摘要：火电厂设计是多专业交叉协作设计，随着信息技术应用迅猛发展，工程公司和行业软件供应商都积极探索行业解决方案，建立集成应用系统，实现工厂生命周期的信息管理。传统二维CAD设计已难以胜任大电厂高标准的设计要求，引入三维设计是未来火电设计的必然趋势。
关键词：虚拟实体设计；数字化MIS集成；效率提升
一、火电厂设计特点
火力发电厂的设计是一个庞大且多专业交叉的项目，需要不同专业人员相互协作、配合。此外电厂设计不需要考虑美观性和艺术性，设计的重点是功能性和实用性。对于这种工程性设计，在很大程度上所需的创新性不是很强，更多的是设计师本身的经验和按部就班的设计流程。对于这种不需太多创造、设计流程比较固定且复杂的项目，结合计算机技术进行数据库的建立及设计流程和规范的固定化是简化设计的趋势。
二、三维设计的优势
三维设计是以信息技术为支撑、以数据库为中心、以计算机模拟为依托的全方面设计方式。其技术优势简单的来说包括“通俗易懂”、沟通便利及计算机模拟。具体优势主要有以下方面：
1）提高设计质量，增强竞争能力：三维设计可进行虚拟建设，并进行碰撞检查，在设计时便可以发现施工中可能发现的各种碰撞问题，从而大大提高设计图纸的准确性，减少了现场返工。而且三维设计非常直观，在复杂系统时减少了空间想象力有限引起的绘图错误。另外三维设计也是一个安装、建设过程，有利于实际施工方案的制定，优化施工过程，缩短周期，带来明显的经济效益，增强市场竞争能力。
2）实现设计整体化：大型电厂设计是一个多专业交叉过程，而三维设计平台多是支持多学科交叉设计的，不同专业的人员可以在同一平台上进行自个的设计，而且可进行实时的数据传输，及时协调工作进度及要求。通过数据流及设计流的融合，设计过程变成了一个有明确分工及相互沟通的设计实体，效率大大提高，所需人力大大减少。
3）缩短设计周期：由于设计过程中沟通方便，而且各专业并行设计，从而大大缩短设计时间，另外模型数据库的使用使得建模速度大大加快。计算机本身的模拟实验及应力计算也使得许多繁重的计算任务交由计算机完成，减轻了设计任务。
4）易于设计优化及再利用；三维设计是虚拟实体设计，在设计过程中可以对各种设备的空间布置进行优化，可在短时间内提供多个设计方案并根据要求进行再优化。另外，由于设计过程包括组装过程，类似新项目完全可以套用原有的设计进行修改再利用，从而大大缩短设计周期。
5）实现资源共享，有利于工程总承包：国外的大公司一般都采用工程总承包，现有的三维设计软件多是根据工程总承包的理念开发的。利用现有软件进行三维设计可很方便地提供采购所需的设备、材料属性，设计施工规程等，因而对于公司总承包来说可大大提高效率、节约成本。在电厂建成后与电厂MIS集成，还可以实体模型方式实现对设备和生产运行状态的实时监控。
三、目前三维设计存在问题
（1）设计平台问题
设计平台包括软硬件、平台的维护和优化、各类数据库和设计流程等。
三维设计的硬件问题随着计算机性能的飞速提高而越来越不成问题，一般的服务器都能满足三维设计要求，而且所需投资也是比较低的。软件方面的问题在初期还是比较大的，一般的商业软件由国外开发，主要针对国外的规定及流程，而现在国外公司努力推广中国市场，设计开发更符合中国国情的软件，国内的设计院也在自己多年使用的基础上努力改进、优化设计软件，以方便设计。因而总的来说软硬件方面的技术问题已经渐渐解决了。
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数据库方面的问题会比较大，三维设计以数据库为中心，好的数据库必将方便相关设计，而一个不太完善的数据库可能抹杀三维设计的优势。数据库需要公司或设计院一点点的积累和完善，不能急功近利。
（2）设计过程的问题
1）建模比较简单，但不易修改。在三维设计中画一根管道和二维画一条线差不多，但是对管道的修改远远比二维麻烦，而且三维设计中管道设计往往修改频繁，因而现阶段三维出图速度没什么优势。
2）初始设计为重中之重，后续修改灵活性下降。三维设计在前期需要准备足够的详细资料比如选用的材料、各种阀门接口的属性等和初步解决一些非常实际的设计问题如系统布置、各设备安装方式等，以便设计第一阶段来确定初步的三维设计模型。当初步模型确定后一切都将按部就班，能改变的参数也不多了，因而这样的设计过程对初始设计的要求是很高的，应尽可能保证后续不会出现太大的变动，如果变动太大就会使得设计成本大大增加。因而三维设计的准备应该比二维更加细致，而且得提前接触市场以了解材料、设备的成本，从而为后续建造节约成本（这对于EPC项目是很重要的，而一般的设计院可能不需要关注这方面成本）。
3）稳定性有待提高。越是复杂的东西越难维护，三维软件亦是如此，往往有多个专业软件组成，结构复杂，运行过程中占用内存大，一旦出现问题，很难找到原因。而且所有数据是在同一台服务器中共享保存，如果出现意外导致数据丢失将给设计带来很大损失，因而设计过程中应该有专业人员进行维护以保证稳定性。
4）过渡过程的矛盾。现正处于二维设计向三维设计转变的过程中，很多出图要求都是针对二维的，因而完成的三维设计还需要转化为二维图纸才能用于评审、施工等。但在转变过程中会出现一系列问题如图纸表达不符合二维图纸标准或图纸本省出现错误，这方面图纸的检查需要大量劳动力而且发现错误时是修改图纸还是三维模型又是个问题，图纸修改相对容易而三维模型的修改非常复杂，但是单单修改二维图纸会导致三维模型不再适用于后续的工作。对于EPC，由于三维模型不单单用于设计，还可用于后续的施工、管理，因而出现错误必须在三维模型上进行修改，而对于一般设计院，它的任务就是出设计图纸，因而从成本角度考虑可能会只进行图纸的修改。这种矛盾的存在主要在于过渡过程中没有适合于三维设计的标准和规范，如果评审、查阅都以三维模型为基础，那设计过程中很多三维向二维的转换过程变得多余，从而大大提高设计效率。
四、三维设计使用建议
（1）加强数据库和设计平台的维护。三维设计在很大程度上依赖于软件和数据库，而不是设计本身了，因而对于公司来说应该花足够的人力和物力来维护使用的数据库及设计平台，结合设计实例不断对其进行优化。数据库的完善是一个漫长的过程，不能因为初期成本高而放弃。另外可以招聘一些软件设计类的专业人才进行平台的维护。
（2）设计规范及流程的完善。三维设计应该跳出二维设计的框框，建立起自己的设计流程及规范。这就需要公司人员能在已有设计经验的基础上完善设计流程，通过总结、分析建立起有公司特色的设计方法。
（3）与EPC的结合。三维设计软件不能仅仅当做一个设计软件，而应该当做一套涵盖整个项目生命周期的管理软件。现在一般的设计院由于业务原因只能当做设计软件，而公司则可以开拓采购、建造等方面的业务，实现工程总承包，充分发挥三维设计的优势，降低成本，实现利润最大化。
五、结语
通过三维协同设计平台，企业能实现项目设计平台的整体转换，为各个专业建立一个稳定，统一的设计平台，使资源优化，信息共享，从而大幅度提高劳动效率。最终形成具有企业自身特色的、代表行业最先进水平的项目工程集成系统，实现工程设计平台的转换和统一，进一步加强企业在国内外工程市场上的竞争能力。
参考文献：
[1]朱春田.于vantage pdms的多专业三维协同设计[m].iseit 2004，论文专刊
[2]刘向雨.dms多专业协同设计中模型进度控制的探索与实践[m].iseit 2009
论文作者:刘宁波
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/12/9
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