SPE系列软件开发—汽机专业系统集成框架

李凡 王善杰

摘要：本文从Smart Plant系列软件的特点及其在汽机专业的应用现状出发，结合汽机专业的设计内容及SPE系列软件开发中汽机专业的系统集成需求，提出了汽机专业系统设计集成框架。

关键词：Smart Plant；电力设计；汽机；集成

汽机专业设计现状

设计概况

设计内容

目前汽机专业的设计内容主要包括：

系统流程图的设计

附属机械和辅助设备安装

管道设计

管道的应力分析（计算书）及支吊架设计；

管道及设备保温、油漆、防腐设计

设备清册、阀门清册、管道安装材料清册、支吊架材料清册及保温、油漆材料。

设计阶段

现行的设计主要分五个阶段进行：初步可行性研究阶段、可行性研究阶段、初步设计阶段、施工图设计阶段（含司令图设计阶段）。

具体的设计阶段表述如下：

系统的初步设计以参考性工程为基础，通过Auto CAD进行修改，同时，通过计算确定管径、材质、设备和阀门等。

根据初步确定的系统图，在PDSoft或Auto CAD中进行设备和管道的布置，即司令图布置阶段。

根据司令图的布置情况采用CAESAR II或Glif对管道进行应力计算，如有需要，将应力计算结果返回司令图根据需要对管道进行合理适当调整。

根据布置和计算情况，通过Auto CAD、Microsoft等输入提资信息，采用纸质文件向土建、电控、技经等专业提供荷载、埋件、孔洞、厂用电、工程量等资料（具体的提资信息见下文汽机专业与其它专业的接口描述部分）。

利用Auto CAD绘制管道的平、剖面布置图、ISO图、辅机安装图及零件详图（部分可在PDSoft 3D中抽取，在Auto CAD环境中人工调整）利用Auto CAD进行支吊架的安装图设计。

手工汇总设备表、阀门表及各相关卷册的材料汇总表等。

实现手段

目前汽机专业的设计基本采用计算机加手工的方式实现。

具体来说，汽机专业系统流程图的设计在AutoCAD或PDSoft P&ID环境中完成，基本上是系统流程图，不带热控控制信息。

汽机专业的设备建模及其管道布置设计基本在PDSoft 3D系统中进行。

管道的应力分析通过CAESAR II实现。

对于施工图的设计（ISO、平、立面图等）采用从PDSoft抽取在AutoCAD环境中加以修改或者完全在AutoCAD环境中进行手工操作的方式。

设备清册、阀门清册、管道零部件清册、支吊架材料等大部分需要手工完成，工作量大。

适用汽机专业的设计软件描述

东北电力设计院

对于管径、壁厚、保温的设计计算，基本靠人工输入的方式在编制的Excel表中进行，并且由于现有的软件不能够提取支吊架信息，支吊架安装图完全手工完成，人工干预量、返工量很大。

汽机专业与其它专业的接口描述

汽机专业在设计环节中与其它专业有着广泛的联系，汽机专业在设计环节中与各专业都有大量的提资，而目前的提资基本手工完成，工作量大，且易出现专业间衔接不紧密的现象，基于SPE系统集成框架的规划及相应的软件开发应考虑汽机和其它专业的密切联系，解决好提资问题，避免频繁的返工，提高工作效率。

基于集成设计平台的汽机专业集成框架

根据现有的设计流程和内容，以及目前三维应用中存在的问题，汽机专业的设计集成框架按以下考虑。

3.1 数据库的完善

比较完善的汽机数据库的建立，主要包括以下几个方面：

——P&ID中图符及数据字典的完善；

——3D中模型的完善，包括常用的管件、阀门、支吊架（包括常用厂家的支吊架）等；

——等级库的完善，包括GD87，GD2000，标准保温元件库，支吊架库，阀门库，法兰库等；

——特性库的完善；

——材料报表，图框等模板的定制。

3.2 系统集成

系统流程图设计与布置设计的集成，以实现二、三维的一致性校验，包括设计参数、等级、KKS编码等。此外还要考虑汽机专业与其它专业的设计集成。

3.3布置集成

布置设计的集成主要要求实现汽机专业与其它各专业能够在同一平台上实现协同设计，汽机专业能够看到其它接口专业的布置信息，同时能够将本专业信息发布到其它专业，保持同一平台上数据的完整性。

3.3.1汽机专业的布置集成主要流程

在Smart Plant P&ID中生成P&ID系统图，并提取系统设计参数、KKS码和阀门类型等信息至Smart Plant 3D中；

在Smart Plant 3D中建立各管道的模型，设置支吊点信息，导入到应力计算软件进行应力计算分析；

将计算结果导回至模型中，荷载信息转为土建结构荷载、支吊架设计荷载；

在Smart Plant 3D中集成支吊架软件，采用模板方式进行支吊架设计，生成支吊架详图或明细表；

向外专业进行提资配合；

采用保温标准库进行保温油漆设计（包括附件设计等），保温、油漆设计在各卷册中体现；

提取管道安装材料、支吊架安装材料、保温油漆材料汇总表等，包括小管道材料及支吊架材料和保温油漆材料估算。

3.3.2设计集成

完善汽机专业常用的管道、管件、设备、法兰、阀门库；

管线根据系统图标示KKS码；

实时进行碰撞检查；

在3D中完成支吊架设计，并出详图或明细表；

采用与国际类似的标准保温库；

实现多专业的协同设计，建立专业间的配合提资工作平台；

建立统一的平面图、剖面图及ISO图出图模板及平面图标注；

自动抽取所有的安装材料报表。

3.3.3提资配合集成

向土建专业提资：荷载、埋件、沟道、孔洞和基础提资；

向电气专业提资：厂用电负荷提资；

向热控专业提资：系统图和控制提资，电动执行机构提资；

向技经专业提资：工程量提资；

工艺间提资：布置提资，汽、气、水等提资。

3.3.4计算软件集成

应力计算双向接口（CASER II）

从Smart Plant 3D中提取模型，导入至CASER II中，并能够将计算结果的荷载、位移信息等能返回至模型中。

管道水力计算接口

提取模型信息，导入至水力计算软件，进行计算。

3.3.5汽机专业的集成框图

实框内为设计成品部分，虚框内为设计配合部分。

3.4管理集成

由于各个专业在同一个平台上协同设计并实现了同一平台的配合提资工作，因此需要比较完善的管理工具来管理信息发布、集成文档管理以及各卷册的版本管理等。同时，Smart Plant 3D要有比较完善的校核技术管理，为校核人员提供足够的校对工具，包括与系统的校对，与规程规定的校对，并能够将校对信息及时、直观地反馈给设计人员。

3.5设计成品

系统图

主要为带热控信息的P&ID系统图 。

管道布置平、剖面图

平、剖面图主要表示关键点的定位，详细的安装信息及零件详图。

ISO图

ISO图中表示详细的安装信息。包括：管道定位、支吊架定位、保温油漆信息、设计参数、安装材料等信息。

支吊架详图和明细表

可通过人工干预的方式自动提取。

设备安装图和设备安装材料和零部件汇总表

从布置图中自动提取设备的安装材料、零部件的规格参数和数量统计，并能够实现出图时附在相应的布置图中。

管道材料和支吊架材料汇总表

自动提取材料汇总，包括未出图的小管道材料统一汇总提取。

保温、油漆材料汇总表

结论

从工作效率及资源共享的角度来看，SPE系列设计软件具有传统的设计软件无可比拟的优势。但其在电力设计行业中的应用还不成熟，在其今后的开发过程中，应将其与汽机专业现有的设计软件进行融合，或开发出数据传输的接口，合理并智能地控制各设计环节的设计输入与输出。同时，应尽可能多地利用一次输入，实现传统设计工作中各专业间的提资，将现有的繁琐、重复性强、强度大的设计工作流进行优化。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。