96SmartVoice1. 引言随着数字化时代的到来，数字孪生、数字电站等概念越来越深入核电设计的方方面面。上海核工程研究设计院股份有限公司（以下简称“上海核工院”）一直致力于打造具有全球竞争力的核能研发和AE平台，将数字化概念融入设计、制造、建造、施工以及运维等EPCS全环节，努力成为国内建设能力最强和具有全球竞争力的一流核能总承包企业。在最新项目的三维工厂布置设计上，上海核工院采用了目前行业内最为先进的Intergraph Smart 3D软件取代传统的PDS软件。相对于PDS软件，Smart 3D全部采用结构化的数据格式存储布置设计信息，在后续数字化集成上天然具有优势，同时Smart 3D提供了众多的API供用户进行自定义功能开发，灵活性与开放性更好。同时，由于核电设计的特殊性，为保证核安全性，需要对结构的承重以及受力进行计算分析，以确保当前的结构件能够承受核电站对应的重量。在核电站结构件受力分析过程中，最常用的软件是Ansys分析软件，能够快速高效地帮助分析人员完成分析计算工作。Smart 3D软件并没有提供成熟可用的Ansys分析软件接口，并且Smart 3D的三维设计模型无法直接应用于Ansys软件的计算分析中，因此为了使用Ansys软件进行结构分析，设计人员必须手动根据Smart 3D软件中的三维模型手动搭建对应的Ansys分析模型，对于核电站庞大的构建设计，这部分建模工作将占据分析人员大量的工作时间。同时大量的二次建模极容易带来人因误差，从而影响后续分析计算结果的准确性。针对上述情况，作者通过研究Ansys分析模型建模过程中需要的模型信息，以及Smart 3D中创建的设计模型所能提供的信息，研究出了一种Smart 3D三维设计模型自动转换为Ansys分析计算模型的方法，能够自动将Smart 3D三维模型转化为支持Ansys软件建模的中间文件，实现了布置模型向Ansys分析计算模型在Smart 3D侧的自动转化，后续Ansys通过导入中间文件即可实现自动建模，从而避免了二次建模带来的劳动力浪费，大大提升设计效率和质量。2. 总体方案介绍Ansys分析模型的处理对象是核电站的房间建筑模型，具体在Smart 3D模型中体现为构成每个房间的楼板对象和墙对象。因此为了能够实现从Smart 3D设计模型转化为Ansys分析模型，实质就是要能够自动解析出构成房间对象的墙、楼板对象的相关信息。Ansys模型和Smart 3D模型最大的区别就是，Smart 3D设计模型中不论是墙对象还是楼板对象，其都是存在一定厚度的体对象，而在Ansys模型中不论是墙对象还是楼板对象，都是没有厚度的面对象。因此，为了实现从Smart 3D模型自动转换为Ansys模型，最主要的就是要进行体对象向面对象的压缩过程。在压缩过程中为了保证相关信息的不丢失，一种Intergraph Smart® 3D结构模型转化为Ansys分析模型方法的研究与实现沈杰（上海核工程研究设计院股份有限公司）摘要：上海核工程研究设计院股份有限公司是中国核能行业的知名企业并且正在逐步成为中国核能行业的领军企业。在核电设计过程中，上海核工院使用Intergraph Smart 3D软件进行结构设计，同时为保证安全性，使用Ansys软件对设计完成的结构模型的承重以及受力进行计算分析，以确保当前的结构件能够承受核电站对应的重量。在Smart 3D原生环境中，并没有提供可用的Ansys分析模型的接口且Smart 3D设计模型无法直接应用于Ansys软件，因此为了进行分析计算，必须采用二次建模的方法。本文研究并实现了一种Smart 3D结构模型自动转化为Ansys分析模型的方法，实现了Smart 3D设计模型向Ansys分析计算模型的自动转化，避免了二次建模带来的劳动力浪费，提升设计效率和质量。涉及的海克斯康数字智能产品：Intergraph Smart 3D

海克斯康数字智能应用文集核能和发电智慧心声97可行的方法就是将三维的体对象沿着其厚度方向从两侧向中间压缩，最终将以体对象存在的墙对象和楼板对象沿厚度方向压缩成位于厚度中心的二维面对象，最后构成以面对象形成的房间对象模型，这样既符合了Ansys分析模型的特性，也不会丢失三维模型中的设计信息。整体方案流程如图1所示。图1 方案总体流程图3. 墙及楼板对象处理在整个Smart 3D结构模型转化为Ansys分析模型的方法中，最重要的就是如何将墙和楼板对象处理为面对象。在Smart 3D设计模型中，楼板对象为Slab对象。从Slab对象的构建过程可以得知，楼板对象一定存在两个互相平行的平面作为楼板的上表面和下表面，且楼板是沿水平方向放置而非竖直方向放置的。因此为了将楼板对象验证厚度方向压缩为中面对象，可以通过如下步骤实现：（a）找到楼板对象的所有外表面中的平面对象，构成楼板的平面集合；（b）找到平面集合中外法向量与竖直向上方向夹角最小的平面，即为楼板的上表面；（c）找到平面集合中外法向量与竖直向下方向夹角最小的平面，即为楼板的下表面；（d）找到上表面指向下表面的方向，定义为厚度方向；（e）将上表面沿厚度方向平移一半厚度距离，即可得到楼板的中面平面。在Smart 3D设计模型中，墙对象为Wall对象。最简单的中面获取方法为在构建墙的时候都采用3D的构建方法，且采用中线的WallRun构建形式，这样可以很方便的根据WallRun以及墙的高度方向获取墙的中面模型。但是考虑到实际建模过程中的特殊性，需要更通用的墙对象压缩为中面的方法。常见的墙对象的形态分类如图2所示，常见的墙对象创建方法分为2D创建方法和3D创建方法，针对不同的墙创建方法其压缩为中面的方法也不同，但是大体思路是一致的，因此本文主要介绍以3D创建方法创建的墙对象的处理方法。图2 常见模型中墙对象的分类

98SmartVoice以3D创建方法创建的墙对象压缩为中面对象的方法如下：（a）找到墙的所有表面中的平面，构成墙的平面集合；（b）找到平面集合中外法向量与竖直向上方向夹角最小的一系列平面，即为墙的上表面集合；（c）找到平面集合中外法向量与竖直向下方向夹角最小的一系列平面，即为墙的下表面集合；（d）找出WallRun对应的曲线集合；（e）从墙的所有表面中去除上表面集合和下表面集合以及cut面集合后，剩下的面集合中和WallRun对应的曲线集合有交集的归为第一侧面集合，剩下的归为第二侧面集合；（f）从上表面集合中找到标高最高的平面作为上表面，从下表面集合中找到标高最低的平面作为下表面，获取上表面指向下表面的方向向量作为投影向量；（g）如果第一侧面集合为空，代表WallRun对应的就是曲线集合就是墙的中线集合。如果曲线在上表面上，只要以中线集合作为轨迹线，方向向量作为扫描线，扫出来的面就是当前墙的中面；如果曲线集合在下表面上，那要以投影向量的反方向作为扫描线，中线集合作为轨迹线，扫出来的面就是当前墙的中面集合。同样注意，如果曲线集合中存在的是曲线，也要根据预设规则离散成直线段，为后续输出导入Ansys文件做准备；（h）如果第一侧面集合不为空，那么就找到第一侧面集合沿着投影方向在上表面的投影线集合，作为第一投影线集合，同样找到第二侧面集合沿着投影方向在上表面的投影线集合，作为第二投影线集合，找到上表面中距离第一投影线集合中每条线段和第二投影线集合中每条线段距离都一致的曲线集合，作为中线集合；（）如果是折线墙，找到的中线集合可能存在不连贯的情况，需要通过延伸相交的方式使其连续起来；如果是曲面墙，则根据预设规则离散成直线段为后续输出导入Ansys文件做准备。完成后以中线集合作为轨迹线，投影向量作为扫描线，扫描出来的面集合就是当前墙的中面集合。因为原本的墙和楼板对象在构成房间时是互相连接的，在压缩为中面后由于缺少了厚度，一定是互相不连接的，所以上述方法得到的墙对象的中面集合以及楼板对象的中面都是没有边界的平面或平面集合，需要通过延展墙对象的中面集合以及楼板的中面，最后根据各个中面的交线来确定墙的中面以及楼板的中面的边界。以不规则房间为例，Smart 3D模型中的房间如图3所示，由一堵弧形墙和一堵折线墙以及两个楼板构成，最后形成的仅有中面构成的房间如图4中蓝色对象所示。图3 Smart 3D设计模型中的房间对象图4 中面形成的房间模型4. 输出Ansys中间文件处理后的房间模型由多个有边界的平面构成，为了能在Ansys模型中自动创建房间对象，需要将构成这些平面边界的点信息按照规定顺序输出到Excel文件中，供Ansys文件导入时自动创建平面从而构成房间对象。与此同时，可以在输出的Excel文件中附加上计算需要的一些属性参数，如厚度等信息。

海克斯康数字智能应用文集核能和发电智慧心声99生成Excel文件示例如图5所示。图5 Ansys导入文件示例5. 小结本文主要讨论了一种Smart 3D结构模型自动转换为Ansys分析计算模型的方法，能够自动将Smart 3D三维模型转化为Ansys软件支持的中间文件，从而实现了布置模型向Ansys分析计算模型的自动转化，免去了设计分析人员通过观察设计模型中具体楼板墙体布置情况进行手动创建中面模型的工作，大幅提高了工作效率，同时全自动的模型转换工作能免去手动二次建模带来的人因误差，进一步提高相关工作的质量。关于上海核工程研究设计院股份有限公司上海核工程研究设计院股份有限公司（简称“上海核工院”）始建于1970年2月8日，前身是“七二八工程研究设计院”，与我国核电同时起步，由国家电投控股。公司主营业务为核电研发、设计、工程建设管理和服务，具备核工业行业设计、工程造价、建设项目环境影响评价等一系列甲级资质，现有员工3300余名，拥有一支核电专业领域高级专家和核心技术人才队伍。上海核工院创造中国核电三个“第一”。独立自主研发设计中国大陆第一座核电站——秦山核电站；总包设计中国第一个出口核电站——恰希玛核电站；是中国第一台重水堆核电站——秦山三期的技术总支持单位，开创国内大型核电站工程设计和项目管理与国际接轨的先例。2007年，党中央、国务院做出“引进先进技术、统一技术路线、高起点实现我国核电自主化”这一重大战略决策，上海核工院是第三代先进核电技术AP1000引进消化吸收再创新的技术主体，联合产业上下游单位，依托国家科技重大专项，完成三代核电自主化，建成世界首批4台AP1000机组，成功研发“国和一号”（CAP1400）大型先进压水堆核电型号。2019年8月，国家电投整合核电研发、设计、工程管理及寿期服务等相关资源，组建核能技术创新与工程建设平台，以上海核工院为“研发+AE”主体，吸收合并国核工程。新上海核工院是国内具有全核岛（全结构、全系统、全主设备）研发、设计、采购、建造、调试等完整产业链的创新研发单位，统筹协调推进核能技术研发、运用推广及产业链协同发展，牵头实施核能研发课题与任务，负责工程总承包，全力打造世界一流核能成套技术开发商和核工程整体解决方案提供商。