溫穎帥

（核工業(yè)工程研究設(shè)計(jì)有限公司，北京 101300）

田灣核電站3、4號(hào)機(jī)組是由俄羅斯設(shè)計(jì)的AES-91堆型百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。在俄羅斯圣彼得堡院出版的設(shè)計(jì)文件中，對(duì)于DN＜80 mm的小管就僅給出了局部流程圖，而沒(méi)有給出平面布置圖、管道軸測(cè)圖及其支吊架圖紙，不具備直接施工條件。因此如何準(zhǔn)確、快速地進(jìn)行小管的現(xiàn)場(chǎng)布線就顯得十分重要。

1 設(shè)計(jì)條件分析及設(shè)計(jì)方案確定

根據(jù)俄方出版的上游設(shè)計(jì)文件，需現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行布線的小管主要包括反應(yīng)堆廠房（UJA）、核輔助廠房（UKA）的疏排水、排污、監(jiān)測(cè)、取樣等系統(tǒng)管線。這部分施工圖紙中，能參考的只有局部系統(tǒng)流程圖，其他設(shè)計(jì)信息都沒(méi)有給出。

例如，在31UJA廠房的一套管道施工圖中，根據(jù)局部流程圖及管線特性表，小管30KUA62BR001~30KUA65BR009等多條管線均未給出平面布置圖及管道軸測(cè)圖，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)布線。這部分小管線屬于反應(yīng)堆裝置輔助系統(tǒng)的取樣系統(tǒng)（KUA），管道外徑為14 mm，設(shè)計(jì)溫度分別為80 ℃、150 ℃，管線總長(zhǎng)預(yù)計(jì)180 m左右。除了給出的幾個(gè)接口點(diǎn)坐標(biāo)，其余布置信息均不明確。

由于上游提供的施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度不足以直接用于現(xiàn)場(chǎng)施工，因此需要在上游提供的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等資料基礎(chǔ)上，具體結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件進(jìn)一步完善和細(xì)化小管及其支吊架。

小管及支吊架現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是管道路徑的確定及其支吊架位置、型式的確定。要確定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)方案，最重要的就是在對(duì)上游設(shè)計(jì)條件深入細(xì)致分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行充分利用，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需要，選擇最合理、最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而實(shí)施具體的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)工作。

根據(jù)小管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)需求情況，經(jīng)分析各類(lèi)上游文件的內(nèi)容及深度，初步考慮有兩種設(shè)計(jì)方案：

方案一：參考局部流程圖、廠房平面布置圖冊(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，由技術(shù)人員確定管線的布置并設(shè)置支架，在施工的同時(shí)繪制管線布置圖和支架定位及結(jié)構(gòu)圖。對(duì)可能用到的管材、型材提前進(jìn)行備料，以保證現(xiàn)場(chǎng)施工的需要。

方案二：參考相關(guān)的上游文件及三維工程模型，在三維模型中模擬現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管道路徑的布置并手繪草圖，然后依據(jù)草圖建立PDMS三維模型，并與原有三維工程模型進(jìn)行碰撞檢查、修正；同時(shí)在模型中考慮支架的設(shè)置；最終出版管道軸測(cè)圖及其支吊架圖紙。

從上游文件出版情況及現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，兩種設(shè)計(jì)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。具體分析如下：

方案一的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)設(shè)計(jì)人員技能要求較低；

（2）設(shè)計(jì)、施工方式簡(jiǎn)單、靈活。

方案一的缺點(diǎn)：

（1）上游文件分散，信息不完整、不直觀，設(shè)計(jì)過(guò)程繁瑣；

（2）現(xiàn)場(chǎng)部分物項(xiàng)安裝較晚或空間不可達(dá)，各專(zhuān)業(yè)施工進(jìn)展不易控制，且存在安全風(fēng)險(xiǎn)；

（3）設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)計(jì)進(jìn)度難以保證；

（4）設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度低，現(xiàn)場(chǎng)修改量大，浪費(fèi)材料和人工。

方案二的優(yōu)點(diǎn)：

（1）減少現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)、測(cè)量環(huán)節(jié)，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，滿足進(jìn)度要求；

（2）不依賴(lài)施工現(xiàn)場(chǎng)條件；

（3）可進(jìn)行碰撞檢查及修改，準(zhǔn)確度高，返工量小，節(jié)約材料。

方案二的缺點(diǎn)：

（1）對(duì)設(shè)計(jì)人員素質(zhì)要求高；

（2）對(duì)設(shè)備性能有一定的要求，需增加一部分成本。

在方案二中使用到了中核工程公司提供的三維工程模型。其查看、審閱等操作主要通過(guò)Navisworks軟件進(jìn)行。

利用Navisworks Manage 2014，不僅可以直觀地查看三維工程模型中各廠房、各專(zhuān)業(yè)物項(xiàng)的形狀、位置等信息，還可以采用多種視圖和剖分方法查看特定位置的模型信息，并進(jìn)行長(zhǎng)度、角度等測(cè)量繼而作出所需的標(biāo)記，極度有利于核實(shí)小管的路徑布置，及對(duì)支吊架的定位和生根的設(shè)計(jì)。更重要的是，該軟件可以集成多方的三維模型，這正好給現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的小管布線的校核提供了極大的便利?？蓪F(xiàn)場(chǎng)布線的小管模型集成到總體三維工程模型中，進(jìn)行路徑的碰撞檢查、核實(shí)及修改，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)的工作量，加快了設(shè)計(jì)出圖的速度。

根據(jù)以上分析以及三維工程模型、三維軟件所能實(shí)現(xiàn)的功能，結(jié)合方案一、二的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，考慮設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確性以及材料的精細(xì)化控制，采用方案二作為最終的設(shè)計(jì)方案，以滿足各項(xiàng)工作需求。

2 小管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)

小管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就在于管道路徑的設(shè)計(jì)。首先應(yīng)確定需設(shè)計(jì)小管的接口位置及控制點(diǎn)，然后按照一定的布線原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行路徑設(shè)計(jì)。

2.1 管線接口位置及控制點(diǎn)的確定

通過(guò)俄方在DG（管道安裝和裝配圖）文件中提供的局部流程圖信息，查找需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的管線以及管線的起點(diǎn)、終點(diǎn)和控制點(diǎn)（管線穿墻、穿樓板的位置）涉及物項(xiàng)的KKS編碼，并記錄下來(lái)。然后通過(guò)這些接口物項(xiàng)的KKS編碼查找相應(yīng)的圖紙或清單，確定起點(diǎn)、終點(diǎn)及控制點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)，并記錄這些數(shù)據(jù)及其來(lái)源。對(duì)于局部流程圖中已提供控制點(diǎn)坐標(biāo)的情況，也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的核實(shí)，以保證接口信息的準(zhǔn)確性。

管線起點(diǎn)、終點(diǎn)和控制點(diǎn)的物項(xiàng)類(lèi)別一般有以下幾種：

（1）其他管線或管線上的閥門(mén)。此時(shí)應(yīng)記錄這些管線的管線號(hào)、閥門(mén)KKS編碼及對(duì)應(yīng)的安裝圖紙編碼（如有），然后在對(duì)應(yīng)的安裝施工圖中查找相應(yīng)的接口位置，通過(guò)計(jì)算或直接抄錄連接點(diǎn)的坐標(biāo)。

（2）設(shè)備。此時(shí)應(yīng)記錄設(shè)備KKS編碼，再查找相應(yīng)的設(shè)備接口圖紙，及設(shè)備布置圖紙，以確認(rèn)具體的接口點(diǎn)坐標(biāo)。

（3）貫穿件。記錄貫穿件KKS編碼，再查找相應(yīng)的貫穿件制造、安裝圖紙，記錄該貫穿件所接該管線的具體角度和標(biāo)高，并計(jì)算出準(zhǔn)確坐標(biāo)。

（4）孔洞、地漏、水池、水箱、衛(wèi)生器具。與上述土建類(lèi)物項(xiàng)連接時(shí)，應(yīng)記錄這些物項(xiàng)的編碼（如有），或記錄其所在的房間號(hào)，再查找對(duì)應(yīng)的土建圖紙以確認(rèn)連接點(diǎn)坐標(biāo)。

2.2 管道布線原則

小管的布線應(yīng)考慮應(yīng)在設(shè)備、通風(fēng)系統(tǒng)管道、大管道（DN≥80）及其支架、主電纜托盤(pán)和主電纜套管位置確認(rèn)后進(jìn)行。在保持與局部流程圖信息一致的基礎(chǔ)上，還應(yīng)遵循以下原則：

（1）管道布置力求短、直、簡(jiǎn)單，走向宜與廠房軸線一致；

（2）原則上不允許沿著人員通道和逃生線路布置管道，保證人員通行、消防、維修和運(yùn)輸需要；

（3）室內(nèi)管道的布置不應(yīng)妨礙起重設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和操作；

（4）管道布置時(shí)應(yīng)考慮支架的位置，可以利用現(xiàn)有的預(yù)埋件或鋼結(jié)構(gòu)對(duì)支架進(jìn)行固定；

（5）閥門(mén)應(yīng)布置在便于操作和檢修的位置；

（6）排水和排氣閥（儀表閥除外）應(yīng)安裝在便于操作和維護(hù)的位置。

2.3 小管設(shè)計(jì)流程

根據(jù)上文分析、確定的總體設(shè)計(jì)思路，經(jīng)過(guò)詳細(xì)、縝密地梳理后得出小管的設(shè)計(jì)流程如下：

（1）確定管線的起點(diǎn)、終點(diǎn)及控制點(diǎn)坐標(biāo)；

（2）打開(kāi)Navisworks軟件在三維工程模型中找到相應(yīng)接口點(diǎn)，并分析可能的路徑，確定初步敷設(shè)方案；

（3）該方案可在廠房平面布置圖或土建圖紙上手繪草圖，并將從三維模型中測(cè)量得出的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記；

（4）依據(jù)帶有標(biāo)記的管道布線草圖，在PDMS三維工廠設(shè)計(jì)軟件中建立小管布線模型，并將該模型導(dǎo)出；

（5）通過(guò)Navisworks軟件的附加功能將上述導(dǎo)出的PDMS數(shù)據(jù)模型附加到總體三維工程模型中，進(jìn)行碰撞檢查，并記下碰撞位置及尺寸，標(biāo)記在草圖上；

（6）對(duì)PDMS小管模型進(jìn)行修改，直至無(wú)明顯碰撞；

（7）使用PDMS軟件的ISODRAFT模塊抽取管道軸測(cè)圖，并使用AutoCAD完善圖面信息。

3 設(shè)計(jì)實(shí)例

為了對(duì)上述理論分析出的設(shè)計(jì)方案和流程進(jìn)行驗(yàn)證，現(xiàn)以上文提到的31UJA廠房輔助取樣系統(tǒng)（KUA）低壓小管線為例，分析小管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的步驟和方法，并評(píng)估其準(zhǔn)確性及可操作性。

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這部分管道和閥門(mén)材質(zhì)均為奧氏體不銹鋼，所有的接頭采用焊接連接。

設(shè)計(jì)的小管管線分別從反應(yīng)堆廠房設(shè)備疏水系統(tǒng)（KTA）收集取樣液體，匯總至一條管線后，經(jīng)反應(yīng)堆廠房貫穿件，至取樣冷卻器30KUA65AC001進(jìn)行冷卻，并最終排放至31UKC廠房的取樣箱30KUA01AX002。與KTA系統(tǒng)的接口點(diǎn)，俄方已給出軸測(cè)圖及詳細(xì)的坐標(biāo)位置，貫穿件坐標(biāo)可以從土建圖紙及貫穿件組裝圖中得出。將信息匯總?cè)绫?。

表1 控制點(diǎn)坐標(biāo)匯總表

參考廠房平面布置圖及Navisworks三維工程模型，根據(jù)已查得的管線起終點(diǎn)、控制點(diǎn)坐標(biāo)及連接物項(xiàng)信息（見(jiàn)圖1示例），在頭腦中規(guī)劃相應(yīng)的路徑布置，并在平面圖紙上手繪初步路徑走向。將線路經(jīng)過(guò)之處周邊的土建墻體、樓板、鋼結(jié)構(gòu)、設(shè)備、風(fēng)管、托盤(pán)、大管道及其支架等物項(xiàng)加以標(biāo)記，并利用軟件的測(cè)量等工具標(biāo)記出草圖中拐點(diǎn)的大概位置和標(biāo)高改變。

圖1 三維模型接口位置圖

接口管線所在的22米層樓板，其地面標(biāo)高為+22500，樓板底標(biāo)高為+21300。按照上文管道布線原則，考慮到樓板上物項(xiàng)眾多，為避免橫穿通道及便于設(shè)置支架，將整趟管線從各接口點(diǎn)在設(shè)備基礎(chǔ)附近穿過(guò)地面孔洞引至樓板下方，并沿內(nèi)安全殼呈半環(huán)狀布置，同時(shí)也有利于設(shè)置管道支撐。

草圖繪制完成后，應(yīng)用PDMS三維工廠設(shè)計(jì)軟件建立該管線的三維模型。該模型暫不包括閥門(mén)、流量計(jì)等在線設(shè)備。建模完成后，導(dǎo)出RVM格式的三維模型，并在Navisworks軟件中附加進(jìn)來(lái)，這樣就實(shí)現(xiàn)了新設(shè)計(jì)的小管模型與原有的三維工程模型的整合，并可以方便地進(jìn)行碰撞檢查。

應(yīng)用Navisworks軟件的碰撞檢查功能，可以直觀地查看新建的小管與各專(zhuān)業(yè)物項(xiàng)的干涉情況，并進(jìn)行測(cè)量、記錄，以便在PDMS三維設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行修正。如此反復(fù)修改至無(wú)碰撞后，使用ISODRAFT模塊生成管道軸測(cè)圖，再使用AutoCAD軟件調(diào)整圖面信息后即可發(fā)布設(shè)計(jì)圖紙。

根據(jù)上述實(shí)例的設(shè)計(jì)步驟及設(shè)計(jì)結(jié)果分析可見(jiàn)，該方法無(wú)需進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)和實(shí)測(cè)工作，也節(jié)約了大量查閱分散的上游文件、資料的時(shí)間，并且設(shè)計(jì)信息準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)圖紙可用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)，為提前進(jìn)行設(shè)計(jì)出圖、精確控制材料及提高安裝工作效率起到了重要的作用。

4 結(jié)論

通過(guò)借助三維工程模型進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)出圖，有利于核電項(xiàng)目規(guī)范材料統(tǒng)計(jì)和需求、采購(gòu)，節(jié)約成本、減少浪費(fèi)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、集約化管理；同時(shí)提高了技術(shù)人員的設(shè)計(jì)能力和現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)指導(dǎo)能力。對(duì)設(shè)計(jì)上游條件進(jìn)行詳細(xì)分析和充分利用，并結(jié)合先進(jìn)的設(shè)計(jì)、工程管理軟件和技術(shù)，全面提高效率，這種方法和思路對(duì)后續(xù)的設(shè)計(jì)和建造工作都有很好的參考借鑒意義。