SmartVoice086摘要：随着科技的发展和CAE技术的不断进步，CAE设计水平的高低是企业设计能力高低的一个重要指标。同时，随着国家大力发展核电的战略规划的实施，国内的核电设计院从过去的面临单一项目，一下子跨越成同时面临多项目。传统的设计手段已不能满足多项目设计的要求。SNERDI在三维设计的基础上，集成其他非三维软件生成的各类设计数据和文件，并将设计流程管理融合在一起，形成覆盖整个核电设计领域协同设计平台。关键字：CAE 协同设计 核电公司简介公司名称：上海核工程研究设计院（SNERD）公司网址：http://www.snerdi.com.cn/描述：SNERDI诞生于1970年，2007年5月，经党中央研究决定，SNERD整建制划归国家核电技术公司。成为我国核电研究设计中的骨干企业。目前，SNERDI正承担着世界上最先进的AP1000依托项目浙江三门、山东海阳核电工程设计、国产化AP1000核电工程设计、大型先进压水堆核电站国家重大专项研发，以及出口巴基斯坦核电工程二期、辽宁红沿河核电工程设计及技术服务等核电工程任务。所属行业：核电所在国家：中国使用产品• SmartPlantP&ID• SmartPlantInstrumentation• SmartPantElectrca主要优势• 便于数据查询• 提高了数据的一致性• 便于数据复用三维协同设计平台在核电中的应用王勇于潇上海核工程研究设计院随着国家大力发展核电的战略规划的实施，国内的核电设计院从过去的面临单一项目，一下子跨越成同时面临多项目。传统的以CAD和OFFICE为主的分散的设计和管理模式无论在设计能力上还是管理能力上都无法满足同时开展多项目设计的要求。因此，国内的几家核电设计院都把建立三维设计和协同设计平台作为迎接核电新机遇的首要任务。SNERDI通过几年的努力，结合国际先进CAE设计技术自主建立了一套集设计、管理功能于一体的，符合核电设计需求的三维协同设计平台。本文主要介绍了SNERDI的三维协同设计平台建立与发展，以及三维设计软件在核电设计中的应用与开发。1SNERDI三维协同设计平台的建立和发展SNERD在几年的时间里，通过三个阶段分步完成了三维设计和协同设计平台的建立、推广和应用工作。三个阶段分别被定义为专业评估阶段；项目应用和体系建立阶段；设计数据、文件和设计管理集成阶段。1.1专业评估阶段专业评估阶段主要的目的是通过核电设计各专业对三维设计软件的测试和应用来确定三维设计软件在核电工程设计中的应用范围以及三维设计软件能否满足工程建造要求的设计深度。图1为专业评估阶段工作模式。

087图1专业评估阶段工作模式1.2项目应用和体系建立阶段项目应用和体系建立阶段的目标就是在全院核电工程设计相关专业形成三维设计和管理能力，主要的工作分成两个层面。专业层面就是各部门的专业工程师利用在模拟项目中使用三维设计软件进行模拟设计来扩大使用三维软件的队伍并通过使用的过程积累各专业设计经验和技巧。三维管理组织层面负责开发与核电设计建造管理相关软件的接口，创建和维护数据库，提供平台技术支持根据核电质保体系的要求形成三维设计的设计管理体系。图2表示的是三维协同设计平台在项目应用和体系建立阶段的工作模式。整个模拟项目的建模工作都有各专业的工程师承担，三维中心负责建库软件平台的维护，三维设计管理体系的建立。图2项目应用和体系建立阶段工作模式1.3设计数据、文件和设计管理集成阶段SNERDI在经过前面两个阶段的建设之后，已经具备了使用三维设计平台完成核电工程设计的能力。但是，由于三维平台能覆盖的设计领域仅占整个核电工程设计的一半左右，另外一半的设计工作依然需要依靠CAD等传统的设计工具完成。同时从整个项目的建造，采购管理的角度出发，对三维设计和传统工具的设计成果都有数据的需求，因此迫切需要一种工具来集成三维设计平台和传统设计工作形成的设计数据和文件，满足项目建造、采购管理所需，同时整合设计流程的管理，真正实现设计的协同提高设计以及管理的质量和效率。因此，SNERDI引进了SmartPlantFoundation作为协同设计平台的工具。设计数据、文件和设计管理集成阶段的主要工作是创建设计数据和文件集成的构架，设置构架之间的关联，在数据加载的过程中检查设计数据和文件的致性，同时将第二个阶段形成的设计流程和各专业职责分工，权限设置等整合到SmartPantFoundaton的设计管理模块中。图3显示的是基于SmartPantFoundation的三维协同设计平台的构成。图3三维协同设计平台的构成2三维设计软件在核电设计中的应用与开发目前SNERD的三维协同设计平台主要由三大部分组成：二维智能系统设计平台，三维布置设计平台以及设计管理平台。2.1二维智能系统设计平台传统的工艺系统流程设计中，般采用AutoCAD绘图软件绘制简单的原则性流程图，并采用些经验公式通过手动或简单的自编程序对系统的沿程压力损失、局部压力损失、流量分配等进行计算。随着科技水平的提高，智能化工程设计软件在现代化工程建设中的普遍应用。SNERDI二维智能系统设计平台由智能流程图设计软件SmartPlantP&D，仪表设计软件SmartPlantInstrumentation和电气设计软件SmartPlantElectrca组成。Foundation传统设计工具三维设计平台工程进度管理文件工程采购管理工程设计文件MarnP3数据加载管理组智能化系统设计平台SmartPantP&D核电工程设计三维布置设计平台PDS或PDMS核系统公用系统仪控电气管线通讯土建结构三维研发中心智能化系统设计平台SmartPantP&D专业相容性评价结果三维布置设计平台PDS或PDMS各系统设计输入各专业布置设计输入三维研发中心

SmartVoice088图4二维智能化设计平台组成框图2.1.1SmartPantP&IDSmartPlantP&D是基于ORACLE数据库的智能二维流程图设计软件与传统非智能流程图设计软件相比，其具有以下特点：便于数据查询利用数据库技术，P&D在流程图中集成了大量的数据，通过P&ID可以快速筛选、查询满足条件的数据，并生成报表，不用再翻看众多的文档。提高了数据的一致性在P&ID中绘制流程图的过程也是向数据库输入数据的过程，绘制结束后可以自动生成相应的报表，确保了图纸与报表之间数据的一致性。便于数据复用——SmartPlantP&ID与上下游专业的应用软件都存在接口，P&ID中的数据能够被其它应用程序复用，避免了数据再次输入而引入的错误。至今，SNERDI已在数个项目中使用SmartPlantP&ID进行流程图绘制工作，其中包括C-2、AP1000等核电设计项目，并根据项目实际使用中的经验总结，对SmartPantP&D软件进行深度应用、改进、完善，使其可以满足核电设计需要。其中主要包括以下几个方面删减、整合符号库添加自定义属性生成设备、阀门用电需求报表增加仪控解决方案生成仪控所需报表提高元件智能化比例挖掘软件自带功能程序二次开发图5P&ID二次开发位号配置小程序图6P&ID生成仪控MMI报表2.1.2FLOWMASTER2在建立二维智能系统设计平台的同时，SNERD还在系统计算分析中引入了FLOWMASTER2软件，对智能系统设计平台进行协助与补充。FLOWMASTER2是维流体管网系统计算工具，是面向工程的完备的流体系统仿真软件包，具有比较完备的数据库，其中整合了大量的实验数据，对于各种复杂的流体管网系统，工程师可以利用FLOWMASTER2快速有效的建立精确的系统模型并进行完备的分析，得到较为准确的结果使工程师从繁重的计算工作中解脱出来，将更多的精力集中在系统的设计上。SNERDI使用FLOWMASTER2对秦山一期余热排出系统、C2设备冷却水系统等管网、换料水箱内置方案、堆腔淹没系统实施方案模拟、喷淋管网等问题进行了仿真模拟分析，部分计算结果已经应用在实际设计中。I/OWringDIPGcWDs单线图I/O电机荷载清单SPPDSPSPEL二维智能化系统设计平台电气/O数据仪表和面板电源需求SPPID阀门及管线数据表P&ID流程图热工测量等互提资料表

089图7秦山期余热排出系统动态分析图8C2设备冷却水系统管网模型3三维布置设计平台三维布置设计平台采用以三维模型为对象的可视化设计技术和以数据库为核心的集成化设计技术，使各专业设计人员可按照自动化和标准化的工作流程，围绕同模型使用同设计工具在本地或异地开展工作，并可共享企业各类技术资源从而缩短工程建设周期，提高质量，降低投资。三维布置设计平台由三维厂房布置设计软件PDS、钢结构三维设计软件XSTEEL、SNERDI自行开发的基于PDS平台的三维实体核级支吊架库及其他辅助软件构成。PDS（PantDesgnSystem）作为电厂设计系统的计算机辅助设计应用软件包，可以根据具体的功能配以多种应用软件。一套完整的PDS系统涉及了设备、管道、钢结构、建筑、暖通、电缆桥架等各工种配以完整的数据库，具有高度智能化的设计输出、设计检查、厂房浏览等强大功能。2004年，SNERD正式启动C2-PDS项目，在年多的时间，使用PDS等软件进行C2项目的三维布置设计。涉及的专业包括土建、工艺、电气、暖通、动力、给排水等基本覆盖了核电站工程设计范围。通过C2-PDS项目，SNERDI培养了大批具有三维设计能力的设计人员，并建立起了套基本完整的、符合我国核电设计标准的、覆盖工艺、给排水、电气、消防、动力等不同专业的国产化参考数据库。图9三维布置设计平台组成框架在AP1000设计中，SNERDI开始使用XSteel进行钢结构详细设计。XSteel作为钢结构详细设计的专业软件，对FrameWorks在钢结构细部设计的不足是一种极大的补充。同时，由于核级支架具有抗震要求高、种类繁多、形势复杂、外形巨大、易产生碰撞等特点，为了能够如实的反应支吊架的布置情况，充分发挥三维设计在厂房综合以及碰撞检查方面的优势，SNERD自主开发了套可以满足核电实际工程需要的三维实体核级支吊架库。SNERD在上述软件的基础上，还开发与改进了与其他一些专业软件的接口，如Orthogen、NavisWorks、GTStruda等从而形成了一个全方面的设计软件平台，并在AP1000模块设计中进行了全面的综合利用。图10三维布置平台软件结构质量，降低投资。三维布置设计平台由三维厂房布置设计软件PDS、钢结XSTEEL、我院自行开发的基于PDS平台的三维实体核级支吊架库及其他辅助PDS（Plant Design System）作为电厂设计系统的计算机辅助设计应用软具体的功能配以多种应用软件。一套完整的PDS系统涉及了设备、管道、钢通、电缆桥架等各工种，配以完整的数据库，具有高度智能化的设计输浏览等强大功能。2004年，SNERDI正式启动C2-PDS项目，在一年多的时间，使用项目的三维布置设计。涉及的专业包括土建、工艺、电气、暖通、动力、给盖了核电站工程设计范围。通过C2-PDS项目，SNERDI培养了一大批具有三计人员，并建立起了消防、动力等不同专业的国产化参考数据库。在AP1000设计中，SNERDI开始使用XSteel进行钢结构详细设计。细设计的专业软件，对FrameWorks在钢结构细部设计的不足是一种极大的补同时，由于核级支架具有抗震要求高、种类繁多、形势复杂、外形特点，为了能够如实的反应支吊架的布置情况，充分发挥三维设计在厂方面的优势，SNERDI自主开发了一套可以满足核电实际工程需要的三维实体SNERDI在上述软件的基础上，还开发与改进了与其他一些专业软件NavisWorks、GTStrudal等，从而形成了一个全方面的设计软件平台，并中，进行了全面的综合利用。图10三维布置平台软件结构支吊架设支吊架设结构设计结构设计布置图出图布置图出图模型浏览模型浏览进度管理进度管理支吊架设支吊架设结构设计结构设计布置图出图布置图出图模型浏览模型浏览进度管理进度管理图9 三维布置设计平台组成框架

SmartVoice090模块化设计是大型工程项目中减少施工周期和节省投资的一种新型设计和建造技术，其原理为将设计中已完成布置的大量复杂工艺管道、设备、电气和结构进行分割使之形成独立的单元（即模块），并采用钢结构对其进行支承和整体化。模块化设计的特点是在厂房布置（三维模型）完成的前提下，以区域为基础进行模块的集成和设计，模块化设计的综合性要求较高。模块内包含了多工种、多专业的设计内容，因此在模块设计是对布置设计平台的综合应用。图11AP1000设备及管道模块图12模块设计中使用的设计软件4设计管理平台SNERD在经过多年三维设计软件的实际使用和经验总结，已基本形成了一套可以覆盖核电设计主要专业的软件平台，并形成了一整套满足核电质量保证要求的三维设计管理体系。但是，由于三维平台能覆盖的设计领域仅占整个核电工程设计的一半左右，另外一半的设计工作依然需要依靠CAD等传统的设计工具完成。同时从整个项目的建造，采购管理的角度出发，对三维设计和传统工具的设计成果都有数据的需求，因此迫切需要一种工具来集成三维设计平台和传统设计工作形成的设计数据和文件，满足项目建造、采购管理所需，同时整合设计流程的管理，真正实现设计的协同，提高设计以及管理的质量和效率。因此，SNERDI引进了SmartPlantFoundaton作为协同设计平台的工具。SmartPlantFoundaton是以面向对象的操作方式来管理工程数据以及工程数据间的关系，而不是文件。为此它可以非常方便地按设备位号搜索此设备的所有相关数据，如查询某设备的相关联的所有设备、此设备的P&ID图、三维模型图、仪表设计图以及供应商文件等；也可以非常方便地在某一张P&D图选中某一项设备，然后浏览此设备所在的3D模型、仪表设计图以及管线清单等。图6所示是以C2项目中一个SCW系统的02A的泵为例，在SmartPantFoundation系统中建立的数据关系。通过查询SCW02APO这个泵，可以方便查询到与它关联的专业、系统、设备规范书、CAD二维立体图、SmartPlantP&D图及PDS三维模型，甚至这个泵的所有智能属性，一目了然。图13SmartPantFoundation数据关系图SmartPlantFoundaton能够为工厂建立个全面的电子化数据库包括其结构、属性部件、设备和文件。它涵盖了工厂设计、修改、改造、更新，在从工程设计开始到退役之间的整个过程中有效地管理工厂。Foundation可以方便地集成目前工程各类二维/三维信息，支持160多种常见格式的文档和图纸无需额外购买大量的软件，从而降低了整个工程信息集成的成本。SmartPlantFoundaton支持电子化的校对、审核、签署工作流程。用户可以在图形化的环境中按用户现有的各种工作流程对SmartPantFoundation的电子化工作流程进行定义，可以在每个步骤中定义该步骤的工作内容列表。各项工软件名称软件功能PDS设备、管道、风管、桥架等设计TekaStructure钢结构支撑设计SupportModeler核级支撑设计NavisWorks模型浏览GTStruda应力分析

091作都在SmartPlantFoundation内进行，包括资料传递流程跟踪，完成提醒和通知，系统会记录整个的全部过程实现全流程跟踪；系统会对任何变化以Ema方式通知指定的相关人员。5总结SNERD分专业评估、项目应用和体系建立、设计数据文件和设计管理集成三阶段完成了设计平台的建立、完善、推广和应用工作，形成了有二维智能系统设计平台、三维布置设计平台以及设计管理平台组成的。平台以SmartPlantFoundation为数据中心，以SmartPlantP&D为主要系统设计工具以PDS为主要布置工具，并辅以其他辅助软件工具。根据多年的应用与经验总结，SNERDI针对核电工程的特殊性，对原有软件的功能进行了改进与扩展，使平台可以覆盖大部分核电设计领域，并能够满足核电工程的需要。设计平台的使用大大的提高了设计人员的工作效率以及工作质量，对于保证设计进度及设计质量都有极大帮助。同时，协同设计平台在提供强大的设计功能的同时还为管理和设计人员提供了强大的数据查询、文档管理、设计流程控制、进度控制等管理功能，对于文件及数据的致性、准确性、可复用性都有了显著地提高。作者简介：于潇，男，29岁，2004年进入上海核工程研究设计院从事工艺系统布置设计和三维协同平台建立与开发工作。参与了C-2、AP1000等核电工程的设计工作，积累了大量的工程设计经验。在三维中心工作中，主要负责平台搭建，数据库以及图纸管理工作。通讯地址：上海市徐汇区虹漕路29号，工艺系统所邮编：200233E-mail: yuxiao@snerdi.com.cn改变是我们的宗旨SmartPlant® Enterprise让您的工程设计基础切实的为您服务Intergraph® SmartPlant® Enterprise提供了业界领先的、一流的设计和数据管理解决方案，使业主运营商能够在企业层面获取集成的工程信息，并由此取得竞争优势。SmartPlant Enterprise可以有效的提高生产率及工程效率达30%之多。SMARTPLANT 3D—世界上最先进的3D工程和设计解决方案SmartPlant 3D是世界上仅有的新一代三维工厂设计解决方案，运用了突破性的设计方法，即以规则、关系及自动化为重点的方式。SmartPlant 3D是最先进最有效的三维工厂设计解决方案，它可以优化设计、提高安全性、质量及生产率，与此同时，缩短项目周期。SMARTPLANT FOUNDATION—全球最佳的投资项目生命周期管理解决方案SmartPlant Foundation是世界领先的，以标准为基础的投资项目生命周期管理（cPLM）解决方案，其优越性能在化工、电力及海事行业中已经得到充分证明。在信息管理及集成系统方面，它已成为全球大小项目、450余家公司及业主运营商的首选产品。SMARTPLANTMATERIALS全面的材料管理及分包商管理解决方案让您的工程设计基础切实的为您服务Intergraph®SmartPlant®Enterprise提供了业界领先的、一流的设计和数据管理解决方案，使业主运营商能够在企业层面获取集成的工程信息，并由此取得竞争优势。SmartPantEnterprise可以有效的提高生产率及工程效率达30%之多。SMARTPLANT3D—世界上最先进的3D工程和设计解决方案SmartPlant3D是世界上仅有的新一代三维工厂设计解决方案，运用了突破性的设计方法，即以规则、关系及自动化为重点的方式。SmartPlant3D是最先进最有效的三维工厂设计解决方案，它可以优化设计、提高安全性、质量及生产率，与此同时，缩短项目周期。SMARTPLANTFOUNDATION—全球最佳的投资项目生命周期管理解决方案SmartPlantFoundation是世界领先的，以标准为基础的投资项目生命周期管理（cPLM）解决方案，其优越性能在化工、电力及海事行业中已经得到充分证明。在信息管理及集成系统方面，它已成为全球大小项目、450余家公司及业主运营商的首选产品。