SmartPlant3D在电厂设计土建专业的深化应用

牛莉丽宋昌洋

（国核电力规划设计研究院，北京100095）

摘要：现今三维工厂智能设计软件在核电、火电设计领域均已广泛应用，行业中各大设计院在运用不同的三维设计软件的过程中掌握了丰富的使用经验并各具特色，但无论应用哪款软件进行设计，目前都存在土建专业参与度不够的情况。现以智能三维设计软件SmartPlant3D作为电厂三维设计工具为例，介绍如何通过定制和开发等手段实现其在设计中的深化应用，以满足电力设计中土建专业的使用习惯，使其更为合理高效地服务于电厂设计。

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：电厂设计；SmartPlant3D；土建专业；定制；开发；深化应用

0引言

在信息化、数字化技术高度发展的今天，各行各业无不需要在技术上求创新，在创新中提升市场竞争力。各家电力设计院也不得不摒弃不合理的、耗时大收益小的落后设计模式，以应对业主对项目质量、工期的高要求和外部激烈竞争的双重压力。本文主要研讨在电厂三维设计中问题尤为突出的土建专业面临的困难，并为之提供合理的解决方案。

1软件应用现状及难点

目前来讲，电力行业中INTERGRAPH和AVEVA两家公司的产品都有应用［1?2］，电力规划总院和六大直属院分别从INTERGRAPH和AVEVA公司先后引进了PDS和PDMS三维设计系统。不同软件相关电厂设计的设备、管道、土建、仪表和电气等专业模块设置都很齐全，但就应用深度来讲专业间差异较大。管道相关专业目前应用情况最好，几乎该专业所有的设计输出都能够从三维软件中获得。而土建专业目前应用深度最浅，仅停留在三维模型参与碰撞检查的应用程度上，重复性工作大量耗费人、工、时，且数据利用率不高。究其原因，土建专业仍停留在将三维设计软件作为建模工具来使用，并没有将其作为设计工具来应用。

我们可以从土建专业的工作流程开始分析。目前，土建专业的工作流程是先绘制计算简图，随后接收工艺、结构荷载等条件，进而在PKPM或是STAAD软件中进行计算分析、检查以及优化，后手动在AutoCAD中绘制施工图，最后到三维软件中进行结构建模。三维模型是在完成了施工图绘制后才开始建立的，这样做的主要原因是：虽然目前的三维软件都提供了生成二维图纸的功能，但其在图纸表达方式和详尽程度上都无法满足土建施工图的深度要求。所以，工程师不得不采用传统方式绘制施工图。而为了碰撞检查和整个工程三维模型的完整性考虑，又不得不被动地建立对本专业意义不大的三维模型。这方面的问题我们把它总结为输出问题。

同时我们还看到土建专业的一个工作特点，那就是在绘制施工图之前有大量的计算工作需要完成。目前主要采用的计算软件有PKPM和STAADPro等，这些软件都需要单独建立三维模型，而同样的模型最终还要在三维软件中重复搭建，这些重复输入的数据我们把它定义为输入问题。

除了上述输入、输出两方面的问题外，目前土建专业还存在设计工具自动化程度不高，三维中牛腿、埋件、配筋的表达等问题有待解决。

2输入问题的解决

输入问题的解决主要是通过相应接口实现结构分析软件与SP3D软件间的结构模型双向互导，从而减少重复建模产生的工作量。目前常用的结构分析软件有PKPM和STAADPro两种，这两个软件都与SP3D有接口，但实现方式有很大区别。

2.1接口介绍

SP3D与结构软件采用的接口格式有两种：CIS/2（CIMSteelIntegrationStandards）［3］和IFC（IndustryFoundationClasses）。二者都是SP3D的标准接口，但需要特别注意的是，CIS/2标准又分为设计模型和分析模型两种，而SP3D只支持设计模型的输入。

2.2PKPM与SP3D的模型互导

PKPM与SP3D需要有专门的接口软件才能够实现软件间的模型互导，这主要是由于PKPM本身没有标准接口，若欲实现两软件间模型互倒，必须采用CIS/2标准。

（1）土建专业设计人员首先在PKPM中完成最初的受力分析后，可将模型所在目录中已存在的.JWS文件另存到其他路径中。然后打开PKPM接口软件，选择“PM模型=>STEP文件”。并在“打开”窗口中指向到准备好的.JWS文件。完成上述操作后软件会打开PKPM结构模型，并在.JWS文件所在目录中得到后缀为.STP的转换文件［4］。

（2）打开SP3D后，需要在SP3DImportStructure操作界面中按照一般的STP文件的导入流程进行操作，但需要注意的是，由于PKPM接口已经对SP3D做了优化，所以国标（2006版本）钢结构截面范围内的构件无需使用Mapping文件就可以实现导入。对于所有用户自定义截面，需要按照命名规则在SP3D截面库中首先做补充，然后在Mapping文件中完成PKPM与SP3D的截面映射工作。

（3）PKPM与SP3D的接口是个双向接口，也就是说可以首先在SP3D中完成建模，然后将从SP3D中导出的.STP文件通过接口软件转换成.JWS文件，从而得到PKPM模型。

2.3STAADPro与SP3D的模型互导

和PKPM相比STAADPro在接口方面有很大的优势，因为STAADPro本身就支持CIS/2标准的输入、输出。但由于STAADPro只支持分析模型的输出，而SP3D又只允许导入设计模型，所以SP3D模型导入STAADPro按照CIS/2标准，STAADPro模型导入SP3D采用.STD文件格式标准。

（1）对于SP3D模型导入STAADPro，我们使用的是两个软件的标准接口，直接从SP3D中输出.STP后再导入STAADPro中。

（2）从STAADPro导入SP3D的过程可采用INTERGRAPH开发的专用接口。该接口没有采用中间格式的方式，而是直接读取.STD文件（STAADPro模型文件）并导入SP3D中。

3输出问题的解决

土建设计的主要输出为图纸和报表，其中图纸主要包括布置图、配筋图、埋件图、洞口布置图等，报表主要是材料清单。对于这些输出需求我们采取的是SP3D与专业软件相结合的办法，在SP3D中对布置图、埋件图和洞口布置图做了客户化定制，对于配筋图仍然采用原有设计手段。

在SP3D中一张图纸的生成步骤包括四步：设定出图区域、选择图纸模板、生成图纸、手工调整出图。工作量最大的部分以及难点都在图纸模板的定制中，需要按照不同类型图纸的不同表达习惯来定制风格包，其中包括表达内容、线型、线宽、颜色、尺寸标注及注释等的个性化定制。定制后的平面布置图、埋件布置图示例如图1所示。

4重塑工作流程

通过对以上输入、输出问题的解决和改善，我们基本实现了如图2所示的工作流程。

对于配筋设计，我们仍采用原有设计方式，只是在与SP3D结合方面采用了.SAT导入的方式，这样就可以在三维环境中查看到配筋模型，进而实现配筋与孔洞等模型的碰撞检查。

5结语

没有一款软件能够完全满足所有专业在工厂设计中的全部要求，目前的三维软件都存在这一问题。无论是SP3D还是其他三维软件，如何最大限度地将软件现有功能与专业相结合服务于各专业才是最重要的。以上就是我们针对电厂设计中土建专业的一些需求做的一些定制及开发，其目的是解决土建专业一直以来在输入、输出上存在的困难，提高土建专业参与三维设计的积极性，减少不必要的人、工、时，以提高工程设计效率和设计质量。未来我们会继续这样的思路，利用SP3D这个开放的平台将更多工作整合到一起，并结合INTERGRAPH的SmartPlantEnterprise解决方案将更多工具软件的数据整合管理起来，探索更为有效的解决方案，使其在设计中发挥更大的作用。

［教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献］

［1］高麒瀚，江德正.智能化工艺系统设计平台技术在核电工程设计的应用探讨［J］.核科学与工程，2014，34（1）：125?133，141.

［2］周立军.三维设计平台在快堆中的应用研究［J］.硅谷，2014（10）：129?131.

［3］LipmanRR.MappingBetweentheCIMSteelIntegrationStandardsandIndustryFoundationClassesProductModelsforStructuralSteel［S］，2006.

［4］中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部.PDS/SP3D—STsciS/2数据接口用户手册及技术条件［Z］.

收稿日期：2015?07?29

作者简介：牛莉丽（1987—），女，吉林人，硕士研究生，助理工程师，研究方向：工程技术。