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三维数字化协同技术在电厂设计中的运用分析发布时间：2022-12-26T07:35:57.714Z 来源：《中国电业与能源》2022年第16期作者：朱双峰[导读] 随着国家经济发展，朱双峰中国电建集团核电工程有限公司，山东济南 250102摘要：随着国家经济发展，电力行业也紧随社会潮流取得了快速发展。
现代化数字技术已被充分运用于电力行业。
3D数字化协同系统属于新时期信息化科技技术，在电力设计中引进3D数字化协同系统具有显著意义。
文章首先总结了3D数字化系统的特征，然后详细探讨了电厂设计方面3D数字化协同系统的具体运用，希望通过本文的探究能够为电厂可持续发展提供良好的借鉴依据。
关键词：3D数字化协同；数据收集；电厂设计1、序言当前，随着社会对电力需求量的增多，原有的电厂运营模式已不能适应电力行业发展的要求，新型电厂运营模式已是电力行业深入探究的核心。
信息化电厂成为了电厂在新时期涌现的产物，逐渐引起行业高度重视。
由此必须保障数字化电厂运营阶段设备的稳定性与安全性，如何充分使用电气设备的数据共享与传输功能显得特别关键。
3D数字化协同系统可以实现信息化电厂的运营高效性和减小故障概率，基于较强的信息库，可完成传统2D设计转变为协同3D设计模型，推动信息化电厂高效、健康发展。
2、3D数字化协同系统的特征2.1主观性3D设计软件是依托计算机出现的现代化技术，一般基于计算机完成设计工作，设计人员利用计算机采集电厂运行环境与运行流程中的各种细节资料构建立体模型，通过此虚拟电厂每个时段的运行状况，使设计师在电厂设计中可以更系统、更精准掌握电厂现状，设计出更为精确、完善的协同化电厂。
2.2协同性3D技术用于相对应的网络中，因此3D数字化协同系统具备协同性，换言之，计算机运行中融入3D技术，能够精准获得电厂各项分部现状及系统环境数据，再按照这些数据进行协调设计，3D数字化协同系统的开发与应用克服了传统技术的不足，各专业无需面对面共享信息，信息共享更为便捷。
电厂信息化规划随着电力体制改革的进一步深入和电力市场的逐步扩大，电力调度、运行方式、决策管理等都必须围绕发电厂最大利益目标而工作，如何最大限度地发挥机组效能，节约运行维护费用，达到设备高可靠性、高可用性的目标，提高电厂的生产管理水平，已成为关系到实现发电厂中长期发展战略目标的重要课题。
电力市场化进程对发电厂信息系统提出了新的要求和挑战，也将大大推进信息化建设的深度和广度。
为此，在对发电厂信息需求调研的基础上，结合未来业务发展目标，参考国内外先进的发电企业信息化建设的经验，提出一个先进、合理、可操作的发电厂信息化规划。
1 发电企业的工作流程发电企业生产和经营管理有五个层次：设备运行层、过程控制层、信息事务层、信息管理层、决策层。
(1)设备运行层：是确保发电业务能够被有效地、有效率地执行的过程，设备或装置的运行参数和状态，是实时数据的主要信息源。
(2)过程控制层：采集设备运行层设备或装置的运行参数和状态等实时数据，为运行提供指导。
(3)信息事务层：是为实现企业目标有效地利用资源的具体过程，积累的各种业务处理和管理基础数据，是非实时数据的主要信息源。
(4)信息管理层：对采集的各种跨平台的基础数据重新组合和加工，构成数据仓库，进行深层数据挖掘、多维数据分析。
(5)决策层：确立企业的经营战略，即确定企业目标、方针，制定战略规划、人力资源规划、财务管理计划等方面的政策和原则。
发电企业所有的生产和经营管理都是由各种流程组成的。
发电企业的工作流程可以分为操作控制流程、过程控制流程、管理控制流程、战略计划流程，也可以分为业务流程、管理流程、经营流程。
经营流程决定业务流程的方向，管理流程是经营流程和业务流程的支撑。
根据发电企业业务活动的内容，业务流程可以分为生产流程、设计开发流程、采购管理流程、质量管理流程、财务管理流程、储运管理流程、市场营销流程等，业务流程还可以细分。
企业业务流程是有生命周期的，分为识别需求、设计流程、执行并优化流程、流程重组四个阶段。
电力生产工程计划管理系统的设计与实现作者：林晨杰来源：《华东科技》2013年第11期【摘要】本文试图利用数据库、数据集市、Web服务等信息网络技术，以期实现电力生产工程前期、立项、筹建、报审、结算、归档等阶段的网络化、信息化、程序化，尽可能的使其覆盖全部的生产管理过程。
【关键词】电力生产；计划；管理；设计顾名思义，电力生产工程计划管理指的是对电力工程项目的各个阶段、各个环节的内容、程序、时间、进度衔接等进行统一的规划与设计，然后再据此计划付诸实施，并对实施过程中的偏差、问题进行深入分析、找到原因，采取相应的补救措施加以修整，一直到工程的整个完工。
据此我们就可以认为，计划管理并不是单一的、简单的管理过程，而是一个动态的、循环的、复杂的双向或者多向互动过程。
针对它的管理，有学者提出了利用现代网络技术的建议，本文笔者比较赞同这点，因为信息技术能够有效地解决人工参与、手工劳动、不便于存储管理等问题。
1 电力生产工程的类型与流程如果我们按照建设性质来划分的话，电力生产工程就可以分为新建、扩建、改建、大修等类型。
而如果按照流程的话，就可以将其中的某一类工程划分为以下阶段（我们以大修工程为例）：所上图所示，电力大修工程一般可以分为四个阶段：首先是下级单位上报年度大修计划，由管理上级进行逐级审批并下达相应的年度计划；其次再由下级单位（供电局或发电厂）根据下达的年度计划制定并上报季度计划，交由上级管理部门审批，审批后下达季度计划。
由此可知，审批的两个上下级主体完成了两次交互行为，即“上报→审批→下达→再上报→再审批→再下达”。
与其他行业有所不同的是，电力生产工程是提高人民生活水平、扩大社会再生产、促进社会经济发展的重要途径，再加上其管理的工期短、质量好、投资少三大目标的要求。
这些都促使我们需要在前期完成以下几点：首先是根据工程的具体情况、具体内容，综合评估、优化组合、统筹安排；其次是充分利用现代网络技术，选择最佳的管理路径，拟定周密的项目进程，做好工程的立项、报审、预算工作；再次是严格执行项目进度安排，并根据施工情况的不断变化而做出适当的调整。
火力发电厂设计各阶段及其主要内容摘要:发电厂设计是一项庞大而繁杂的工程，从最初建设项目的提出到电力勘测选址，从可行性研究到初步设计，从施工图的设计到施工建设，层层环节都要贯彻国家的基本建设方针，体现国家的经济政策和技术政策，符合相应的法律法规和标准要求，保证发电厂的安全可靠、经济适用，符合国情和满足可持续发展要求，以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。
关键词:发电厂；设计；可行性分析；施工图引言：发电厂设计是电力工程建设项目流程中的重要环节，也是一项庞大而繁杂的工程，本文将对发电厂设计的原则与要求、发电厂的设计流程，各设计阶段的工作内容进行阐述，使我们能源与动力工程专业的同学对发电厂设计方面的知识有一个比较全面、系统的了解。
１发电厂设计的原则与基本要求1.１设计原则(1)．设计的基本原则是执行DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》的规定，此外还应符合其他一些现行的有关国家标准和行业标准的规定，如设计中要采取切实有效的措施，减轻发电厂排放的废气、废水、灰渣、噪声和排水等对环境造成的影响；使各项有害物的排放符合环境保护的要求以及劳动安全与工业卫生的有关规定。
(2)．发电厂的规划和设计应树立全局观念，满足市场需求，依靠技术进步，认真勘测，精心设计。
设计中积极慎重地推广国内外先进技术，因地制宜地采用成熟的新材料、新设备、新工艺、新布置、新结构，努力提高机械化、自动化水平。
同时还应考虑未来全国电力系统联网，全国范围内的资源优化配置和厂网分开、竞价上网的电力市场要求。
(3)．发电厂的设计必须按国家规定的基本建设程序进行，设计文件应按规定的内容和深度完成批准手续。
(4)．在发电厂设计中，应积极采用最新的参考设计、典型设计，以及先进的设计方法和手段，以提高设计质量、缩短工期和控制工程造价，并结合工程特点不断有所创新。
(5)．发电厂的厂址选择、容量规划、建设规模和建设期限、选用的机组容量、联网方式、燃料来源和品种、投资控制指标等，均应以经过批准的可行性研究报告书作为依据。
火力发电厂设计各阶段及其主要内容火力发电厂设计各阶段及其主要内容摘要:发电厂设计是一项庞大而繁杂的工程，从最初建设项目的提出到电力勘测选址，从可行性研究到初步设计，从施工图的设计到施工建设，层层环节都要贯彻国家的基本建设方针，体现国家的经济政策和技术政策，符合相应的法律法规和标准要求，保证发电厂的安全可靠、经济适用，符合国情和满足可持续发展要求，以合理的投资获得最佳的经济效益和社会效益。
关键词:发电厂；设计；可行性分析；施工图引言：发电厂设计是电力工程建设项目流程中的重要环节，也是一项庞大而繁杂的工程，本文将对发电厂设计的原则与要求、发电厂的设计流程，各设计阶段的工作内容进行阐述，使我们能源与动力工程专业的同学对发电厂设计方面的知识有一个比较全面、系统的了解。
１发电厂设计的原则与基本要求1.１设计原则(1)．设计的基本原则是执行DL5000-2000《火力发电厂设计技术规程》的规定，此外还应符合其他一些现行的有关国家标准和行业标准的规定，如设计中要采取切实有效的措施，减轻发电厂排放的废气、废水、灰渣、噪声和排水等对环境造成的影响；使各项有害物的排放符合环境保护的要求以及劳动安全与工业卫生的有关规定。
(2)．发电厂的规划和设计应树立全局观念，满足市场需求，依靠技术进步，认真勘测，精心设计。
设计中积极慎重地推广国内外先进技术，因地制宜地采用成熟的新材料、新设备、新工艺、新布置、新结构，努力提高机械化、自动化水平。
同时还应考虑未来全国电力系统联网，全国范围内的资源优化配置和厂网分开、竞价上网的电力市场要求。
(3)．发电厂的设计必须按国家规定的基本建设程序进行，设计文件应按规定的内容和深度完成批准手续。
(4)．在发电厂设计中，应积极采用最新的参考设计、典型设计，以及先进的设计方法和手段，以提高设计质量、缩短工期和控制工程造价，并结合工程特点不断有所创新。
(5)．发电厂的厂址选择、容量规划、建设规模和建设期限、选用的机组容量、联网方式、燃料来源和品种、投资控制指标等，均应以经过批准的可行性研究报告书作为依据。
电厂信息系统的规划与设计信息技术的发展使我们进入了一个后工业化社会，或称信息化社会。
信息作为一种资源，它和材料、能源一样是社会生产的基本要素，同时又是人类生产的重要产品。
信息化则是以信息资源开发利用为核心，以计算机、网络、通信等技术为依托的一种新技术扩散的过程。
这一过程将会使传统产业的生产和管理方式发生变化。
从我国电力信息化的发展历程来看，间接地印证了专家们对社会及信息技术发展的预测。
然而，电厂信息化既是管理和运营者的要求，又是一个社会的行为。
特别是那些新建的电厂，信息系统的规划设计、硬件的配置和布置、软件的选购与实施都会成为重要的影响因素。
因此，有必要对电厂信息系统的规划设计进行深入地研究，使信息系统真正发挥作用，带动企业生产和管理的进步。
为了能够更好地对电厂信息系统进行规划设计，需要首先了解电厂信息化的特点及当今国际上的发展趋势，只有这样才符合2000年示范电厂的设计思路，把电厂建设成为一个符合现代化生产和管理要求的新型电厂。
1 电厂信息化的特点电厂的主要产品是电能（少数企业还有热能及建材等副产品）。
从电力供应来看，电能已经成为人们日常生产和生活中消耗的主要能源，不论城市或农村，不论生产或生活都离不开电，一个国家电气化水平越高，电能对社会的影响就越大。
此外，电能还具有均质性和不可存储等特点，电厂的发电量不能由企业自己确定，而是电力负荷需求和电网调度的结果。
从电力需求来看，社会对电量的需要是不确定的，它会随着地区、时间、季节、气候等方面的变化而变化。
对这种不能储备，需要量又是瞬息万变的电能，就需要实时精确地掌握供给和需求，以便及时地对系统进行调整和控制，才能够保证整个供电系统的稳定运行。
因此，电能是一个按需生产的系统，就其能量产品而言，早已实现了零库存，当然实现零库存的出发点和动机并不完全是经济性和企业生产效率的原因，更多是由于各级调度控制的结果，主要基于电力系统的可靠性和稳定性为前提。
可见，电力的供应链是电力负荷需求拉动的，供应链上各个环节控制的自动化程度及信息管理的水平都直接影响着整个系统运行的安全和稳定。
从电厂生产和管理的要求来说，对信息的安全、快速、完整和准确性都提出了较高的要求。
因此，电厂的信息化具有如下特点：（1）安全性和可靠性；（2）信息应具有实时性；（3）信息应具有准确性；（4）信息应具有完整性；（5）全厂信息应共享、集中管理。
2 电厂信息化的发展方向随着电厂信息技术应用的深入，以图形为用户界面、网络和数据库为支撑针对各种不同应用的信息系统不断出现，并逐步在电厂的企业管理（包括计划、经营、采购、人力资源、财务等）、生产管理（包括运行、维护、物资等）和过程管理（过程监视、故障诊断、性能计算分析、操作指导等）中推广应用，提高了电厂的生产运行和经营管理水平。
另一方面，随着计算机技术在电厂控制系统中的广泛应用，特别是近年来生产的DCS和PLC大多采用了通用的操作系统和网络协议，从而与其他信息系统在计算机平台上实现了对接，形成了过程自动控制、过程管理、生产管理到企业管理等系统的集成［1］，并实现了过程自动控制网络与全厂信息管理网络在安全隔离情况下的数据连接，如下图所示。
因此，从电厂的实际需要来看，只有两个计算机网络，即：一个是用于过程自动控制的网络；另一个是用于各种信息管理的网络。
在国内，由于种种原因把信息管理的网络划分为SIS和MIS，并将过程自动控制网络部分功能（如：运行调度和机组负荷分配）和信息管理网络中的部分功能（如：生产过程信息监视、统计和分析，机组和设备寿命管理）放入SIS 网络中，将生产信息与过程信息分开，厂级控制与过程自动控制系统分开，形成了三个网络。
从上图可以看出国内称之为SIS定义的内容主要涉及到过程信息，它与生产信息有很多联系，特别是有关设备的相关信息。
二者所不同的在于一个是实时信息（如：设备的状态和运行参数等），而另一个是非实时信息（如：设备的台帐、缺陷、检修记录、备品备件等）。
从设备信息的整体性来看，实时信息和非实时信息反映了设备的不同方面，具有很强的关联关系，人为地将实时信息和非实时信息分开，就不能够把这些关系反映出来，设备的相关信息如下图所示：国外发达国家，虽然没有SIS的概念，也没有把电厂的信息系统划分为SIS和MIS，但在信息系统的建设和应用水平等方面要比我们先进［2］。
究其原因，有如下几个方面需要我们认真思考：（1）信息系统的规划设计不是仅从某个专业的需求出发考虑问题，而是从企业生产和管理的整体要求出发搭建信息系统的框架；（2）信息系统的内容不追求概念和形式，更注重实际的功能和应用效果。
硬件配置和软件采购都是按照企业的实际需要选定，没有笼统地采购SIS或MIS；（3）信息系统的建设是一项系统工程，除了硬件、软件的建设外，更注重编码的统一、数据的积累和流程的优化；（4）不照搬控制系统的建设方式，注重整体规划、分步实施、重在应用的系统建设方法，使信息系统在工程建设的初期就能够发挥作用。
（5）网络划分为过程自动控制网和信息管理网，信息管理网络中既有非实时信息，也有实时信息，企业的全部信息在此集中共享，并遵循“控制网络的规模以满足控制需要为限”，不做扩充。
（6）机组负荷分配等具有厂级控制要求的功能放在厂级DCS系统中完成。
而国内对以上几个方面的认识有着一定的差距，特别是由于专业划分导致信息网络和数据库的不合理配置，影响了企业信息资源的集中管理和共享。
按照目前国内已经建成的SIS系统网络来看，实际上就是一个不参加控制的普通以太网络。
既然不参加控制，DCS与其完全隔离且单向通信，SIS和MIS是否还有必要再划分成两个网络，值得商榷［3］。
3 电厂信息系统的规划与设计在发电工程设计中，信息系统的规划设计与控制系统的设计有很大差别。
控制系统的设计主要满足工艺流程的需要，对象是设备，其功能是根据系统和设备性能的要求协调设备之间的关系，为电厂运行服务。
信息系统的规划设计则不光是着眼于电厂的运行，还要考虑电厂建设期的信息管理和积累；对象不仅是设备，还有其他事物的数据和信息；其功能既服务于系统运行和生产，还要考虑设备的维护、检修和管理，为整个电厂的生命周期服务［4］。
同时，信息系统的规划设计与企业的信息规划也有所不同。
前者的工作内容和重点主要集中在工程各阶段的信息管理、信息的积累、各个信息系统之间的接口，以及和其他专业的配合工作；而后者主要集中在业务调研、企业策划、信息需求分析、业务流程优化等大量与企业管理咨询相关的内容。
可见，电厂信息系统的规划设计应该紧紧围绕着工程的要求开展工作，而涉及到管理模式和业务流程的那部分内容应该满足项目所属集团公司或项目法人提出的要求。
电厂信息系统模型如下图所示：电厂信息系统的主要结构：数据库—包括4类数据：实时数据库（RTDB）、关系数据库（RDB）、图档数据库（DOC）、文件库（FILE）。
这4类数据库如何配置要根据电厂实际应用情况确定，例如：关系数据库如果配置在微机服务器上，数据库的数量就比较多，而配置在小型机上，数据库的数量就可以减少。
但无论数据库服务器的数量有多少，都应该集中放置，这样做不但节省投资，更重要的是便于备份、灾难恢复、维护和管理。
服务器—包括8类的服务器：数据库服务器、应用服务器、文件服务器、邮件服务器、Web服务器、视频服务器、安全认证服务器、防病毒及过滤服务器。
这8类服务器是从应用角度所作的逻辑划分，物理设备应根据实际情况配置。
例如：Web服务器和安全认证服务器在外部访问数量不大的情况下，可以放在一台设备上完成；而应用服务器也可以把不同的应用放在多台服务器上。
计算机网络—包括2个计算机网络：一个是过程自动控制的网络，另一个是用于各种信息管理的网络。
从技术原理和技术实现上来说，这两个网络是一样的，但从应用的特点和要求来看，两者有一定差异，主要体现在下面几个方面：从应用的对象来看，使用控制网的人员主要是调度、运行和操作人员，接受信息对象主要是设备和系统；使用管理网的人员比较广泛，在信息化较好的企业中多数员工都可以使用管理网来完成相应的工作内容。
从应用的要求来看，控制网的对象主要是设备和系统，内容主要是控制信号，包括开关控量、模拟量和数字量；管理网的对象要广泛的多，除了设备的信息要用以外，更多的是生产、经营和管理的信息，这些信息的内容往往随着应用的不断变化，越来越复杂。
从传输信息量来看，由于控制网传输的内容多为控制和设备状态信息号不存在多媒体的内容，网上的信息传输量较小，一般百兆网络即可满足应用的要求；而管理网传输的内容要复杂得多，特别是多媒体的大量应用，数据量也大得多，网络骨干为千兆交换比较适宜。
从安全和可靠性来看，控制网的安全性和可靠性要求比较高，因此，大多数控制网络采用全冗余配置，以确保网络通信万无一失；而管理网的要求则相对较低，暂时的网络故障对应用的影响不大，可以采用部分冗余配置即可满足要求。
机组负荷分配等具有厂级控制要求的功能放在厂级DCS系统中完成，信息管理的网络包括过程管理信息、生产管理信息、企业管理信息，为企业实现全息数据的集中管理奠定基础。
因此，过程自动控制计算机网络和信息管理计算机网络在网络设计和配置等方面的侧重是不一样的，需要分别对待。
两个网络之间的通信应按照国家经贸委[2002]第30号令《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护的规定》的要求，做好有效隔离和安全措施。
应用系统—本着不重复、不漏项、经济实用的原则，对全厂应用系统做出统一规划，包括电厂采用的标识系统。
规划应具有一定的先进性，考虑企业在整个生命周期中信息管理的要求，并规划好基建与生产之间的过渡内容。
设计时要瞻前顾后，对于扩建电厂，需要与现有机组进行统一规划。
在数据处理和信息采集等方面，还需考虑电厂今后续建机组时的需要。
鉴于电厂建立系统时更倾向于采购成熟的商品化软件，因此，应用系统的规划设计应侧重在全厂信息系统的结构、商品化软件的集成以及在电厂建设过程中的数据积累等方面。
应用系统的规划设计是一项系统工程，应该从系统的整体性出发考虑各应用软件之间的协调关系，不应片面地追求某个软件的先进性。
此外还要根据电厂的情况和具体应用需求，设计相应的系统，切不可千篇一律地套用某些概念，形成某些系统的固化配置（例如：某些燃机电厂的控制系统网络已经连在一起的情况下，又配置SIS系统），使设计工作流于形式。
4 规划与设计中应注意的问题电力体制改革后，各发电集团十分重视信息化工作，将其作为企业核心竞争力的主要内容，投入大量资金建设信息系统，仅这几年新建电厂SIS系统每年的投资就高达3~5亿元［5］。
如此大的投入是否真正发挥了作用？怎样才能够更为合理、更加实用地建设电厂信息系统是摆在电力信息化工作者面前的重要课题。
