三维数字化协同技术在电厂设计中的应用研究

三维数字化协同技术在电厂设计中的应用研究

摘要：近年来，随着我国经济转型的不断深入，电力行业得到了快速的发展，

如今随着我国居民在日常工作和生活中对电量的需求不断增加，以及公司和企业

在用电量方面的需求增加，原有的电厂运行模式已经无法满足人们对于电力行业

的需求，新型的电厂运行方式成为了电力行业研究的重点。数字化电厂作为电厂

在信息化技术发展背景下的产物，逐渐得到了行业中的广泛重视。但是随之而来

的则是数字化电厂运行过程中设备的安全性和可靠性，如何充分利用电气设备的

信息共享和传输就显得尤为重要。协同技术和三维设计技术能够促进数字化电厂

的运行高效性与更小的故障率，通过强大统一的数据库作为基础支撑，快速高效

的实现传统的二维设计向协同三维设计模型的转换，促进数字化电厂的高效稳定

发展。

关键词：三维设计；SP3D；协同设计；数字化电厂

1 引言

随着数字化技术应用的不断加快，数字化技术在传统电厂中的应用逐渐受到

人们的重视。数字化电厂是数字化技术应用在电厂建设中的高科技产物，其主要

是指电厂对日常运行过程中的全生命周期进行量化和分析控制等操作，通过企业

的数据库将电厂运行过程中相关的数据进行储存，并将数据库信息向客户传输和

共享，以便于客户实现对电厂信息数据的管理和应用，实现数字化电厂设计的原则。除此之外，数字化电厂的建设还能够使电厂的客户通过使用网络技术远程实

时对电厂数据库进行访问，并进行远程控制和管理等操作，大大提升电厂运营、

维护的质量和效率。随着数字化电厂建设，协同设计技术和三维设计技术将在建

设过程中发挥越来越重要的作用和影响。如何在更大程度上发挥三维协同设计技

术在数字电厂建设中的作用，已成为一个电厂自动化领域需要解决的技术问题。

2 三维数字化协同设计的优势

现如今,随着中国经济的快速发展和人民生活水平的提高,人们对于能源的需求,尤其是电力方面的需求将逐渐加大。如何优化设计工具,如何提高设计水平,降低

电厂的建设周期并使其更快地投入生产经营,以满足经济快速发展带来的电力不断

增长的需求已成为现如今急需解决的问题。因此,利用协同、三维技术来实现先进

的企业管理,协同和三维设计技术在数字电厂中的应用可以使电厂的设计质量得到

进一步的提升，同时协同和三维设计工具也成为了现代电力企业发展和壮大的先

决条件。

近年来除了使用成熟的PDS、PDMS软件进行三维设计外，开始逐步实施了Intergraph公司的SmartPlant 3D（简称SP3D）软件的使用与推广工作，该软件是

一款具有前瞻性的产品，打破了设计技术局限，可以在整个工厂的生命周期内对

工厂进行维护，改变了工程设计的方式，其基于数据库基础上的一体化多专业集

成布置数据库平台，极大简化了工程设计过程，有效使用并重复使用现有数据。

结构、设备、管道建模都在此模块中完成。基于数据库的设计软件，以区域或系

统划分工厂结构（WBS），统一按照设计院的设计规则及工作流程来进行设计，

并可进行各模块之间的集成，便于设计信息的查询和管理，贯穿于设计、施工到

运营等完整的工厂生命周期。SP3D以数据为中心，Microsoft Windows风格的界

面使用户很容易上手，包括公共环境、设备、管道、支吊架、电仪、暖通、成品

与报告多个模块，接口开发，与同是SP系列软件的工艺、仪表、电气系统软件、材料管理软件在信息管理平台下进行数据集成设计，保证数据准确性及唯一性，

三维模型直观，能很好地避免碰撞问题，提高设计质量，为工程现场施工提供了

很好的保障。此外，SP3D还可以通过SP系列软件中的SPF接收SP P&ID发布的

数据，将3D中的P&ID图纸中的对象进行对比验证，实现设计数据从二维到三维

的传递、设计的集成及与P&ID图纸的一致性校验。采用三维设计软件SP3D进行

三维设计不但能提高效率，而且能够提高设计质量，优化设计，是近年来最先进

的工厂设计软件之一。

SP3D作为主流的工程布置协同设计平台，具有以下特点。（1）采用协同工

作模式，所有专业在同一空间下建模，所有模型的数据在同一数据库中存储，协

同工作方式简单直观。利用三维协同设计即时性的特点，各专业建模工程师可实

时同步数据和实时查看所有专业的三维布置设计数据。（2）数字化三维模型可

实现工程设备设施的数字化、精细化和可视化，从而使设计数据通过数据管理平

台实现工程信息集成。（3）三维模型设计平台在操作的易用性上表现较为突出，特别是在管道等工艺系统的三维布置设计方面。（4）具有高效率的多专业三维

模型碰撞检查功能，能够实时发现各专业模型的碰撞问题，提高建模人员的沟通

效率，及时纠正设计院施工图纸中的不足，避免施工过程中因碰撞和干涉导致的

返工，提高设计质量，降低建造成本。（5）通过最新型的设计程序来缩短了工

程周期。（6）保存有价值的工厂设计信息并且可以在将来的工程中复用。（7）

获得新的或是已有的工程信息并加以保存用以未来的复用，这是如今全球经济竞

争成功的关键。

3 SP3D在电厂设计中的应用

数字化协同设计的过程被分为四个阶段：项目订制、系统设计、布置设计、

详图设计。项目订制包含以下几个部分的内容：项目的WBS、相关人员权限的划分，相关数据服务的建立以及各项标准的订制。

SP3D的主要模块有设备模型模块、钢结构模块、管道设计模块、电缆桥架设

计模块、采暖通风设计模块、参考数据库管理模块、图形管理模块、应力分析接口、碰撞检查管理模块、管道轴侧图接口、报表生成模块和设计审查模块等。具

有模型漫游功能（用专用软件SmartPlant Review完成），可发现模型错误，设计

中的错、漏、碰、缺，以保证设计质量。三维模型设计在计算机上可动态直观地

展示出工厂或单元装置建成后的实际情景，有利于业主更客观准确地作出决策，

进行施工控制及生产维护。

在电厂设计专业应用之初，三维软件仅仅用于主厂房检查碰撞设计工作，简

单地将二维图纸转变为三维虚拟模型，建立的三维管道模型也只是简单满足碰撞

检查需求和管段施工图的生成。结合笔者所参与设计的陕西延安煤油气资源综合

利用项目热动力站工程热电联产项目，从工厂订制、数据库、轴网、结构、设备、管道设计、碰撞检查、出图、材料统计等方面浅谈SP3D在电厂设计中的应用。

3.1 操作程序规定

为保证三维建模的规范统一以及最后三维出图的流畅，需要首先定义一个工

厂区域Define Workspace。通过过滤器Filter的设置，在三维中项目建立以后，对用户登录名称、用户权限、数据库树状网格式、命名方式及选用的参数标准等均

需统一规定。

3.2 轴网设置

SP3D建模的基础是由单个或多个用户使用绝对坐标将整个工厂的三维模型建

立起来。在这个模型中，用户可以很直观地完全预览到整个工厂的模型，及时发

现并有效纠正结合部位的错误。电厂项目设计的轴网系统非常繁琐，需要用到绝