【內容摘要】由于受到多種條件的制約，核電行業(yè)三維技術的發(fā)展之前一直處于慢車道。隨著通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，三維設計在核電行業(yè)得到了長足的應用和發(fā)展。本文著重闡述了核電站三維設計的應用，并展望了未來數(shù)字電站和智能電站的發(fā)展方向。

　　【關鍵詞】三維設計;互聯(lián)網(wǎng)+三維協(xié)作平臺;核電站;三維仿真

　　一、核電站三維設計的發(fā)展

　　隨著通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，越來越多的行業(yè)開始采用三維技術開展設計。如:汽車行業(yè)、建筑行業(yè)以及航空航天領域等。應該說在其他設計領域里，三維設計已經(jīng)很普遍了，但是由于核電行業(yè)固有的特殊性，特別是核電站設計工具手段的復雜性，其在三維設計上的推進十分困難。因此，過去核電站的設計都是二維的，設計人員要在圖紙上作圖，工作量大、工作效率低。從二維圖紙到三維設計，經(jīng)歷了一個相當漫長的過程。經(jīng)過幾十年的不懈努力，近幾年來，部分核電站已經(jīng)實現(xiàn)了全范圍的三維設計，并將三維設計和信息化設計相結合。下一步核電站三維設計發(fā)展的目標是建設全壽期全專業(yè)的數(shù)字化核電站，最終實現(xiàn)智能化設計，為電站進行智能服務和智能分析。

　　二、核電站三維設計的應用

　　核電站三維設計可以應用在很多方面，這里只重點從“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺和三維仿真兩個角度進行闡述。

　　(一)互聯(lián)網(wǎng)+三維協(xié)作平臺。

　　核電站的特點是專業(yè)多、數(shù)據(jù)多、參與的企業(yè)多。以華龍一號的設計來說，有70多個專業(yè)、270個管理程序、500多種軟件、10��000多個接口和200��000多份成品文件。快速準確地查詢到相關數(shù)據(jù)信息非常重要，以前這項工作非常耗時。目前，中國核電工程有限公司利用“互聯(lián)網(wǎng)+”這一手段，以英國AVEVA公司開發(fā)的三維工廠設計系統(tǒng)PDMS為基礎，打造了全新的“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺，使設計、采購、施工、調試、運行等單位打破時空限制隨時隨地查詢所需要的數(shù)據(jù)。

　　例如:施工中一個設備的位置需要變更，以前需要在二維圖紙上進行查詢和修改，工作量極大，現(xiàn)在在平臺上輸入該設備位號，就可以迅速查詢出與該設備相關的所有信息，如:二、三維圖紙、施工圖、布置圖等。設備供應商可以獲得技術規(guī)格書用于制造，施工人員可以查看三維模型提高施工精度與安裝效率，調試人員可以通過系統(tǒng)手冊獲取系統(tǒng)各項參數(shù)。

　　目前，使用的“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺是利用互聯(lián)網(wǎng)和圖像數(shù)據(jù)同步重建技術搭建起來的。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”技術，該平臺能夠把全球的設計單位、施工單位、供貨商、合作伙伴聯(lián)系在一起，實現(xiàn)多專業(yè)三維協(xié)同設計，異地同步設計和多專業(yè)數(shù)字化協(xié)同提資等功能，進一步提高了整體設計水平與設計質量。

　　1.多專業(yè)三維協(xié)同異地同步設計。

　　過去在進行設計時，由于通訊手段的不暢，很難實現(xiàn)同步設計，影響了設計進度和效率。其中，最直接的問題莫過于在進行廠房綜合布置時，如何協(xié)同解決各專業(yè)設備發(fā)生的干涉。現(xiàn)在，在進行廠房綜合布置的協(xié)同設計時，利用了“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺開展了多專業(yè)三維協(xié)同異地同步設計。

　　身處外地的設計人員通過計算機可以發(fā)現(xiàn)各專業(yè)設備相互干涉的情況，同時計算機系統(tǒng)也能夠自動標注和重新測量設備的尺寸和位置。在這種情況下，雙方或多方的設計人員可以對上述問題進行實時在線溝通和協(xié)調，共同進行設計變更和設計調整，重新確認設備的位置，從而避免了不同專業(yè)間設備的干涉。該功能可以解決很多在現(xiàn)場難以解決的實際問題，使這些問題在設計階段就能得到及時處理。理論上實現(xiàn)0碰撞。

　　2.多專業(yè)數(shù)字化協(xié)同提資。

　　過去，由于設計手段和方式的制約，提資過程十分繁復。各專業(yè)設計人員需要手工在二維圖紙上標注問題，通過提交資料單的方式進行提資，并且后續(xù)清單還需要手動額外制作。由于提資的過程涉及的專業(yè)較多，所以需要人工協(xié)調和處理的工作也較多，因此提資的周期也較長，直接影響了設計效率。

　　目前，各專業(yè)通過“互聯(lián)網(wǎng)+”三維協(xié)作平臺進行提資，由于信息和數(shù)據(jù)已經(jīng)儲存在計算機中，所以只需要在通過輸入命令，進行簡單的操作，就可以完成過去需要大量時間和人力協(xié)調才能完成的工作，同時還將后續(xù)的清單工作一并處理。多專業(yè)協(xié)同提資從根本上改變了傳統(tǒng)的手工提資方式。據(jù)統(tǒng)計:自開展多專業(yè)協(xié)同提資以來，提資時間由原來的45個工作日，縮短到25個工作日，大大提高了各專業(yè)工作的工作效率和協(xié)調性，保證了設計質量。

　　(二)三維仿真技術的應用。

　　1.抗外部撞擊的模擬和分析。

　　通過已有的三維數(shù)據(jù)庫并利用三維有限源模型，可以模擬廠房受到外部撞擊的情況，如:龍卷風、臺風、飛射物，也包括商用大飛機的撞擊。三維有限源模型能夠實時模擬核島廠房遭遇大飛機撞擊時，整個廠房的結構受力情況。通過顏色的變化，可以了解到廠房受力情況的變化，從而對廠房是否能夠抗擊該外部撞擊進行分析和評估。

　　2.模擬關鍵設備進場。

　　以往，在現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)生大型設備由于各種原因不能正常就位的情況。目前，利用三維技術模擬核電站關鍵設備進場的過程是利用計算機內的數(shù)據(jù)庫按照設備實際尺寸進行設備建模，計算出設備在運輸過程中的路徑和所經(jīng)過的環(huán)境以及可能遇到的設備，從而自動識別出可能發(fā)生的干涉，在設計上提前做出方案上的調整保證將來設備安裝過程中不會發(fā)生類似情況。

　　這里舉一個將主冷卻劑泵通過龍門架吊裝到反應堆廠房的設備閘門處的例子。這里將泵的尺寸設計為和實際尺寸完全一致，經(jīng)過的路徑也一致。在吊裝過程中，泵與龍門架及橫梁都發(fā)生了碰撞，所以無法正常就位。利用三維仿真軟件自動識別到問題，并用不同的顏色加以標注，提醒設計人員，讓他們進行設計變更，保證大型設備在現(xiàn)場能夠正常就位。

　　3.利用三維仿真平臺可以開展防止內部水淹的實驗。

　　現(xiàn)在計算機能夠足夠精準地模擬物理、熱工水力現(xiàn)象。利用三維仿真平臺可以開展防止內部水淹的實驗，這是核電站內部事件中非常重要的一個。因為要建設的這個模型相當龐大，要把里面的設備全部反映出來費時費力。利用該平臺讓相關人員了解到核電站遭受內部水淹的情況，同時三維平臺還能精準地反應水淹對核電站內部的安全設計、安全系統(tǒng)產生的影響。

　　4.三維模擬工程進度。

　　把三維仿真工具和工程進度結合在一起，在空間三維上又加上時間這個維度，從而從四個維度對工程進度進行管理，達到工程管理可視化。在計算機中可以自由查看并調用可視化工程進度，并以此模型為各方交流的平臺，提高了工程參與各方的溝通效率以及管理工程施工進度的效率，同時，在計算機中再現(xiàn)現(xiàn)場實際進度，給工程協(xié)調提供直觀的信息，還可以及時進行決策，使工程進度得到更有效的控制和監(jiān)督，以最小的資源消耗，取得更大的經(jīng)濟效益。

　　三、結語

　　其實建立一個三維平臺，更多的是建立一個三維體系。它完全顛覆了人們過去設計的過程，包括設計的管理、質量的控制、上下游各專業(yè)間的配合、接口、協(xié)調管理的方式、方法，這需要確定相關的規(guī)則，才能建立起一套體系，這才是建立平臺最花功夫的地方。在實際工作中要不斷修正做法，不斷完善、開發(fā)接口，才能形成這樣的平臺。目前，該平臺已經(jīng)實現(xiàn)了部分智能化功能，包括二、三維校驗，系統(tǒng)流程可以直接跟三維模型進行校驗。未來要積極開展數(shù)字核電、智能核電相關工作。在科研、設計、采購、施工等各個環(huán)節(jié)全面應用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術。力爭建成我國第一座數(shù)字化核電站，涵蓋由燃料至退役的整個核電廠全生命周期。

　　電力方向刊物推薦：《吉林電力》Jilin Electric Power(雙月刊)曾用刊名：吉林電力技術，1973年創(chuàng)刊，開始刊登有關電力生產的指導性、政策性文章，擴大刊物的影響，以便更好地為吉林電力服務。