火力發(fā)電布置設(shè)計(jì)協(xié)同方式

薛江

（西南電力設(shè)計(jì)院有限公司，成都610021）

1 引言

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)是近年來(lái)很火熱的話(huà)題，尤其是近2a 來(lái)智慧電廠概念的興起，更推動(dòng)了相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展。作為智慧電廠重要基礎(chǔ)之一的數(shù)字化布置協(xié)同設(shè)計(jì)已成為各電力設(shè)計(jì)企業(yè)普遍關(guān)切的議題。本文結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)和近年對(duì)國(guó)內(nèi)各工業(yè)設(shè)計(jì)行業(yè)的調(diào)研，對(duì)火力發(fā)電布置協(xié)同設(shè)計(jì)的情況進(jìn)行了分析，提出了確定協(xié)同方式應(yīng)關(guān)注的要點(diǎn)，給出了協(xié)同方式的建議。

2 概念分析

2.1 協(xié)同設(shè)計(jì)

工程類(lèi)的設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)該都屬于協(xié)同設(shè)計(jì)，只是隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)手段由手工發(fā)展成電子化，再發(fā)展為現(xiàn)在的數(shù)字化。近年來(lái)，公開(kāi)文獻(xiàn)中提到的協(xié)同設(shè)計(jì)多指在計(jì)算機(jī)的支持下, 借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)及多媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)。

2.2 數(shù)字化與電子化

數(shù)字化設(shè)計(jì)屬于比較新鮮的事物，常有設(shè)計(jì)人員誤將電子化理解成了數(shù)字化。將紙介質(zhì)的文檔、圖紙變成電子版的文檔、圖紙，無(wú)論是否可編輯，均不是數(shù)字化。筆者認(rèn)為，數(shù)字化與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)，重點(diǎn)圍繞信息的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、流轉(zhuǎn)、利用，是一種可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別處理的方式。

3 專(zhuān)業(yè)概況

國(guó)內(nèi)從事火力發(fā)電設(shè)計(jì)的企業(yè)可能存在著不同的專(zhuān)業(yè)劃分，但總的來(lái)說(shuō)可以分為3 大類(lèi)：土建類(lèi)、機(jī)械類(lèi)、電控類(lèi)。土建類(lèi)如結(jié)構(gòu)、水工結(jié)構(gòu)、建筑；機(jī)械類(lèi)如熱機(jī)、運(yùn)煤、脫硫；電控類(lèi)如電氣、照明、自動(dòng)化。其中，機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)數(shù)字化布置設(shè)計(jì)起步較早，土建類(lèi)和電控類(lèi)專(zhuān)業(yè)近年來(lái)也開(kāi)始探索數(shù)字化布置設(shè)計(jì)。

4 軟件概況

國(guó)內(nèi)工業(yè)工程設(shè)計(jì)采用的布置設(shè)計(jì)軟件有很多，常見(jiàn)的如表1 所示。

表1 軟件與專(zhuān)業(yè)對(duì)照表

很多軟件還可以同時(shí)建立其他類(lèi)型專(zhuān)業(yè)的模型，因此，有些企業(yè)擴(kuò)展了軟件的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用，如在Revit 里開(kāi)發(fā)電氣布置設(shè)計(jì)或管道布置設(shè)計(jì)，在PDMS 里面開(kāi)發(fā)電氣布置設(shè)計(jì)[1]。但從實(shí)際效果來(lái)看，沒(méi)有一款軟件能同時(shí)滿(mǎn)足各專(zhuān)業(yè)的工程設(shè)計(jì)需要[2]，當(dāng)創(chuàng)建非適用類(lèi)專(zhuān)業(yè)的模型時(shí)，其效果和方便性通常要差一些。

表1 中，PDMS、SP3D、Plant 3D 等主要用于管道設(shè)計(jì)的軟件，又常被稱(chēng)作工廠設(shè)計(jì)軟件，是發(fā)電最早開(kāi)始使用的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件。

5 協(xié)同方式

5.1 基本情況

發(fā)電布置設(shè)計(jì)主要包括專(zhuān)業(yè)內(nèi)和專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同，其中。專(zhuān)業(yè)內(nèi)的協(xié)同相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)，而專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同由于專(zhuān)業(yè)軟件間的差異和專(zhuān)業(yè)間數(shù)據(jù)流方案的復(fù)雜性，是協(xié)同的難點(diǎn)，是影響許多企業(yè)數(shù)字化設(shè)計(jì)發(fā)展的主要技術(shù)障礙[3]。另外，還存在少量與其他企業(yè)進(jìn)行協(xié)同的情況。

5.2 專(zhuān)業(yè)內(nèi)協(xié)同

因?yàn)橥瑢?zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人采用的都是相同的布置設(shè)計(jì)軟件，因此，專(zhuān)業(yè)內(nèi)的協(xié)同方式主要取決于設(shè)計(jì)軟件的類(lèi)型。當(dāng)設(shè)計(jì)軟件為單機(jī)版類(lèi)時(shí)，設(shè)計(jì)人的模型需經(jīng)過(guò)必要的管理流程才可以傳遞給他人。例如，Revit 設(shè)計(jì)人可以將自己的.rvt 文件傳遞給其他人，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于容易將傳遞過(guò)程納入傳統(tǒng)設(shè)計(jì)管理體系中，流程節(jié)點(diǎn)清晰，但缺點(diǎn)是有滯后性。當(dāng)設(shè)計(jì)軟件為C/S 架構(gòu)時(shí)，協(xié)同的管理也可以借助軟件自身的一些管理功能，有權(quán)限的人可以實(shí)時(shí)看到其他人的設(shè)計(jì)修改情況，降低配合的復(fù)雜性。

5.3 專(zhuān)業(yè)間協(xié)同

5.3.1 協(xié)同類(lèi)型

火力發(fā)電布置設(shè)計(jì)屬于以機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)為龍頭的類(lèi)型，若從布置模型的數(shù)據(jù)流方向分析，專(zhuān)業(yè)間協(xié)同可分為2 種基本類(lèi)型：

1）各專(zhuān)業(yè)首先在工廠設(shè)計(jì)軟件中建立模型，進(jìn)行布置配合，以此中的模型為準(zhǔn)，再向其他設(shè)計(jì)軟件傳遞數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流源在工廠設(shè)計(jì)軟件。

2）各專(zhuān)業(yè)在專(zhuān)業(yè)的布置設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行設(shè)計(jì)，以各自軟件中的模型為準(zhǔn)，根據(jù)需要接收其他專(zhuān)業(yè)或發(fā)出本專(zhuān)業(yè)的模型，數(shù)據(jù)流源在各專(zhuān)業(yè)的布置設(shè)計(jì)軟件。

5.3.2 協(xié)同方式分析

情況一：火力發(fā)電的數(shù)字化設(shè)計(jì)一般是從汽機(jī)管道的三維設(shè)計(jì)起步的。彼時(shí)主要在工廠設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行翻模和整合模型，用以輔助傳統(tǒng)布置設(shè)計(jì)、核實(shí)碰撞，協(xié)同方式類(lèi)似第二種。為了降低翻模的工作量，有些企業(yè)將土建、電控設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入工廠設(shè)計(jì)軟件中。例如，將結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件SAP2000、STAAD.Pro 的三維模型導(dǎo)入到PDMS 中。但由于結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與實(shí)際布置的差異，導(dǎo)入后必須修改，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常會(huì)升版，升版會(huì)導(dǎo)致重復(fù)翻模修改，雖有的企業(yè)開(kāi)發(fā)了升版自動(dòng)對(duì)比功能，但翻模方式的效益并不理想。筆者所在公司也曾翻模，但土建、電控專(zhuān)業(yè)認(rèn)為翻模增大其軟件應(yīng)用負(fù)擔(dān)，同時(shí)，同步維護(hù)多個(gè)模型或圖紙也增加了工作量，而機(jī)械專(zhuān)業(yè)也不愿意替外專(zhuān)業(yè)翻模。由于翻模效益較少，少有專(zhuān)業(yè)主動(dòng)采用了。

情況二：針對(duì)翻模的缺點(diǎn)，有些企業(yè)調(diào)整了思路，將部分重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)的協(xié)同改用類(lèi)似第一種類(lèi)型的方式，將數(shù)據(jù)流源定在了工廠設(shè)計(jì)軟件[4]。在工廠設(shè)計(jì)軟件中完成布置建模和協(xié)同，再將土建、橋架布置數(shù)據(jù)傳遞給傳統(tǒng)計(jì)算分析軟件和布置設(shè)計(jì)軟件，如STAAD.Pro、電纜敷設(shè)軟件、天正建筑軟件等,以減少數(shù)據(jù)重復(fù)創(chuàng)建工作。但此模式仍存在一些組織管理和質(zhì)量控制的難點(diǎn)。例如，結(jié)構(gòu)布置調(diào)整后，結(jié)構(gòu)計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)是覆蓋還是增量修改，是只維護(hù)布置模型還是布置與計(jì)算模型都同時(shí)維護(hù)，結(jié)構(gòu)計(jì)算調(diào)整桿件后又如何返回實(shí)際布置模型，如何保證數(shù)據(jù)的一致和正確，此時(shí)數(shù)據(jù)流不論單向還是往返都會(huì)帶來(lái)困惑。筆者所在公司也曾提出類(lèi)似方案，但考慮到工廠設(shè)計(jì)軟件能出的土建、電控設(shè)計(jì)圖紙較少，圖紙深度不夠，相關(guān)專(zhuān)業(yè)為了完成出圖任務(wù)，還要重復(fù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，加之考慮軟件開(kāi)發(fā)的局限性、難度和費(fèi)用，專(zhuān)業(yè)的軟件應(yīng)用負(fù)擔(dān)重，多處模型維護(hù)煩瑣，數(shù)據(jù)流管控復(fù)雜等，所產(chǎn)生的效益將會(huì)大打折扣，未有實(shí)施。

情況三：隨著數(shù)字化程度的提高，很多專(zhuān)業(yè)確定了自己的數(shù)字化布置設(shè)計(jì)軟件。對(duì)那些不采用工廠設(shè)計(jì)軟件的專(zhuān)業(yè)，協(xié)同仍可以選擇第一種類(lèi)型的方式。其優(yōu)點(diǎn)是專(zhuān)業(yè)可及時(shí)進(jìn)行配合，不需要考慮模型的整合。但實(shí)際上愿采用此方式的設(shè)計(jì)人并不多，因?yàn)閷?zhuān)業(yè)的布置設(shè)計(jì)軟件的細(xì)節(jié)和功能更完善，設(shè)計(jì)人更喜歡使用。此外專(zhuān)業(yè)的布置設(shè)計(jì)軟件是以施工圖為目標(biāo)的，而從工廠設(shè)計(jì)軟件傳遞出的模型普遍深度不夠,需要再加工。筆者所在公司的土建類(lèi)專(zhuān)業(yè)經(jīng)評(píng)估后也未采用此方式。因?yàn)闄C(jī)座、冷卻塔、循環(huán)水泵房、水池、道路、墻面、基礎(chǔ)等模型從工廠設(shè)計(jì)軟件傳遞到土建布置設(shè)計(jì)軟件后要么需要加工，要么沒(méi)法用。若要求以工廠設(shè)計(jì)軟件中模型為準(zhǔn)，很多專(zhuān)業(yè)寧愿同時(shí)手工維護(hù)多個(gè)模型，也不愿用傳遞模型導(dǎo)致更大的工作量。由于此方式帶來(lái)工作重復(fù)、軟件應(yīng)用負(fù)擔(dān)加大、模型統(tǒng)一維護(hù)煩瑣、數(shù)據(jù)流管控復(fù)雜等問(wèn)題，削弱了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)的價(jià)值。若不同的專(zhuān)業(yè)均選擇工廠設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行布置設(shè)計(jì)出圖，則他們之間容易實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)間協(xié)同。

情況四：若多個(gè)專(zhuān)業(yè)有自己不同的布置設(shè)計(jì)軟件，有些企業(yè)對(duì)這部分專(zhuān)業(yè)采用第二種類(lèi)型的協(xié)同方式。目的是讓軟件做擅長(zhǎng)的事，設(shè)計(jì)人在適宜的布置設(shè)計(jì)軟件上設(shè)計(jì)[5]，設(shè)計(jì)效率更高。此方式下，各專(zhuān)業(yè)只需重點(diǎn)關(guān)注自己布置設(shè)計(jì)軟件中的模型，無(wú)重復(fù)建模工作，模型數(shù)據(jù)流無(wú)往返，管控簡(jiǎn)單。此時(shí)同軟件的協(xié)同類(lèi)似于專(zhuān)業(yè)內(nèi)協(xié)同，只是模型傳遞管控更為嚴(yán)格。若為不同軟件的協(xié)同，主要有3 種模型傳遞方法：（1）模型文件鏈接；（2）利用軟件的兼容性、接口程序或通用格式將模型傳遞到工廠設(shè)計(jì)軟件中[6]或反向傳遞；（3）利用第三方模型瀏覽軟件整合模型[7，8]。第二種類(lèi)型協(xié)同方式的主要缺點(diǎn)是協(xié)同及時(shí)性稍差、軟件接口偏多，但考慮到未經(jīng)校審批準(zhǔn)的模型直接用于其他專(zhuān)業(yè)并不允許，模型傳遞管理正好用于專(zhuān)業(yè)間的接口管理，及時(shí)性問(wèn)題可以容忍。在與其他行業(yè)設(shè)計(jì)企業(yè)交流，并對(duì)電力同行的實(shí)施效果分析之后，筆者所在公司的相關(guān)專(zhuān)業(yè)認(rèn)為此類(lèi)型的協(xié)同方式更適合。

情況五：由于不同專(zhuān)業(yè)的數(shù)字化布置設(shè)計(jì)軟件發(fā)展不平衡，尚存在使用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的情況，故而目前有較多的混合模式存在。

5.4 企業(yè)間協(xié)同

企業(yè)間的布置協(xié)同設(shè)計(jì)包括上下游企業(yè)間和并行協(xié)作分包商間的協(xié)同，是將其他企業(yè)的布置模型整合進(jìn)來(lái)，供自己設(shè)計(jì)參考。方式上，采用可編輯模型或通用三維模型格式的方式均有。例如，鍋爐廠提供其設(shè)計(jì)范圍的PDMS 模型和數(shù)據(jù)庫(kù)，電力設(shè)計(jì)企業(yè)將它們整合到自己的PDMS 系統(tǒng)中，完成鍋爐房布置設(shè)計(jì)。又例如，筆者所在公司曾將PDMS 設(shè)計(jì)的管道、設(shè)備、結(jié)構(gòu)布置以DGN 格式細(xì)化拆分給韓國(guó)三星公司，三星公司用PDS 完成對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的橋架布置設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語(yǔ)

和其他工業(yè)行業(yè)的工程布置設(shè)計(jì)類(lèi)似，火力發(fā)電的布置設(shè)計(jì)如何協(xié)同取決于企業(yè)的規(guī)劃目標(biāo)、設(shè)計(jì)習(xí)慣，與設(shè)計(jì)軟件的功能、協(xié)同過(guò)程的數(shù)據(jù)流模式密切相關(guān)，同時(shí)還要考慮軟件的購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用、開(kāi)發(fā)成本、學(xué)習(xí)成本和設(shè)計(jì)過(guò)程的組織管理難度，應(yīng)將提升設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率放在首位。

專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同建議采用本文所述第二種類(lèi)型的協(xié)同方式，接受上游專(zhuān)業(yè)模型后，在專(zhuān)業(yè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，專(zhuān)業(yè)以此模型為準(zhǔn)，根據(jù)需要再進(jìn)行模型發(fā)布傳遞。

筆者還建議，確定協(xié)同方式時(shí)可利用數(shù)據(jù)流的概念理清協(xié)同過(guò)程，協(xié)助方案的抉擇。借鑒其他行業(yè)的工業(yè)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)流方式將會(huì)有利于協(xié)同的組織，有利于信息的共享利用，有利于設(shè)計(jì)人的體驗(yàn)和認(rèn)可。