楊海萍 尤培華

中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司（450000）

TS軟件在AP1000核電模塊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

楊海萍 尤培華

中國(guó)核電工程有限公司鄭州分公司（450000）

這里以某AP1000核電模塊設(shè)計(jì)為例，從三維建模、參數(shù)化節(jié)點(diǎn)定制、出圖定制、與計(jì)算軟件和PDMS軟件之間轉(zhuǎn)化等方面介紹了TS軟件在核電模塊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

AP1000核電；模塊化設(shè)計(jì)；TS軟件

0 前言

模塊化設(shè)計(jì)與施工是AP1000（第三代壓水堆核電技術(shù)）的重要標(biāo)志。采用模塊化的設(shè)計(jì)理念,一方面可以使大量的施工工作在制造廠完成，保證施工質(zhì)量，另一方面減少了現(xiàn)場(chǎng)施工量，縮短了核電的建設(shè)工期。AP1000核電站的模塊主要包括結(jié)構(gòu)模塊和機(jī)械模塊兩類(lèi)。結(jié)構(gòu)模塊由各種型鋼連接而成，安裝就位后再澆注混凝土，成為核島土建結(jié)構(gòu)的一部分。機(jī)械模塊由設(shè)備、管道、儀表、閥門(mén)、支架以及固定用的型鋼等組合而成,安裝就位后成為工藝系統(tǒng)的一部分。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)是現(xiàn)在核電設(shè)計(jì)的主要方式。針對(duì)AP 1000核電模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，采用一款既滿足結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)精準(zhǔn)又便于后期各專(zhuān)業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的軟件是非常重要的。

目前在核電工程設(shè)計(jì)中多采用PDMS軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。PDMS軟件能較好地滿足各專(zhuān)業(yè)之間的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，方便快捷地搭建鋼結(jié)構(gòu)框架，但在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和后期出圖方面，不能很好滿足結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)深度與精度要求。

Tekla Structures（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TS）軟件由芬蘭Tekla公司開(kāi)發(fā)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，既可用于工程設(shè)計(jì)分析、預(yù)制混凝土構(gòu)件加工設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)深化加工設(shè)計(jì)和三維建筑信息化管理等，而且含有豐富齊全的鋼結(jié)構(gòu)材料、截面、螺栓，具有強(qiáng)大的智能出圖功能。TS軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交互功能也使得其在使用時(shí)與其他軟件搭配得當(dāng)，大大方便了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)及修改工作，大幅度提高了深化設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。TS軟件在精細(xì)化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面比其他軟件更具優(yōu)勢(shì)，能滿足AP1000核電模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

1 TS軟件創(chuàng)建模塊三維模型

AP1000核電模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括三維建模、模型結(jié)構(gòu)受力分析、與其他專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、形成模塊施工圖四個(gè)方面。

1.1 創(chuàng)建模塊零件

TS軟件有豐富的鋼結(jié)構(gòu)材料、截面庫(kù)。AP1000核電模塊中鋼材主要采用美標(biāo)型鋼庫(kù)。用戶可以自定義截面或材料，添加到軟件型鋼庫(kù)中。TS軟件零件包括型鋼柱、型鋼直梁、折梁、弧梁、復(fù)合截面型鋼、鋼板、自定義截面型材等。在創(chuàng)建的零件上可以添加孔洞、螺栓、焊縫或者進(jìn)行切割。核電模塊中應(yīng)用的基本零件為型鋼梁柱、鋼板等常用零件，還有預(yù)留在模塊上的預(yù)埋件、工藝管道用的管卡及支架等。

1.2 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)

AP1000核電模塊中,零件與零件之間通過(guò)螺栓連接或者焊縫連接。TS軟件將這種連接稱(chēng)為連接節(jié)點(diǎn)。

TS軟件含有多個(gè)常用的節(jié)點(diǎn)，在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)時(shí)非常方便，只需點(diǎn)取某節(jié)點(diǎn)填寫(xiě)好參數(shù)，然后選主部件、次部件即可。AP1000核電模塊一般采用螺栓連接或者焊接節(jié)點(diǎn)。對(duì)于常用的鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)，可以在自帶節(jié)點(diǎn)庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行參數(shù)修改，對(duì)于常用的節(jié)點(diǎn)屬性可以開(kāi)發(fā)成模塊定制屬性，以便建模時(shí)直接引用。

圖1 參數(shù)化節(jié)點(diǎn)定制節(jié)點(diǎn)（管卡）

雖然TS軟件節(jié)點(diǎn)庫(kù)中含有眾多基本節(jié)點(diǎn)，但在許多大型工程中用戶還需要在基本節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自行開(kāi)發(fā)。TS軟件支持將常用的節(jié)點(diǎn)形式創(chuàng)建或修改后設(shè)置為自定義節(jié)點(diǎn)，方便以后直接調(diào)用（如圖1所示）。通過(guò)節(jié)點(diǎn)定制功能，將模塊中常用的零件，如標(biāo)準(zhǔn)埋件、標(biāo)準(zhǔn)管卡、吊耳等設(shè)置為參數(shù)化節(jié)點(diǎn)，提高了模塊建模效率，實(shí)現(xiàn)了模塊建模標(biāo)準(zhǔn)、快捷化。

1.3 組成構(gòu)件

構(gòu)件由單個(gè)或多個(gè)零件、子構(gòu)件組成，通過(guò)焊接、節(jié)點(diǎn)將多于一個(gè)的零件或子構(gòu)件連接在一起即可組成構(gòu)件，以便于設(shè)計(jì)者對(duì)模型進(jìn)行管理、核對(duì)、修改。實(shí)際上，一個(gè)模塊即為一個(gè)大的構(gòu)件。

2 TS軟件可實(shí)現(xiàn)模塊節(jié)點(diǎn)分析、施工圖出圖及協(xié)同設(shè)計(jì)

TS軟件可以通過(guò)軟件接口與其他鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件如STAAD.pro對(duì)模塊進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。再根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)模塊進(jìn)行截面驗(yàn)算、優(yōu)化以及節(jié)點(diǎn)優(yōu)化。TS軟件通過(guò)接口將模型導(dǎo)入到PDMS軟件中，以方便結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)與其他專(zhuān)業(yè)進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)。

TS軟件可默認(rèn)文本模板、圖形模板和報(bào)告模板，而且各種模板均支持二次開(kāi)發(fā)。采用TS軟件形成的施工圖可準(zhǔn)確反映模塊的實(shí)體關(guān)系,平面圖、立面圖、剖面圖以及節(jié)點(diǎn)詳圖均與實(shí)際尺寸一致。TS軟件還可以通過(guò)定制表格提取模塊材料表、構(gòu)件表等模型信息。通過(guò)二次開(kāi)發(fā)圖形模板，TS軟件可以自動(dòng)形成滿足施工要求的施工圖紙。在形成圖紙之后，若模塊模型有變化，模型變化將自動(dòng)更新顯示到圖紙之中，并以云線圈出，完全保證了模型與圖紙的一致性。

3 小結(jié)

TS軟件具有強(qiáng)大的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析功能，不僅支持二次開(kāi)發(fā)，還支持與其他軟件相互調(diào)用。本文以AP1000核電站為例，通過(guò)進(jìn)行TS軟件的二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建模塊定制節(jié)點(diǎn)與定制出圖模板，提高了核電模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率。通過(guò)開(kāi)發(fā)TS軟件與其他設(shè)計(jì)軟件的接口，實(shí)現(xiàn)了三維模型共享，多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。