核电站三维设计的发展和应用

时间：2019年04月13日分类：科学技术论文次数：

【内容摘要】由于受到多种条件的制约，核电行业三维技术的发展之前一直处于慢车道。随着通信技术和互联网技术的发展，三维设计在核电行业得到了长足的应用和发展。本文着重阐述了核电站三维设计的应用，并展望了未来数字电站和智能电站的发展方向。【关键词

　　【内容摘要】由于受到多种条件的制约，核电行业三维技术的发展之前一直处于慢车道。随着通信技术和互联网技术的发展，三维设计在核电行业得到了长足的应用和发展。本文着重阐述了核电站三维设计的应用，并展望了未来数字电站和智能电站的发展方向。

　　【关键词】三维设计;互联网+三维协作平台;核电站;三维仿真

吉林电力

　　一、核电站三维设计的发展

　　随着通信技术和互联网技术的发展，越来越多的行业开始采用三维技术开展设计。如:汽车行业、建筑行业以及航空航天领域等。应该说在其他设计领域里，三维设计已经很普遍了，但是由于核电行业固有的特殊性，特别是核电站设计工具手段的复杂性，其在三维设计上的推进十分困难。因此，过去核电站的设计都是二维的，设计人员要在图纸上作图，工作量大、工作效率低。从二维图纸到三维设计，经历了一个相当漫长的过程。经过几十年的不懈努力，近几年来，部分核电站已经实现了全范围的三维设计，并将三维设计和信息化设计相结合。下一步核电站三维设计发展的目标是建设全寿期全专业的数字化核电站，最终实现智能化设计，为电站进行智能服务和智能分析。

　　二、核电站三维设计的应用

　　核电站三维设计可以应用在很多方面，这里只重点从“互联网+”三维协作平台和三维仿真两个角度进行阐述。

　　(一)互联网+三维协作平台。

　　核电站的特点是专业多、数据多、参与的企业多。以华龙一号的设计来说，有70多个专业、270个管理程序、500多种软件、10000多个接口和200000多份成品文件。快速准确地查询到相关数据信息非常重要，以前这项工作非常耗时。目前，中国核电工程有限公司利用“互联网+”这一手段，以英国AVEVA公司开发的三维工厂设计系统PDMS为基础，打造了全新的“互联网+”三维协作平台，使设计、采购、施工、调试、运行等单位打破时空限制随时随地查询所需要的数据。

　　例如:施工中一个设备的位置需要变更，以前需要在二维图纸上进行查询和修改，工作量极大，现在在平台上输入该设备位号，就可以迅速查询出与该设备相关的所有信息，如:二、三维图纸、施工图、布置图等。设备供应商可以获得技术规格书用于制造，施工人员可以查看三维模型提高施工精度与安装效率，调试人员可以通过系统手册获取系统各项参数。

　　目前，使用的“互联网+”三维协作平台是利用互联网和图像数据同步重建技术搭建起来的。通过“互联网+”技术，该平台能够把全球的设计单位、施工单位、供货商、合作伙伴联系在一起，实现多专业三维协同设计，异地同步设计和多专业数字化协同提资等功能，进一步提高了整体设计水平与设计质量。

　　1.多专业三维协同异地同步设计。

　　过去在进行设计时，由于通讯手段的不畅，很难实现同步设计，影响了设计进度和效率。其中，最直接的问题莫过于在进行厂房综合布置时，如何协同解决各专业设备发生的干涉。现在，在进行厂房综合布置的协同设计时，利用了“互联网+”三维协作平台开展了多专业三维协同异地同步设计。

　　身处外地的设计人员通过计算机可以发现各专业设备相互干涉的情况，同时计算机系统也能够自动标注和重新测量设备的尺寸和位置。在这种情况下，双方或多方的设计人员可以对上述问题进行实时在线沟通和协调，共同进行设计变更和设计调整，重新确认设备的位置，从而避免了不同专业间设备的干涉。该功能可以解决很多在现场难以解决的实际问题，使这些问题在设计阶段就能得到及时处理。理论上实现0碰撞。

　　2.多专业数字化协同提资。

　　过去，由于设计手段和方式的制约，提资过程十分繁复。各专业设计人员需要手工在二维图纸上标注问题，通过提交资料单的方式进行提资，并且后续清单还需要手动额外制作。由于提资的过程涉及的专业较多，所以需要人工协调和处理的工作也较多，因此提资的周期也较长，直接影响了设计效率。

　　目前，各专业通过“互联网+”三维协作平台进行提资，由于信息和数据已经储存在计算机中，所以只需要在通过输入命令，进行简单的操作，就可以完成过去需要大量时间和人力协调才能完成的工作，同时还将后续的清单工作一并处理。多专业协同提资从根本上改变了传统的手工提资方式。据统计:自开展多专业协同提资以来，提资时间由原来的45个工作日，缩短到25个工作日，大大提高了各专业工作的工作效率和协调性，保证了设计质量。

　　(二)三维仿真技术的应用。

　　1.抗外部撞击的模拟和分析。

　　通过已有的三维数据库并利用三维有限源模型，可以模拟厂房受到外部撞击的情况，如:龙卷风、台风、飞射物，也包括商用大飞机的撞击。三维有限源模型能够实时模拟核岛厂房遭遇大飞机撞击时，整个厂房的结构受力情况。通过颜色的变化，可以了解到厂房受力情况的变化，从而对厂房是否能够抗击该外部撞击进行分析和评估。

　　2.模拟关键设备进场。

　　以往，在现场经常发生大型设备由于各种原因不能正常就位的情况。目前，利用三维技术模拟核电站关键设备进场的过程是利用计算机内的数据库按照设备实际尺寸进行设备建模，计算出设备在运输过程中的路径和所经过的环境以及可能遇到的设备，从而自动识别出可能发生的干涉，在设计上提前做出方案上的调整保证将来设备安装过程中不会发生类似情况。

　　这里举一个将主冷却剂泵通过龙门架吊装到反应堆厂房的设备闸门处的例子。这里将泵的尺寸设计为和实际尺寸完全一致，经过的路径也一致。在吊装过程中，泵与龙门架及横梁都发生了碰撞，所以无法正常就位。利用三维仿真软件自动识别到问题，并用不同的颜色加以标注，提醒设计人员，让他们进行设计变更，保证大型设备在现场能够正常就位。

　　3.利用三维仿真平台可以开展防止内部水淹的实验。

　　现在计算机能够足够精准地模拟物理、热工水力现象。利用三维仿真平台可以开展防止内部水淹的实验，这是核电站内部事件中非常重要的一个。因为要建设的这个模型相当庞大，要把里面的设备全部反映出来费时费力。利用该平台让相关人员了解到核电站遭受内部水淹的情况，同时三维平台还能精准地反应水淹对核电站内部的安全设计、安全系统产生的影响。

　　4.三维模拟工程进度。

　　把三维仿真工具和工程进度结合在一起，在空间三维上又加上时间这个维度，从而从四个维度对工程进度进行管理，达到工程管理可视化。在计算机中可以自由查看并调用可视化工程进度，并以此模型为各方交流的平台，提高了工程参与各方的沟通效率以及管理工程施工进度的效率，同时，在计算机中再现现场实际进度，给工程协调提供直观的信息，还可以及时进行决策，使工程进度得到更有效的控制和监督，以最小的资源消耗，取得更大的经济效益。

　　三、结语

　　其实建立一个三维平台，更多的是建立一个三维体系。它完全颠覆了人们过去设计的过程，包括设计的管理、质量的控制、上下游各专业间的配合、接口、协调管理的方式、方法，这需要确定相关的规则，才能建立起一套体系，这才是建立平台最花功夫的地方。在实际工作中要不断修正做法，不断完善、开发接口，才能形成这样的平台。目前，该平台已经实现了部分智能化功能，包括二、三维校验，系统流程可以直接跟三维模型进行校验。未来要积极开展数字核电、智能核电相关工作。在科研、设计、采购、施工等各个环节全面应用“互联网+”技术。力争建成我国第一座数字化核电站，涵盖由燃料至退役的整个核电厂全生命周期。

　　电力方向刊物推荐：《吉林电力》Jilin Electric Power(双月刊)曾用刊名：吉林电力技术，1973年创刊，开始刊登有关电力生产的指导性、政策性文章，扩大刊物的影响，以便更好地为吉林电力服务。

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