曹 斌
中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司 上海 200063
[摘要]：火电厂采用三维模型设计技术，是电力工程计算机辅助设计方法的革命性变革，与平面设计有本质区别。在过去，施工方只能根据纸上的设计数据，结合自己的空间想象来组织施工。工程3D施工完成后，施工方可直接调整工程3D模型，了解已完成工程概况，便于施工管理和进度管理，有效消除或减少施工返工和浪费。借助三维工程平台,它提供了一个持续的和完美的交互式信息服务从设计到施工,使管理人员直观地理解设计意图,以便直观地指导施工,保证施工质量,为设计方案的优化提供技术支持的给排水消防管道电厂。
[关键词]：电厂给排水；消防管道；三维设计；
利用全专业三维设计的技术，针对电厂给排水消防管道进行规范，精细数字化设计。在设计过程中，根据实际工程需要，将设计要素加以数字化，解决上游专业图纸不同步、设计量增加等问题带来的困扰。通过精细化三维设计，使得电厂给排水消防管道设计，提高了建模效率、简化了建模工作量。
一、工程概况
某电厂主厂房内管线布置为复杂管线设计，由于主厂房内管线众多，如果按照以往设计思路仅通过二维单线管道设计，很难发现管线的碰撞情况，空间占用情况。为避免以上问题发生，在本次设计中，对电厂的生活给排水管，工业冷却水管道，消防水管道，采用三维建模软件进行管线布置设计。电厂管线布置，采取三维设计的方式进行给排水施工的方案设定，给后期的维修提供了科学高效依据，同时，也规避重返工情况发生。管线三维设计以科学布置思路为前提，将给排水管线设置进行了合理优化。例如，在案例工程中，给排水管线设计过程中充分考虑到国内外相关工程施工经验，在设计中，对于生活给排水管道、工业水管道、消防管道、气体消防管道等管线的布置进行了预先的规划。在设计中体现出三维设计的整体优势，充分考虑到管线布置断面的摆放顺序，根据不同区域的功能，进行了管线的数量和种类的设置。
二、给排水消防管道的三维布置设计
1.接口的定位。厂区地下管网与各建构筑物内给、排水管道的接口是碰撞的多发区，经常出现管道穿基础的情况，使用三维软件后，这种问题是可以预见并及时处理的。此外，排水管道在向室外检查井排水时，模型中可以方便地查到将要排入的检查井管内底标高，继而为室内排出管定出合适的起点标高，能够发现排出管无法顺利排出的情况，以便及时考虑其他布置方案。
2.管道的精细化布置。电厂厂房内设备管道多，布置情况复杂，其中以主厂房内尤为突出，因此主厂房内消防水管道的布置最为困难，应用三维技术的优势也最为明显。三维平台中，厂房内各专业的设计成果清晰地展现，设计人员有条件考虑到梁、柱、门窗、周边设备、管道、桥架、配电间、运行检修空间等影响因素，避开碰撞、合理占用空间，精确定位消防环管、立管，科学安排管道支吊位置和支吊方式，最终根据周边情况完成消火栓的布置，并保证消火栓能够顺利开启。
三、管线设计和布置分析
1.管道三维设计。首先，利用三维平台软件进行协同设计，用模型作为成品依据，实现多专业的协同，按照三维设计流程要求的规则，对模型的规范予以设定，并及时做碰撞检查。通过模型进行体现，在三维平台内，对于不正确的模型，要求设计人员提供错误信息作为参考，如，管道是否设置保温，专业设备是否建有检修空间，设备模型定位是否准确，下游基础定位是否有误差等。在属性设置的规范化上，模型的层次和属性，必须由配合三维软件，进行专业的抽图，遵循专业规范和三维设计规定，保证设计行为的规范性，找到加载的模型，模型的颜色能够对系统进行区分。
2.管道精细化布置。
根据提供的三维技术设计方案进行管道的精细化布置，例如，在主厂房内的消防水管道，考虑梁、柱、门窗、周边设备、管道、桥架、配电间等，考虑到机修空间等影响因素，做好消防环管的精准定位，避开碰撞，合理占用空间，根据周边环境完成消火栓的布置。
3.电缆和消防管道联合支架的布置。电缆桥架和消防环管的联合支架，要求消防环管的高度和电缆桥架贴近，利用电缆桥架按照颜色规定，在管道模型上的颜色设置为红色，利用吊架的支撑联合支吊，方便辨识。
4.施工图绘制。利用三维技术绘制施工图纸，对于透视图、平面图、ISO图，也由三维绘制抽取透视图的方式进行管线的表达，真实表达出支管的相对管系；包括立管的走向和长度，通过模型抽取，自动标注管道的标高、管径、轴线参考等信息，生成对应的材料表，统计数字更加精确。以车间为单位控制施工图的进度，开展总体规划，遵循上下游的关系，确定交图的节点，研究快速投影和相关模型，提高平面图的制图效率。
5.管道设计荷载仿真。在结构设计方面，通过有限元软件ANSYS建立消防水泵机组的抗震有限元模型。分析首先采用地震频谱法计算出水泵在三维SSE地震载荷作用下的响应，其次，计算水泵在静载荷作用下的响应，得到水泵在三维SSE地震事故工况下的各种响应。根据这些响应结果，详细考察口环径向间隙的变化量、螺栓及螺柱的受力、法兰密封、轴承载荷、泵壳强度及转子轴强度，水泵在SSE地震事故工况下能够保证结构的整体性、密封性和可运行性；考察静载荷和地震载荷对泵机组作用所占份额的大小。运用SIMPLEC算法及标准κ-ε湍流模型对消防水泵内三维流场进行数值模拟。
四、管道三维设计的优势
通过以工程实例分析，利用软件进行电厂给排水管线三维设计优势十分明显。
1.提高施工效率。有利于施工人员分层工作，提高人员利用率。在电厂管线设计过程中，由系统工程师从事方案设计，设备计算选型，设备规范等工作；由布置工程师以三维设计为手段，专门对布置进行研究和优化；绘图员按照系统设计、布置设计确定的原则和方案，完善和细化详图设计。改变过去设计人员在设计绘图时，还要兼选设备，查找手册参数，节省了时间，提高了效率。
2.合理优化施工方案。利用三维设计可进行路径方案的优化。在工程设计中，平面图纸很难直观地表达出设备定位、管道走线是否合理，而三维设计却显示真实的模型并为优化路径提供依据。在三维模型中，前序专业的模型，均可为后序相关专业合理布置提供方便的选择。在设计的过程中，专业人员如感到某部分区域布局紧张，路径不好确定，可利用三维模型直观查看并用三维平、立面剖切等功能，最后定出满意合理的路径。
3.专业的参考数据和检测手段。PDMS软件在布置管线过程中，可以采用或参考相应的参数进行完美的布置。在设计过程中，可利用软件系统中实时碰撞检测功能，设计人员在布置设备、管道、结构模型时，一旦与别的模型发生碰撞，自动报警，并在三维模型中显示出来；同时，可利用碰撞检查软件进行管道与管道、管道与保温、保温与保温、管道与设备，管道与结构以及与其它专业的模型之间的各级碰撞分层次、分色彩突出表现出来，也可用漫游软件进行直观性的碰撞检查。
总之，电厂管线复杂，系统可靠性要求高，因此，在生产生活用水和消防用水系统管道设计上，运用三维设计软件，可进行空间控制、碰撞检查、多专业间协同设计、二维三维校验、抽取图纸、生成材料表等，实现了各专业在布置和系统上的协同设计，能大幅度提高工艺设计专业的自动化程度，从而优化布置、提高设计质量及设计效率。可以预计，在未来的工程设计中，三维设计将会逐渐成为设计主流，而各个工程中给排水管线设计也将会更多的使用三维软件来进行。
参考文献：
[1]黄晶萍.电厂室内给排水消防管道三维设计.2018.
[2]綦一波. 刘小于，火力发电厂多专业支吊架三维设计.2019.