核电施工数字化需求研究

林达平 张手琴 王付军

（中国核电工程有限公司，北京 100840）

0 引言

传统的三维设计是利用三维软件进行物项布置，利用软件展示核电站模型，施工人员通过浏览模型，对整个核电站全景有简单的认识，从而达到辅助施工的目的。然而，这种工作模式浪费了三维模型的功能，不能满足核电施工的需求。随着核电技术的发展，各个国家各个公司越来越注重核电站的智能化和数字化，由此提出了“数字核电站”的概念。数字核电站是指以数字化方式表示核电站中的各类物项，与实体核电站相对应。与传统的三维设计相比，数字核电站不仅重视核电站的模型，更重视依附在其模型中的数据。在数字核电站中，涵盖了各系统、设备、构筑物的外形尺寸，以及其所涵盖的设计数据、设计属性、安装逻辑、运行方式等，形成了基于数字化的虚拟核电站，以满足核电站设计、施工、调试、运行、老化管理直至退役与环境治理的多方位综合需求。

现阶段，国内核电设计院大多依托于PDMS（Plant Design Management System）软件进行三维设计。搭建三维设计平台，在平台内进行设计和设计管理，并将设计成果输出到现场的施工建造，对于核电施工可以产生巨大的效益。利用三维设计平台的施工模拟，有助于优化施工方案，减少返工，提高施工质量。为了将数字化核电设计数据满足设计和施工要求，便需要对现场施工数字化需求进行分析研究，以实现三维设计平台与项目现场的数据联动。

1 核电施工数字化现状

现有核电施工数字化应用现状如下：

（1）设计院使用的三维设计模型（例如PDMS模型）对计算机和人员的需求较高，其强大的设计功能在施工现场施不需要的，现场施工人员更多关注软件的模型浏览功能。

（2）现场施工管理系统与三维设计平台无关联，施工人员在施工管理系统手动录入图纸信息、计划协调、现场预制、安装进度报量、质量监督管理等数据以进行项目施工管理。在施工现场，施工单位往往需要安排专人进行信息的录入和审核，而这些信息大多已经存在与三维设计平台中，这些机械性、重复性的工作完全可以与三维设计平台中的设计数据进行对接共享并按需导入。

（3）现场施工管理系统无法从三维设计平台中获取需要的设计信息，而设计人员在三维设计平台进行设计时也无法了解现场的施工进度、施工需求等施工情况。

（4）现场施工单位在施工时，需要根据施工图纸进行施工分析，对图纸进行技术分解，开启质量计划，并实施施工。现场施工无法离开施工图纸，无法利用三维设计平台的模型及施工数据直接进行核电施工。

（5）对于施工模拟和动画功能的需求，目前三维设计平台还不够完善，操作较为复杂。

2 核电施工数字化需求

2.1 总体需求

将设计数据贯穿整个设计过程和施工过程，即打通三维设计数据同施工管理数据的接口。现场施工人员可以根据现场施工对设计数据的需求，从先进三维设计平台中准确查询并获取需求的设计数据。同时先进三维设计平台还可以利用轻量化模型浏览和模拟验证功能，对现场施工技术方案进行指导，对现场施工质量控制等信息进行管理。

2.2 应用需求

（1）根据现场施工单位对三维设计平台的数据需求，定制三维设计平台适用于现场施工的模型输出，剔除现场施工不关心的数据和功能，对三维设计平台的模型输出进行轻量化处理，以降低模型对计算机性能的需求。同时对模型操作进行优化，使得发送到现场的轻量化模型易于上手，满足现场施工的模型浏览和数据查询等需求。

（2）构建三维设计平台与施工管理系统的数据接口，对于已在三维设计平台中存在的设计数据可以方便地查询并导入现场施工管理系统，以减少施工人员手动录入的工作量和错误率。由于施工单位各专业都有自己的数据库，对各自数据库的管理维护需求不一致，因此，需要结合现场专业的需求，制定符合设计和施工的数据规范，使这些数据能够准确地查询和导出。

（3）材料管理，包括材料汇总、材料采购和材料分发，是施工过程中的重点和难点，也是施工过程中最为烦琐的工作之一。优化三维设计平台中的材料统计，实现以SSC结构为基础的材料架构，使三维设计平台能够方便地对不同厂房、不同房间、不同系统、不同专业的材料统计，对施工项目材料管理进行数据支持。其次，由于在项目周期内，各专业物项存在变更的可能，材料统计始终在不断地变动当中；或者现场经常由于现场缺货、而物项采购周期长无法施工，采用同一项目厂址借用已建项目材料的解决办法。因此，应在三维设计平台中搭建完整的材料库，包含现场使用的所有材料，为了材料管理的准确，需要将设计院变更、施工单位变更导致的材料信息都进行统计，需要关联三维设计平台和现场施工管理系统，提取现场材料数据库，做到实时联动统计，为设计和施工协同提供便利。

（4）三维设计平台也可以从施工管理系统提取施工进度、施工计划等工程信息，以方便设计人员能够依据现场施工进度进行设计，以优化设计进度，使得设计进度和施工进度相匹配。通过接口，三维设计平台可以从施工管理系统中提取现场预制、材料库存、施工难度等情况，设计人员能够根据现场的实际情况，选择最优的变更方案。建立施工进度计划关联的三维模型，通过观看施工过程，可以验证计划条目间的逻辑关系，观察是否出现施工逻辑错误，对不合理工作条目进行调整并反映到最佳方案中，并能使计划在执行过程中得到有效的控制和监督。

（5）现阶段，现场施工无法离开施工图纸，因此，三维设计平台应该具备出图功能，输出现场施工所需的施工图。根据现场对不同专业的施工图的需求，三维设计平台应该能够实现出图定制。从长远角度来看，施工单位应考虑采用数字化施工，直接利用三维设计平台的模型数据和信息进行施工，预计可以大大提高安装施工效率，并降低工程造价。

3 需求分析

对核电施工数字化现状和需求进行归纳，可以将核电施工现场的数字化需求总结为以下三点：

（1）功能完善：现阶段核电设计主要依托于PDMS搭建三维设计平台，但是由于PDMS自身的功能不够完善，为了优化三维设计平台的使用功能，便需要在PDMS的基础上开发适用于现场施工的平台功能；

（2）成果输出：利用三维设计平台，可以实现数据表单、设计图纸、设计模型的输出，这些数字化交付成果可以直接用于现场的施工，在搭建三维设计平台时，应该根据现场的需求，输出现场施工需要的数字化成果；

（3）搭建接口：搭建三维设计平台和现场施工管理的接口，将设计情况与现场施工情况相关联，现场施工管理可以通过三维设计平台获取设计数据，三维设计平台可以通过现场施工管理获得施工进度、施工计划等工程信息，以及材料库存、施工难度等施工情况，方便设计与施工的交互联通。

4 结论

对核电施工数字化现状进行调研，对数字化需求进行分析，将核电施工现场的数字化需求总结为功能完善、成果输出、搭建接口三个方面，为搭建三维设计平台提供指导。依据现场需求，为三维设计平台搭建相关的功能提供基础，以实现数据三维设计平台到现场施工的传递，提高施工质量和施工效率，完善数字核电站的建设。