現(xiàn)場(chǎng)缺貨、而物項(xiàng)采購周期長無法施工,采用同一項(xiàng)目廠址借用已建項(xiàng)目材料的解決辦法。因此,應(yīng)在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中搭建完整的材料庫,包含現(xiàn)場(chǎng)使用的所有材料,為了材料管理的準(zhǔn)確,需要將設(shè)計(jì)院變更、施工單位變更導(dǎo)致的材料信息都進(jìn)行統(tǒng)計(jì),需要關(guān)聯(lián)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)施工管理系統(tǒng),提取現(xiàn)場(chǎng)材料數(shù)據(jù)庫,做到實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)統(tǒng)計(jì),為設(shè)計(jì)和施工協(xié)同提供便利。
(4)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)也可以從施工管理系統(tǒng)提取施工進(jìn)度、施工計(jì)劃等工程信息,以方便設(shè)計(jì)人員能夠依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度進(jìn)行設(shè)計(jì),以優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)度,使得設(shè)計(jì)進(jìn)度和施工進(jìn)度相匹配。通過接口,三維設(shè)計(jì)平臺(tái)可以從施工管理系統(tǒng)中提取現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制、材料庫存、施工難度等情況,設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,選擇最優(yōu)的變更方案。建立施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)的三維模型,通過觀看施工過程,可以驗(yàn)證計(jì)劃條目間的邏輯關(guān)系,觀察是否出現(xiàn)施工邏輯錯(cuò)誤,對(duì)不合理工作條目進(jìn)行調(diào)整并反映到最佳方案中,并能使計(jì)劃在執(zhí)行過程中得到有效的控制和監(jiān)督。
(5)現(xiàn)階段,現(xiàn)場(chǎng)施工無法離開施工圖紙,因此,三維設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)該具備出圖功能,輸出現(xiàn)場(chǎng)施工所需的施工圖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)不同專業(yè)的施工圖的需求,三維設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)出圖定制。從長遠(yuǎn)角度來看,施工單位應(yīng)考慮采用數(shù)字化施工,直接利用三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的模型數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行施工,預(yù)計(jì)可以大大提高安裝施工效率,并降低工程造價(jià)。
對(duì)核電施工數(shù)字化現(xiàn)狀和需求進(jìn)行歸納,可以將核電施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化需求總結(jié)為以下三點(diǎn):
(1)功能完善:現(xiàn)階段核電設(shè)計(jì)主要依托于PDMS搭建三維設(shè)計(jì)平臺(tái),但是由于PDMS自身的功能不夠完善,為了優(yōu)化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)的使用功能,便需要在PDMS的基礎(chǔ)上開發(fā)適用于現(xiàn)場(chǎng)施工的平臺(tái)功能;
(2)成果輸出:利用三維設(shè)計(jì)平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)表單、設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)模型的輸出,這些數(shù)字化交付成果可以直接用于現(xiàn)場(chǎng)的施工,在搭建三維設(shè)計(jì)平臺(tái)時(shí),應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的需求,輸出現(xiàn)場(chǎng)施工需要的數(shù)字化成果;
(3)搭建接口:搭建三維設(shè)計(jì)平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)施工管理的接口,將設(shè)計(jì)情況與現(xiàn)場(chǎng)施工情況相關(guān)聯(lián),現(xiàn)場(chǎng)施工管理可以通過三維設(shè)計(jì)平臺(tái)獲取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),三維設(shè)計(jì)平臺(tái)可以通過現(xiàn)場(chǎng)施工管理獲得施工進(jìn)度、施工計(jì)劃等工程信息,以及材料庫存、施工難度等施工情況,方便設(shè)計(jì)與施工的交互聯(lián)通。
對(duì)核電施工數(shù)字化現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研,對(duì)數(shù)字化需求進(jìn)行分析,將核電施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化需求總結(jié)為功能完善、成果輸出、搭建接口三個(gè)方面,為搭建三維設(shè)計(jì)平臺(tái)提供指導(dǎo)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求,為三維設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建相關(guān)的功能提供基礎(chǔ),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)到現(xiàn)場(chǎng)施工的傳遞,提高施工質(zhì)量和施工效率,完善數(shù)字核電站的建設(shè)。