綦學(xué)良， 李一波

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021)

近年來(lái)隨著電力設(shè)計(jì)行業(yè)應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展、市場(chǎng)需求的高端化，基于三維平臺(tái)構(gòu)建的發(fā)電廠數(shù)字化設(shè)計(jì)體系日益完善，全專業(yè)領(lǐng)域、更規(guī)范、更精細(xì)的設(shè)計(jì)方式已逐步實(shí)現(xiàn)，成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。以對(duì)用戶開(kāi)放代碼的工廠三維設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)(PDMS)軟件開(kāi)發(fā)為實(shí)例， 通過(guò)可編程邏輯語(yǔ)言(PML)和C語(yǔ)言進(jìn)行用戶自定制開(kāi)發(fā)，具有針對(duì)性地匯編開(kāi)發(fā)多專業(yè)支吊架三維設(shè)計(jì)工具，以提高發(fā)電廠管道支吊架設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。本文以迪拜HASSYAN 2×600 MW燃煤電站工程消防水管道支吊架三維設(shè)計(jì)為例，參考GJBT-630 03S402《室內(nèi)管道支架及吊架》進(jìn)行詳細(xì)論述。

1 多專業(yè)支吊架三維設(shè)計(jì)

1.1 多專業(yè)化的必要性

管道支吊架設(shè)計(jì)主要包括支吊架選型、布置、材料量匯總和詳圖繪制。部分高參數(shù)管道的設(shè)計(jì)需要考慮應(yīng)力、荷載計(jì)算。近年來(lái)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的電廠高溫、高壓管道支吊架三維設(shè)計(jì)工具主要包括：路草支吊架設(shè)計(jì)軟件(EHS)、PDMS組件式汽水管道支吊架三維輔助設(shè)計(jì)工具等。

由于電廠三維設(shè)計(jì)需要多專業(yè)集成于同一平臺(tái)協(xié)同開(kāi)展，所有參與其中的專業(yè)需要即時(shí)共享真實(shí)、準(zhǔn)確的模型布置占位和碰撞信息。在進(jìn)行熱機(jī)專業(yè)的高參數(shù)管道支吊架三維設(shè)計(jì)同時(shí)，需考慮給排水專業(yè)、化學(xué)水處理專業(yè)、暖通專業(yè)、電氣專業(yè)的消防管道、化學(xué)管道、通風(fēng)風(fēng)道、電纜橋架等支吊架設(shè)計(jì)，全專業(yè)精細(xì)化程度的提高是促使三維協(xié)同設(shè)計(jì)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)作用的關(guān)鍵。

1.2 自定制代碼框架

1.2.1 實(shí)體支吊架數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象類型

由于發(fā)電廠設(shè)計(jì)中各專業(yè)的管道、風(fēng)道及橋架所參考的支吊架標(biāo)準(zhǔn)不同、形式多樣，因此軟件代碼可對(duì)此進(jìn)行統(tǒng)籌化處理。標(biāo)準(zhǔn)圖集和規(guī)范均以軟件后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的管道等級(jí)(SPEC)類型對(duì)象作為引用；不同形式的支吊架桿件以約束類模型(REST)對(duì)象作為模型存儲(chǔ)主體，后臺(tái)桿件數(shù)據(jù)庫(kù)作為外形及連接點(diǎn)的數(shù)據(jù)支持。區(qū)別于單純的數(shù)據(jù)庫(kù)引用方式，用戶可以將不同形式的支吊架模型預(yù)先建立在三維空間中，作為工具的模板引用。軟件數(shù)據(jù)傳遞構(gòu)架見(jiàn)圖1 。其中，支吊架模板需要內(nèi)置自動(dòng)布置規(guī)則，同形式的同一個(gè)支吊架規(guī)格對(duì)應(yīng)一個(gè)支吊架模板。存儲(chǔ)模板的三級(jí)軟件設(shè)計(jì)模塊(DESI)型軟件數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)置于特定的數(shù)據(jù)庫(kù)集合(MDB)中，通過(guò)用戶在登錄時(shí)選擇數(shù)據(jù)庫(kù)映射，防止模板模型與工程模型占位沖突。

圖1 數(shù)據(jù)傳遞構(gòu)架

1.2.2 通用的邏輯支吊點(diǎn)

在PDMS三維設(shè)計(jì)軟件環(huán)境中，管道、風(fēng)道及橋架皆屬于分支類型的三維模型，在數(shù)據(jù)庫(kù)中以分支元件按邏輯順序排布的集合方式存儲(chǔ)。這些隸屬于不同專業(yè)、不同類型的分支模型具備一個(gè)共性，即通過(guò)邏輯支吊點(diǎn)(ATTA)與支吊架模型產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，以傳遞坐標(biāo)、尺寸、支吊架編號(hào)等聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)，避免支吊架模型成為獨(dú)立存在的個(gè)體。兼顧支吊點(diǎn)模型在多專業(yè)支吊架三維設(shè)計(jì)中的通用性，應(yīng)將其連接點(diǎn)尺寸定義為區(qū)別于常規(guī)元件的可變參數(shù)，并通過(guò)代碼控制參數(shù)取值。

2 規(guī)范化的支吊架三維設(shè)計(jì)

規(guī)范化的設(shè)計(jì)是保證電廠三維設(shè)計(jì)過(guò)程中專業(yè)間順利配合、上下游設(shè)計(jì)工作順利銜接、設(shè)計(jì)成品數(shù)據(jù)安全維護(hù)的必要管控。

2.1 模型數(shù)據(jù)源

2.1.1 數(shù)據(jù)源的標(biāo)準(zhǔn)化引用

出于對(duì)多專業(yè)領(lǐng)域支吊架設(shè)計(jì)涵蓋性的考慮，自定制工具的代碼應(yīng)具備接口靈活的特性，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)記錄的設(shè)計(jì)參數(shù)和模板模型記錄的自動(dòng)布置規(guī)則，能夠快速收納國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際發(fā)電工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目所引用的支吊架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，這些設(shè)計(jì)參數(shù)和自動(dòng)布置規(guī)則完全取材于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，軟件維護(hù)人員可以提取數(shù)據(jù)的方式對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。

2.1.2 數(shù)據(jù)源的唯一性

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和完整，數(shù)據(jù)源唯一性是不可忽視的重要原則，通過(guò)支吊架三維設(shè)計(jì)工具實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)源繼承體系也必須一脈相承。三維支吊架設(shè)計(jì)工具所引用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)被記錄在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)自定制工具將支吊架的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)提取、傳遞給三維模型，再通過(guò)代碼從上游模型設(shè)計(jì)成品中提取，傳遞給三維施工圖，進(jìn)行成品及數(shù)據(jù)的合并存儲(chǔ)。通過(guò)共享三維模型及三維施工圖中記錄的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，包括：方案調(diào)整、變更等設(shè)計(jì)流程，最終完成三維設(shè)計(jì)成品。在這套體系中數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠瘘c(diǎn)由用戶觸發(fā)；而其傳輸過(guò)程完全由代碼驅(qū)動(dòng)，不受外界干擾；傳輸終點(diǎn)為直觀的設(shè)計(jì)內(nèi)容展示，如需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，必須從相應(yīng)的數(shù)據(jù)源開(kāi)始，排除由于誤操作造成的錯(cuò)誤。

2.2 模型屬性設(shè)置

在電廠三維設(shè)計(jì)中，規(guī)范化的設(shè)計(jì)過(guò)程是保證數(shù)據(jù)正常維護(hù)、上下游工作銜接的關(guān)鍵，因此，自定制工具的開(kāi)發(fā)應(yīng)充分考慮設(shè)計(jì)成品的規(guī)范化程度。在管道、風(fēng)道及橋架完全以發(fā)電廠標(biāo)識(shí)系統(tǒng)編碼(KKS)命名的理想情況下，自定制工具代碼通過(guò)邏輯支吊點(diǎn)模型提取其所在分支的名稱，并添加后綴作為支吊架模型的名稱。而儲(chǔ)存于支吊架模型描述屬性(DESC)中的支吊架類型和number屬性中的編號(hào)會(huì)自動(dòng)合并傳送給邏輯支吊點(diǎn)的元件庫(kù)詳細(xì)描述(STEXT)屬性。

為保證模型的正常使用和維護(hù)，用戶僅需在支吊架建模時(shí)進(jìn)行選型和給定編號(hào)，便可以完成REST支吊架模型的規(guī)范化命名，同時(shí)將ATTA支吊點(diǎn)模型的STEXT屬性賦值，用于下游軸側(cè)圖iso繪制工作的開(kāi)展。

3 精細(xì)化的支吊架三維設(shè)計(jì)

電廠管道及橋架支吊架設(shè)計(jì)是精細(xì)化三維設(shè)計(jì)的重要組成部分，而支吊架模型的精細(xì)化程度決定了其作為優(yōu)化空間布置的參考意義。

3.1 雙層數(shù)據(jù)庫(kù)引用體系

雙層數(shù)據(jù)庫(kù)引用可以簡(jiǎn)述為：模板模型讀取桿件數(shù)據(jù)庫(kù)信息，實(shí)體支吊架模型讀取模板模型信息的遞進(jìn)式引用體系。之所以采用這個(gè)體系，是因?yàn)樽远ㄖ乒ぞ唛_(kāi)發(fā)需要同時(shí)兼顧多專業(yè)支吊架設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和單體支吊架桿件信息的提取與傳遞，即，模板數(shù)據(jù)庫(kù)需要收納豐富的多專業(yè)支吊架形式作為用戶設(shè)計(jì)的素材，而桿件數(shù)據(jù)庫(kù)則應(yīng)記錄單體桿件的尺寸信息，用以支持模型的空間占位。兩個(gè)引用方式相結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)用戶從支吊架選型到布置設(shè)計(jì)完成準(zhǔn)確、完整的三維設(shè)計(jì)成品。

3.2 參數(shù)化的支吊架桿件數(shù)據(jù)庫(kù)

以給排水專業(yè)參考的GJBT-630 035402標(biāo)準(zhǔn)圖集第42頁(yè)雙桿聯(lián)合吊架的吊桿為例。吊架的吊桿桿件類型在軟件中為支吊架吊桿模型(HELE)連接桿件類型。如果采用雙頭螺紋吊桿其吊桿模型的螺母及墊圈位置應(yīng)隨支吊架生根位置發(fā)生變化。由于吊桿總長(zhǎng)度為定值，且吊桿兩側(cè)螺紋的長(zhǎng)度有限，因此螺母及墊圈位置不能無(wú)限制沿吊桿軸向移動(dòng)。

以雙頭螺紋吊桿的單螺母?jìng)?cè)墊圈為例，其與雙螺母?jìng)?cè)墊圈的距離函數(shù)格式為：

PARA[2]-MIN 〔PARA[4]，ABS ( DESP[1])〕-MIN 〔PARA[3]，ABS ( DESP[2])〕

其中，MIN為最小值取值函數(shù)，ABS為絕對(duì)值取值函數(shù)；尺寸參數(shù)與吊桿尺寸變量在數(shù)據(jù)庫(kù)中的對(duì)應(yīng)管系見(jiàn)表1。

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)變量對(duì)照

由于單螺母?jìng)?cè)的墊圈極限位置為墊圈脫扣時(shí)的位置，因此取螺紋長(zhǎng)度和墊圈擰深中的較小值：MIN 〔PARA[4]，ABS ( DESP[1])〕，同理可以得出雙螺母?jìng)?cè)墊圈的位置：MIN 〔 PARA[3]，ABS ( DESP[2])〕 。ABS絕對(duì)值取值函數(shù)用于防止用戶在輸入墊圈擰深的位置參數(shù)時(shí)誤操作錄入負(fù)實(shí)數(shù)。

3.3 記錄自動(dòng)布置規(guī)則的支吊架模板庫(kù)

桿件數(shù)據(jù)庫(kù)保證了支吊架桿件模型的準(zhǔn)確尺寸，而支吊架模板庫(kù)則是將不同的桿件組合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三維模型，并通過(guò)記錄桿件自動(dòng)布置規(guī)則確保用戶引用支吊架模型時(shí)，各桿件能根據(jù)自己的尺寸和前后桿件的位置關(guān)系自動(dòng)調(diào)整布置。

模板模型是存放在三維設(shè)計(jì)空間的真實(shí)模型，在設(shè)計(jì)過(guò)程中軟件代碼會(huì)拷貝這個(gè)模型到用戶指定的位置，并根據(jù)模板中儲(chǔ)存自動(dòng)布置規(guī)則、用戶輸入的桿件尺寸和支吊架生根位置自動(dòng)計(jì)算其實(shí)際尺寸、朝向。其模板模型至少存在2個(gè)自動(dòng)布置規(guī)則，管箍定位和管箍朝向布置規(guī)則。其定位布置規(guī)則指定了當(dāng)前管箍的位置應(yīng)該與支吊架HANGER層的起始點(diǎn)位置相重合，該處也是管道邏輯支吊點(diǎn)ATTA的實(shí)際位置；而朝向布置規(guī)則指定了管箍模型的軸向X應(yīng)與支吊架HANGER層的起點(diǎn)方向一致，該方向?yàn)楣艿滥Ｐ蛢?nèi)介質(zhì)的流向，管箍模型的軸向Z方向?yàn)樨Q直向上，保證了管箍模型的螺母和墊圈與橫擔(dān)模型能順利貼合。聯(lián)合吊架模型見(jiàn)圖2。

4 多專業(yè)支吊架三維設(shè)計(jì)高效性分析

多專業(yè)支吊架三維設(shè)計(jì)自定制開(kāi)發(fā)的最優(yōu)化效率源于支吊架模板和模型中的布置規(guī)則，這些規(guī)則將獨(dú)立存在的支吊架桿件模型按用戶的設(shè)計(jì)意向和桿件連接關(guān)系自動(dòng)布置連接，大幅度提高了三維設(shè)計(jì)效率。例如，支吊架模板中的自動(dòng)布置規(guī)則可以在用戶選型階段直接按給定的尺寸參數(shù)調(diào)整桿件之間的位置關(guān)系，無(wú)需用戶手動(dòng)定位桿件，至少提高布置建模效率的50%；支吊架模型從模板繼承來(lái)的布置規(guī)則在用戶調(diào)整支吊架布置時(shí)，可直接按用戶重置的尺寸參數(shù)調(diào)整桿件及整體支吊架位置，至少將布置修改效率提高60%，因此，正確的設(shè)置自動(dòng)布置規(guī)則，是支吊架三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是提高設(shè)計(jì)效率的關(guān)鍵。

5 結(jié)束語(yǔ)

電廠三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于能客觀、真實(shí)地反映布置設(shè)計(jì)過(guò)程中電廠空間的利用情況，而局部三維化的設(shè)計(jì)并不能完整地向用戶反饋這一信息，因此，支吊架三維設(shè)計(jì)的過(guò)程必須考慮多專業(yè)涵蓋性。用戶自定制設(shè)計(jì)工具的接口靈活，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)引用體系、桿件數(shù)據(jù)庫(kù)體系、模板引用制建模體系可以完成不同專業(yè)的支吊架三維設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)源的唯一性、規(guī)范化、高邏輯性的模型布置函數(shù)，則確保了支吊架三維模型能夠精確地呈現(xiàn)空間占位，為發(fā)電廠三維設(shè)計(jì)空間優(yōu)化提供了高效率、高質(zhì)量的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王堅(jiān). 火力發(fā)電廠布置設(shè)計(jì)精細(xì)化發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電力建設(shè)，2011，32(1):68-71.