设计平台

在火力发电领域，传统土建专业与工艺专业协同配合主要以二维配合为主。土建专业与工艺专业根据司令图，独立分别工作。土建专业先使用结构分析软件计算初版结构模型，并绘制CAD结构图纸，提出资料交给工艺专业。工艺专业工程师根据管道布置选型初算结果，给结构专业提出修改意见并在CAD图纸上手动增加工艺荷载。结构专业接收后在计算分析模型中更新荷载和布置，流程再循环。此流程端是双方专业在提出资料前交互较少，资料交互后发现问题会导致双方各专业较大的返工量。工艺专业提资图需要结构专业提资后手绘，进度慢且容易出错。积累版本多后，容易引起管理混乱，导致土建专业输入工艺荷载漏项。 电力结构设计专家系统SmartPPDS主要创新点如下：1、首次实现PDMS模型与土建gen计算模型双向局部更新而不丢失相应属性信息，实现模型一键更新。避免了工程师重复建模工作量，保持版本唯一性。2、首次提出预布梁概念，并应用于软件中。软件赋予工艺专业预布梁权限，由工艺专业在PDMS提预布梁位置，由土建结构专业接收确认调整，实现了工艺需求快速响应。3、首次将最新版《火力发电厂土建结构设计技术规程》DL5022-2012工况及荷载组合内置于软件，由软件根据需要自动生成需要的荷载组合。这种方法工况更加细致，准确性得到极大的提高，大大减轻了土建专业编辑荷载组合、荷载工况的工作量。4、创新设计流程。PDMS作为布置设计平台，由传统二维设计提资方式变为基于PDMS模型可视化提资，专业之间配合更加高效直观，减轻了专业内部外部的工作量，极大的提高了设计工程师的劳动生产率。5、首次研制出三维数字化流程管理。根据工艺提资土建受资流程，工艺提资分别设提资、校审、复核人，土建设主设接收人，并将提资数据分配给卷册负责人。各流程结束，自动推送到下一流程人，方便快捷。同时，对过程文件归档记录，加强了过程控制，提高了可追潮性。

项目于2015年1月启动，开发成果随机组建设需要及时投入运营；整个基建部份与#1机组投入生产运行后证明，不但提高了机组基建阶段质量和运行可靠性，为运维期提供了三维、直观、完整的设计与施工资料，也为运行人员通过在线数据趋势的直观有效分析，摸索并建立设备劣化判据，及早发现设备故障先兆提供了基础条件。 本项目在工程建设中，打破以往基建MIS为基建而基建的理念，进行三维数字化在燃煤火力发电厂设备全寿命周期管理中的应用研究，开发了新型数字化发电厂的精细化三维设计平台和可视化基建、运行可靠性监控与管理软件。开发了基建生产一体化ERP技术，对基建期物资主数据收集方法进行创新，建立贯穿电厂生命周期的数据仓库，实现对基建期物资、设备和资产的精细化管控，基建向生产数据的平滑过渡和辅助转资，全寿命周期管理，形成以生产期需求为核心驱动的基建生产一体化管理系统。

5月22日，浙江杭州供电公司所属杭州市电力设计院员工在交互式自主智能三维设计平台上选择关键参数，点击预览后，平台一键生成了6个变电站设计方案。该设计平台还可以导出二维图纸、方案说明书和工程造价等。

本项目整体研究成果打通了三维数字化技术在工程建设全流程中的应用通道，使得三维技术不仅仅提高工程的设计质量和设计效率，更在设计阶段即建立起一套服务于工程建设全流程的数据信息库，数据信息贯穿设计、建设、运行、维护直到退役，整个过程的三维模型数据不断扩充，涵盖了各阶段各单位在工程建设过程中产生的各种资料和数据内容，所有的数据信息多阶段、多环节、多部门共同维护和使用，最终实现工程建设原始数据、过程数据、管理数据等的全属性、全寿命工程数据数字化移交。本项目针对项目各阶段的应用，实现三维技术的创新与实现，利用多项自主知识产权的软件工具，实现三维设计平台中的构架集成设计、三维电气布置设计、主接线设计、防雷接地设计、材料自动统计、短路电流计算；针对施工阶段的应用，在依托工程中实现设计施工一体化应用，并提出利用三维技术进行施工进度、质量、造价管理的应用方法；针对运维阶段的应用，开展三维实时在线监测技术创新与实现，研发三维实时在线监测系统展示平台，实现虚拟现实的环境中，集中展示变电站设备的各种静态数据信息和动态运行信息。 三维信息化技术可提高设计效率和质量，优化设计方案，减少土地占有率，减少施工工期及现场设计变更。经综合测算，可降低工程投资约1%。我院在引进软件公司的三维平台基础上，不断进行本地化全面研究和深度定制研发，形成多种实用有效的三维应用工具，已基本实现数字化三维360°全方位应用。

核电厂包括一百多个执行不同功能的复杂流体管网系统，系统级流体仿真是工艺系统设计的核心环节，分析结果用于评估系统设计方案、系统运行工况、流体设备性能、运行规程等，是保证设计合理性的重要环节，是确保系统各项功能实现的重要保障。 工艺系统涉及不可压、可压缩、流动、传热、稳态、瞬态、两相流等复杂物理现象，单系统元件数量超过1000，全厂数量超过10万，系统级流体仿真面临建模工作量大、输入参数变化多、局部流场偏差高等问题。为此，自2013年开始，上海核工院开展核电厂热流体仿真设计平台开发，突破多类型复杂管网设计模型转换的技术难题。 本项目已应用于三门一期和海阳一期调试、CAP后续项目、CAP1400示范工程以及余热排出泵试验台架，具有良好的社会效益和经济效益。可以推广到各行业复杂管网系统的仿真分析，在能源、航空、航天、船舶、汽车、石油、化工等领域具有广泛市场。本项目已申请2项发明专利、获得2项企业技术秘密、4项软件著作权、发表论文5篇。复杂管网设计模型转换技术获得西门子公司“系统级流体仿真贡献奖”，现已授权西门子公司联合开展商用推广。核电厂热流体仿真设计平台开发及应用的研究，通过了中国核能行业协会成果鉴定，专家评价：研究成果解决了复杂管网设计模型转换的技术难题，提高了系统级仿真的分析效率和精度，已应用于AP/CAP系列核电厂设计和调试工作，国内首创、达到国际先进水平。

大型水电工程 EPC 项目具有技术难度大、牵涉面广、不确定风险因素多等特点，因此，需要一种创新性的、基于多要素、全信息的快速智慧决策系统，真正实现 EPC 项目管理信息系统“从无到有、从有到强、从强到智”。项目组依托杨房沟水电站工程，针对 EPC 模式下大型水电项目的管理特点，将传统的水电项目建设管理模式进行了创新，采用先进的 BIM、大数据、移动端、物联网等技术，借助数字化手段将工程建设精细化，管理深入至“单元工程级”，涵盖了工程设计、质量、进度、投资、安全等各个模块，实现了杨房沟水电工程设计施工的全过程数字化管理与智慧化管控。 本项目成果属于工程管理领域，主要管理创新成果包括：①首次系统地创建了一套基于 BIM的大型水电工程 EPC 项目的智慧管理体系，通过三维正向设计、智能建造、数字化移交等先进的技术手段实现了以设计施工一体化为核心的大型水电工程 EPC 项目全过程数字化建设管理创新，具有良好的应用前景和推广价值。②基于三维协同设计平台实现了水电工程全专业三维正向设计，并且实现了 BIM 模型的精细化、属性化和轻量化以及基于 BIM 模型的工程建设管理。③研发了可模块化配置的设计施工 BIM 管理系统，实现了大型水电工程 EPC 项目的设计施工一体化管控。④首次提出了有效解决大型水电工程 EPC 项目从“物理实体电厂”到“数字孪生电厂”的数据信息损失问题的整体移交方案，打通了工程全生命周期管理的“最后一公里”。 项目成果成功应用于杨房沟水电站工程，经济和社会效益显著，已有中国电力建设企业协会、水电建设监理协会、水力发电工程学会、水电水利规划设计总院、国电、国网新源等 30 多家单位到杨房沟水电站开展调研学习，各单位及专家一致认为本成果已达到国内外水电项目建设管理一流水平，具有很强的可操作性和推广价值。本项目的相关技术在两河口水电站、大古水电站、杭州地铁、雄安新区等项目中得到了应用，后续将在雅砻江流域卡拉、孟底沟等水电站中推广应用。项目组共计获得软件著作权 9 项，论文 8 篇，“工程三维数字化设计与施工管理一体化”成果被鉴定为“国际领先水平”。本项目对传统水电工程的建设管理进行了创新，真正实现了大型水电工程 EPC 项目基于移动设备的人机交互管理、扁平化管理、数据感知和共享管理，为大型水电工程 EPC 项目管理升级、优化生产组织提供了新思路、新方法，具有广阔的市场前景和巨大的应用价值，为国内同类工程建设创新管理思路提供了良好的借鉴。

直流电源系统

日本福岛核电事故发生后，三代核电技术因安全等级更高，得到了加速发展，成为了新建核电站的主流堆型。为发展中国核电行业，提升中国核电的竞争力，国家组织研发了华龙一号堆型，并开始了华龙一号的首堆设计和建造。在首堆设计过程中，各种信息化的工具和手段的应用极大的提升了工作效率和设计质量，缩短了设计工期，保障了首堆安全性。华龙一号三维协同设计与管理平台是信息化平台的重要组成部分，其研发和投用解决了长期困扰核电项目的异地协同设计和设计管理的两大难题，是华龙一号首堆建设中非常重要的工具软件。 平台在建设过程中攻克了三维布置设计、自动出图和在线校审签字的技术难题，实现了核岛土建、设备、管道、通风、托盘、仪控和各专业支吊架等的三维布置协同设计和设计策划、设计输入、设计输出、设计审查、设计评审、设计验证、设计变更等全专业全过程的设计业务信息化。充分利用“互联网+”技术，建成了国内最大的三维异地协同设计平台，并利用虚拟和分布式部署技术，显著提升了超大项目、多用户并发应用模式下的响应效率。首次利用大数据手段实现了对三维模型批量化、自动化的质量检查，革新了工程设计的质量检查手段，显著提升了设计质量。首次在核电设计领域实现了基于数据和模型的在线提资、技术状态管理、可视化电缆敷设，并攻克了多项基于模型的抽图关键技术，抽图自动化率达到90%以上，大幅提高了出图效率。华龙一号三维协同设计与管理平台的投用，解决了核电设计信息化的核心难题，为公司创造了巨大的经济效益，被国资委认定为央企信息化应用的典型案例，并向行业内外进行推介，促进了整个行业的信息化水平的提升。

经过多年的发展，总体所已经积累了丰富的设计经验，设计方法和设计理论已经非常成熟，并通过科研以及采购等完善了专用的设计工具。同时，设计院其他专业也建立了部分专业设计平台，其中往往存在部分总体所各专业所需要的设计数据。但各平台及工具之间相对独立，并未形成有效的信息传递，以火灾分析为例，常常需要各专业在设计工具中导出数据后以提资的形式提供给总体所进行进一步的设计。现阶段总体所各项设计业务的设计输入主要通过设计生产管理系统的提资系统和统稿流程完成，然后经过各项业务工作的智力分析（如各类报告编写）或专业工具的应用后（如工程量计算、灾害分析），形成以报告和清单为主的设计输出。现有设计方式虽然满足了大部分的设计业务需求，但是现阶段信息系统的应用只是解决了从纸质办公向电子办公的电子化转变，正处于电子化向信息化过渡的阶段，而并未完全实现信息化协同设计，存在着以下问题：设计输入以文档提资为主，未充分利用现有平台进行数据交换。各专业计算分析软件基本齐全，但无统一协同设计平台。设计成果没有实现结构化数据管控。缺乏智能协同手段、过程人工控制、数据共享性低、线下工作量大。针对以上存在的问题，总体设计平台建设的核心是加强工作流程、质量的自动化控制，并集成应用各种计算分析工具、通过智能化平台提高工作效率。

项目成果设计合理、功能齐全、界面友好、满足智能变电站集成设计要求，系统整体性能先进。成果已经通过南京市科委组织的鉴定，其中“基于CAD的图形化智能变电站模型实现方法”、“基于三维设计平台和专业软件的智能变电站系统集成设计方法”，鉴定达到国际领先水平，将在行业推广应用。项目已获计算机软件著作权1项，授权发明专利2项(基于CAD的图形化智能变电站模型实现方法、基于传感器通信网络和专家系统的智能变电站)，实用新型专利1项（智能变电站），另有1项发明专利已实审并公开（基于三维设计平台和专业软件的智能变电站系统集成设计方法）。 本项目实现了设计输入到成品输出全程数字化，实现与系统集成商、施工单位、调试单位、运行管理单位的文件数字化无缝接口，提高了工程建设管理质量。本项目直接把设计方从繁重的手工操作中解脱出来，以数字化的方式提供工程文件的重复利用；本项目可以为施工方提供接口类型查询、光缆/尾缆管理、光配端口查询调整、交换机端口查询调整等多种功能，缩短了施工周期；本项目可以为调试方提供装置模型校验、回路校验、装置模型校验修改、SCD重新生成等多种功能，减少了调试人员人为失误；本项目可以为运行管理方存档工程图纸及SCD文件，保证了工程质量。因此，建议行业全面推广。