陶亞剛 李雯佳 王維青 岳小平 馬 宇

核電廠電氣布置主要包括電氣設(shè)備的布置，以及為電氣、儀控系統(tǒng)動(dòng)力、信號(hào)的連通而進(jìn)行的電纜通道的設(shè)計(jì)以及具體的電纜路徑的敷設(shè)，以保證電氣、儀控系統(tǒng)動(dòng)力、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的形成，其功能相當(dāng)于核電廠的神經(jīng)系統(tǒng)的載體。核電廠電氣布置是核電廠施工圖設(shè)計(jì)階段非常重要的環(huán)節(jié)之一。

1 核電廠電氣布置設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)核電廠電氣設(shè)備布置與橋架設(shè)計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀

在過去傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)手段從最初的手工機(jī)械制圖到電腦輔助二維機(jī)械制圖，到后來信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，很多行業(yè)開始采用三維技術(shù)開展設(shè)計(jì)，如機(jī)械制造、建筑、化工等行業(yè)，早已進(jìn)入了三維時(shí)代，但由于核電廠專業(yè)類別、物項(xiàng)、空間以及設(shè)計(jì)方式的復(fù)雜性和特殊性，三維化的進(jìn)度較為緩慢，因此一直存在專業(yè)間協(xié)作困難、設(shè)計(jì)驗(yàn)證復(fù)雜，特別是施工圖紙的工作量大、效率低等一系列問題。為了盡快將核電設(shè)計(jì)與現(xiàn)代科技接軌，國內(nèi)核電行業(yè)一直在積極推進(jìn)三維設(shè)計(jì)手段在核電廠布置設(shè)計(jì)的工作，核電廠電氣設(shè)備與橋架設(shè)計(jì)的也在跟隨同步推進(jìn)。

最早在秦山核電二期工程中，應(yīng)用PDL軟件平臺(tái)進(jìn)行反應(yīng)堆廠房的三維模型設(shè)計(jì)。

在嶺澳二期常規(guī)島的設(shè)計(jì)中，則引進(jìn)了基于microstation平臺(tái)的三維設(shè)計(jì)軟件，完成了常規(guī)島的三維化設(shè)計(jì)。

在華龍一號(hào)的設(shè)計(jì)上，采用了PDMS軟件實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)較全面的應(yīng)用。

三維化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，已在核電行業(yè)得到了較大的普及，特別是電氣設(shè)備布置與橋架的三維化設(shè)計(jì)更將是一個(gè)大的趨勢(shì)。

1.2 國內(nèi)核電廠電纜路徑敷設(shè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在秦山核電二期、秦山核電二期擴(kuò)建、嶺澳核電二期等工程中，采用了PERICLES 2、PERICLES 3等系列電纜敷設(shè)軟件完成了相關(guān)的設(shè)計(jì)工作。

在海陽核電一期工程中，采用了核島設(shè)計(jì)方提供的電纜管理軟件“Shaw+Cable+Manager”進(jìn)行電纜和電纜通道的設(shè)計(jì)。

在華龍一號(hào)的設(shè)計(jì)過程中，則采用了自主研發(fā)的計(jì)算速度更快、工作效率更高的CDMS作為電纜敷設(shè)軟件。

電纜敷設(shè)工具的多平臺(tái)融合、智能化設(shè)計(jì)也在核電領(lǐng)域逐步推進(jìn)。

2 核電廠電氣布置設(shè)計(jì)目前存在的問題

2.1 目前核電廠電纜橋架設(shè)計(jì)存在的問題

橋架設(shè)計(jì)規(guī)劃需要根據(jù)全廠電纜清單進(jìn)行分析，根據(jù)電纜敷設(shè)準(zhǔn)則制定合理的電纜通道，并根據(jù)電纜通道在PDMS中進(jìn)行電纜橋架的細(xì)化設(shè)計(jì)，目前存在以下的問題。

（1）電纜清單的分析、電纜通道的規(guī)劃全部采用人工完成，需要計(jì)算通道的電纜數(shù)量、電纜承載截面，由于全廠的電纜數(shù)量大約3萬多根，其工作量大、耗時(shí)長、且驗(yàn)證和修正困難。

（2）電纜通道的規(guī)劃都是在平面的圖紙上進(jìn)行，不利于垂直空間上的規(guī)劃。并且無法評(píng)估其通道對(duì)空間的占用是否足夠，亦無法預(yù)判與其他專業(yè)物項(xiàng)是否存在碰撞。

（3）電纜通道的規(guī)劃需考慮防火分區(qū)、輻射分區(qū)、水淹分區(qū)等空間特性，都需要規(guī)劃時(shí)人工驗(yàn)證。

（4）土建、結(jié)構(gòu)的提資只能在平面圖紙上完成，由于前期缺乏實(shí)際的橋架設(shè)計(jì)方案支撐，提資預(yù)估困難，提資準(zhǔn)確性、后續(xù)擴(kuò)展性較低。

（5）在PDMS中進(jìn)行橋架細(xì)化設(shè)計(jì)，需要充分考慮不同橋架類型、不同安全列的橋架之間的空間隔離問題，將規(guī)劃好的電纜通道細(xì)化為具體的電纜橋架模型，其模型均為人工建立，其工作量相當(dāng)巨大，耗時(shí)耗力。

（6）在PDMS橋架建模的過程中，需要邊建模邊進(jìn)行模型校驗(yàn)，通過碰撞檢查工具來核對(duì)是否存在與其他物項(xiàng)的碰撞，如果有碰撞則需要反復(fù)修改和檢查，這個(gè)過程也會(huì)耗費(fèi)很大的工作量。

（7）橋架后續(xù)的修改和維護(hù)動(dòng)則影響一系列的模型，導(dǎo)致模型維護(hù)起來困難。

2.2 目前核電廠電纜路徑敷設(shè)存在的問題

在使用獨(dú)立的電纜敷設(shè)軟件進(jìn)行電纜路徑敷設(shè)時(shí)，需要先將設(shè)計(jì)的電纜橋架進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化描述，形成拓?fù)鋽?shù)據(jù)后導(dǎo)入進(jìn)敷設(shè)軟件作為電纜橋架的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)庫，另外電氣設(shè)備的空間也需要進(jìn)行數(shù)據(jù)描述后導(dǎo)入到敷設(shè)軟件中，建立數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)后再開展電纜路徑敷設(shè)工作。

2.2.1 電纜橋架建立數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)存在的問題

在電纜橋架建立數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要在電纜橋架的平面布置圖紙上針對(duì)電纜橋架選取一定的節(jié)點(diǎn)，逐一量出節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，建立電纜橋架的數(shù)據(jù)描述，并對(duì)描述的電纜橋架進(jìn)行邏輯上連接描述，形成電纜橋架的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其存在的問題有。

（1）電纜橋架節(jié)點(diǎn)的描述工作煩瑣，節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大，耗費(fèi)很大的工作量。

（2）電纜橋架的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化也依靠人工逐一建立，容易出現(xiàn)錯(cuò)誤且不易校驗(yàn)出來，后期電纜路徑敷設(shè)時(shí)再進(jìn)行修改存在困難。

（3）電纜路徑一旦敷設(shè)到軟件中后，如果需要修改橋架網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)則需要將涉及的電纜路徑全部退出，待數(shù)據(jù)修改后再重新敷設(shè)，耗費(fèi)人力且對(duì)項(xiàng)目管理造成困難。

（4）如果電纜橋架的布置出現(xiàn)修改，則需要相應(yīng)地修改敷設(shè)軟件中的橋架網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，才能保證模型與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的一致性。

2.2.2 電纜路徑敷設(shè)存在的問題

電纜路徑敷設(shè)需要將電纜清單按照一定的格式導(dǎo)入到電纜敷設(shè)軟件中，再逐一對(duì)每根電纜進(jìn)行電纜路徑的選取，為其提供詳細(xì)的電纜路徑描述。

（1）電纜路徑需要逐一進(jìn)行敷設(shè)，敷設(shè)的過程中軟件需要同時(shí)進(jìn)行橋架資源的查詢和校驗(yàn)，需要耗費(fèi)很大的人力物力。

（2）電纜橋架一旦出現(xiàn)滿載的情況，無法對(duì)電纜路徑進(jìn)行優(yōu)化，需要人為進(jìn)行調(diào)整和分配橋架資源。

（3）電纜橋架布置方案和電纜橋架網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)一旦出現(xiàn)調(diào)整和修改，敷設(shè)到橋架中的電纜都需要退出并進(jìn)行重新敷設(shè)，其工作煩瑣且耗時(shí)。

（4）電纜橋架的橋架資源查詢不直觀，在選取路徑的過程中對(duì)于有空閑資源的橋架選取存在困難，需要在不斷地嘗試過程中去尋找可用的橋架資源。

2.3 目前電氣布置的施工文件編制存在的問題

電氣布置施工文件主要包括電纜橋架布置圖和電纜路徑清單，電纜路徑清單通過電纜敷設(shè)軟件可以實(shí)現(xiàn)較好的文本導(dǎo)出和施工文件出版定制，電纜橋架布置圖則在PDMS中根據(jù)電纜橋架及設(shè)備布置模型實(shí)現(xiàn)出圖定制，但尚存在以下問題。

（1）PDMS中根據(jù)模型抽出的平面圖線條均為擬合而成，圖層雜亂，需要進(jìn)行二次加工，與傳統(tǒng)人工制圖相比，并沒有起到省時(shí)省力的效果。

（2）PDMS導(dǎo)出的圖紙圖面標(biāo)注達(dá)不到整潔、美觀的效果，需要進(jìn)行二次加工。

3 核電廠電氣布置設(shè)計(jì)的技術(shù)需求與發(fā)展方向探討

針對(duì)核電廠電氣布置設(shè)計(jì)目前存在的以上問題，在設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)手段上亟須解決的問題主要在以下幾個(gè)方面。

3.1 核電廠電纜橋架設(shè)計(jì)需要解決的技術(shù)要點(diǎn)

（1）將電纜清單的分析、電纜通道的規(guī)劃納入三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中去，利用大數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)現(xiàn)三維中的可視化智能電纜通道規(guī)劃。

（2）在三維平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)土建、結(jié)構(gòu)的提資，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)的同平臺(tái)協(xié)作設(shè)計(jì)。

（3）在三維平臺(tái)中根據(jù)規(guī)劃的電纜通道，實(shí)現(xiàn)電纜橋架的智能自動(dòng)化建模，并且能自動(dòng)進(jìn)行碰撞檢查和避讓其他物項(xiàng)，盡量減少人工干預(yù)的情況下能達(dá)到模型的自動(dòng)優(yōu)化，使得生成的橋架模型在空間、距離上的優(yōu)化。

（4）三維平臺(tái)在建立電纜橋架模型的過程中能充分考慮電氣隔離準(zhǔn)則、電纜敷設(shè)準(zhǔn)則，并能進(jìn)行防火共模分析，實(shí)現(xiàn)電纜橋架防火保護(hù)的智能設(shè)計(jì)。

（5）三維平臺(tái)在建立電纜橋架模型的過程中能根據(jù)輻射分區(qū)、防火分區(qū)、水淹分區(qū)等，遵循電氣孔洞的封堵原則進(jìn)行電氣孔洞封堵的智能設(shè)計(jì)。

3.2 核電廠電纜路徑設(shè)計(jì)需要解決的技術(shù)要點(diǎn)

（1）在三維平臺(tái)中，直接利用現(xiàn)有的電纜橋架模型實(shí)現(xiàn)可視化智能電纜路徑自動(dòng)敷設(shè)，搭建大的平臺(tái)并進(jìn)行功能整合。

（2）在三維智能化電纜路徑敷設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電纜、橋架資源的可視化查詢。

3.3 核電廠電氣布置的施工文件編制需要解決的技術(shù)要點(diǎn)

在三維平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)自由度更高、出圖效果更好的施工文件出圖定制。

4 核電廠電氣布置設(shè)計(jì)技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)展望

根據(jù)當(dāng)前的核電廠電氣布置情況和需求分析，結(jié)合當(dāng)前的開發(fā)技術(shù)和三維平臺(tái)，完全具備實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)的可行性。

（1）基于現(xiàn)有的三維PDMS（或E3D）平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更多的設(shè)計(jì)功能，如電纜橋架的自動(dòng)規(guī)劃、建模，電纜橋架支撐的自動(dòng)建模，電纜路徑的自動(dòng)敷設(shè)等。

（2）結(jié)合當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開展互聯(lián)網(wǎng)+的大平臺(tái)搭建，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)管理、項(xiàng)目管理、施工管理等的整合，達(dá)到核電工程從初設(shè)、三維建模、施工圖設(shè)計(jì)、施工管理、竣工圖設(shè)計(jì)的融合和多方協(xié)同合作的目的。

（3）利用VR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維的沉浸式的演示、瀏覽，更進(jìn)一步地，實(shí)現(xiàn)沉浸式的VR設(shè)計(jì)，使得三維設(shè)計(jì)的模型更直觀、更逼真、更準(zhǔn)確、更快捷。

（4）利用VR技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的可視化投影，提高施工放線、定位的直觀性、準(zhǔn)確性，更有助于施工方對(duì)于設(shè)計(jì)方案更直接的識(shí)別和理解。

5 小結(jié)

在充分解決好當(dāng)前核電廠電氣布置設(shè)計(jì)中所面臨的技術(shù)問題時(shí)，可以使設(shè)計(jì)方法更智能化、人性化，并將很好地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為更安全、更好、更便捷的核電設(shè)計(jì)提供平臺(tái)。而未來設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，將使得自主核電的設(shè)計(jì)更具有科技感、信息化、智能化，為我國核電技術(shù)走向更成熟、更安全的發(fā)展提供保障。