автореферат диссертации по энергетике, 05.14.10, диссертация на тему:Методика автоматизированного создания проектной документации здания ГЭС приплотинного типа

-ч/ V'' / ' ^

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Морозов Олег Сергеевич

МЕТОДИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СОЗДАНИЯ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ЗДАНИЯ ГЭС ПРИПЛОТИННОГО ТИПА

Специальность 05.14.10 - "Гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, доцент Л.И. Кубышкин

Санкт-Петербург - 1999

-2-

Оглавление

Условные обозначения.......................................................................................4

Ведение....................................................................................................................5

Глава 1. Современные методы проектирования гидроэнергетических объектов.

1.1. Традиционные технологии проектирования ГЭО.............................12

1.2. Нормативные требования проектирования ГЭО...............................18

1.3. Этапы автоматизации проектирования и современное

состояние САПР ГЭО............................................................................21

1.4. САПР в области промышленного и гражданского строительства..........................................................................................32

1.5. Существующие комплексы технических и программных средств для САПР........................................................>,.............................34

1.6. Актуальные направления совершенствования САПР ГЭО...............48

Глава 2. Методика автоматизированного создания проектной документации.

2.1. Общая схема...........................................................................................53

2.2. Классификация моделей гидроагрегатных блоков зданий ГЭС приплотинного типа..............................................................................59

2.3. Исходные данные..................................................................................65

2.4. Определение параметров зданий ГЭС................................................68

2.5. Принцип создания геометрических моделей.....................................81

2.6. Создание проектной документации....................................................87

Глава 3. Трехмерное геометрическое моделирование природно-технической среды здания ГЭС. 3.1. Геометрическое моделирование здания ГЭС и геосистемы............94

-33.2. Взаимодействие геометрических моделей сооружений и

оборудования........................................................................................102

3.3. Взаимодействие геометрических моделей геосистемы и сооружений............................................................................................104

3.4. Редактирование геометрической модели природно-технической среды......................................................................................................110

3.5. Визуализация геометрических моделей сооружений и оборудования........................................................................................114

Глава 4. Подсистема САПР ГЭО для автоматизированного выпуска проектной документации по зданию ГЭС.

4.1. Структура подсистемы........................................................................121

4.2. Требования к техническому обеспечению........................................127

4.3. Выбор базовой графической и географической информационной систем...................................................................................................130

4.4. Банк данных подсистемы "Здание ГЭС"..........................................132

4.5. Организация диалога проектирования..............................................134

4.6. Программное обеспечение подсистемы............................................138

Заключение.........................................................................................................141

Литература..........................................................................................................143

-4-

Условные обозначения.

ГЭО - гидроэнергетический объект.

ГЭС - гидроэлектрическая станция.

ЭВМ - электронно-вычислительная машина.

ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина.

САПР - система автоматизированного проектирования.

САПР ГЭО - система автоматизированного проектирования

гидроэнергетических объектов.

ГАБ - гидроагрегатный блок здания ГЭС.

ЗГ- здание ГЭС.

МЗ - машинный зал

МП - монтажная площадка здания ГЭС.

РК - рабочее колесо.

РО - радиально-осевое.

ГИС - геоинформационная система.

ГМ - геометрическая модель.

БД - банк данных.

Бд - база данных.

-5-

Ведение.

Основной тенденцией в мировой энергетике, на сегодняшний день, является дальнейшее интенсивное использование гидроэнергетических связи со сложившейся тяжелой экономической ситуациеи в стране, предложение услуг по строительству гидроэнергетических объектов значительно превышает спрос потенциальных заказчиков. На Всероссийском совещании гидроэнергетиков 1997 года был принят ряд положений по выводу из кризисной ситуации отечественной гидроэнергетической отрасли [65], в соответствии с которыми необходимо завершить строительство ускоренными темпами, в течении 8-10 лет, начатых ранее гидроэнергетических объектов, обеспечить техническое перевооружение и реконструкцию действующих гидроэлектростанций, создать проектный задел, обеспечивающий строительство новых гидроэлектростанций, пересмотреть ранее выполненные проекты ГЭС и ГАЭС с уточнением проектных параметров в соответствии с современными требованиями, обеспечить сохранность кадрового потенциала.

В такой ситуации, решение части этих проблем возможно за счет создания и внедрения в проектную практику системы автоматизированного проектирования гидроэнергетических объектов. САПР ГЭО обеспечит высокоэффективное создание проектной документации вновь проектируемых и реконструируемых гидроэнергетических объектов. Внедрение и совершенствование САПР ГЭО в проектной практике обеспечит сохранность накопленного и привлечение нового интеллектуального потенциала в научно-исследовательских и проектно-изыскательских институтах.

Гидроэнергетическая отрасль является одной из первых, где при проектировании стали применять электронные вычислительные средства. Интерес проектных организаций гидротехнического профиля объясняется возможностью быстрой переработки больших объемов информации.

г

-6В 1960 году, с появлением ЭВМ в отечественных организациях гидротехнического профиля была начата интенсивная реализация накопленного опыта проектирования гидроэнергетических объектов в виде программного обеспечения.

Большой вклад в отечественную науку при решении задач внедрения математических методов и использования ЭВМ в проектировании был внесен такими учеными, как Б.А. Соколов, Г.И. Кривченко, а также работающих в настоящее время Ю.С. Васильевым, Л.И. Кубышкиным, Н.В. Арефьевым, JI.A. Розиным, И.М. Васильевым, Л.П. Михайловым, Л.Б. Сапожниковым, С.Н. Добрыниным, В.В. Берлиным и многими другими.

Разнообразие используемых ЭВМ и отсутствие единого подхода к разработке программ в различных организациях, не позволяло построить строгую систему автоматизированного проектирования.

Общение инженера-проектировщика с ЭВМ осуществлялось, как правило через посредников - программистов и операторов. Это объясняется с одной стороны неподготовленностью гидроэнергетиков к работе с такой техникой, с другой стороны - отсутствием простого и дружественного интерфейса "человек-ЭВМ". Для устранения этой проблемы с начала 60-х годов в учебные планы подготовки специалистов гидроэнергетиков включены соответствующие лекционные курсы и практические работы на ЭВМ, что позволило ликвидировать психологический барьер и повысить эффективность использования вычислительной техники в проектировании гидроэнергетических объектов.

Период с 1970 по 1980 годы, характеризуется формированием общей концепции САПР ГЭО. В этот период создаются математические модели объектов и процессов для проведения исследований и поиска оптимальных проектных решений на ЭВМ. В ряде проектных задач поиск оптимальных параметров удается формализовать и выполнять в автоматическом режиме.

Накопленный опыт использования ЭВМ в проектной практике, создание библиотек алгоритмов и программ, появление ЭВМ третьего поколения и сними новых режимов работы на этой технике, позволили сформулировать требования к САПР ГЭО, как к единому программно-техническому комплексу, функционирующего совместно со специалистами разных подразделений проектного института и подрядных организаций. Но принятие окончательного решения и вся ответственность остается за инженером-проектировщиком.

В период с 1980 по 1990 годы была научно обоснована концепция САПР ГЭО.

В настоящее время, начиная с 1990 года, проблемы автоматизации многих вычислительных проектных процедур решены, но способ применения ЭВМ сохраняется и на сегодняшний день. На ЭВМ реализовано около 80% вычислительных процедур выполняемых при проектировании ГЭО.

Созданное ранее программное обеспечение для решения отдельных гидроэнергетических задач явным образом использоваться для создания САПР ГЭО не может. Это объясняется разновидностью технического и программного обеспечения на которых они создавались, отсутствием единого подхода при их создании. Но этапы создания отдельных не связанных продуктов программного и технического обеспечения для САПР ГЭО неизбежен при создании систем такого уровня сложности.

Подавляющее большинство созданных библиотек программного обеспечения в связи с отсутствием необходимого сопровождения, морально устарели. Все это программное обеспечение, в основном, было ориентировано на ЭВМ третьего поколения. Отсутствие требуемого их сопровождения (уточнение, перевод на более новые версии технического и программного обеспечения) привело к невозможности их последующего интегрирования в САПР ГЭО.

Существенный спад интенсивности разработки нового проблемного программного обеспечения для сильно отдаляет момент создания и ввода в эксплуатацию САПР ГЭО.

Значительное отставание гидроэнергетики в области САПР от отраслей промышленного, гражданского и машиностроительной отраслей, а также условия сокращения, а следовательно нехватки трудовых ресурсов делает вопросы, связанные с созданием подсистем САПР ГЭО, особенно актуальными.

Данная работа посвящена совершенствованию современной методики проектирования гидроэнергетических объектов. Целью работы является создание технологии проектирования ГЭО на основе компьютерного трехмерного геометрического моделирования. Создание такой технологии осуществляется на примере здания гидроэлектрической станции приплотинного типа, в виде подсистемы проектирования здания ГЭС.

Диссертационная работа состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и списка литературы (118 наименований), содержит 119 страниц машинописного текста, 35 рисунков, 1 таблицу.

Первая глава посвящена изучению традиционной технологии проектирования гидроэнергетических объектов и обзору литературных источников по вопросам автоматизированного проектирования ГЭО и состоянию этого направления в смежных областях гидроэнергетики. Во второй главе приводится описание новой методики создания проектной документации проектируемых гидроэнергетических объектов на примере здания ГЭС приплотинного типа. Третья глава посвящена вопросам создания трехмерных твердотельных геометрических моделей здания ГЭС и природно-технического комплекса. В четвертой главе рассматриваются вопросы связанные с созданием подсистемы САПР ГЭО "Здание ГЭС" на базе универсальной графической системы. В заключении излагаются выводы по полученным результатам проделанной работы.

Актуальность работы определяется необходимостью создания проектной документации на базе ЭВМ, в проектных организациях использующих компьютерные технологии, основанной на трехмерном моделировании объектов.

Цель работы заключается в разработке методики

автоматизированного проектирования приплотинных зданий ГЭС и создании подсистемы "Здание ГЭС" САПР гидроэнергетических объектов.

Научная новизна состоит в том, что предложен метод проектирования, основанный на пространственном моделировании геосистемы и гидроэнергетических объектов, которые позволяют:

- принимать более обоснованные проектные решения,

- сократить сроки и повысить качество выпускаемых проектных документов,

- расширить возможности в принятии решения разработчиками проектной документации.

Практическая значимость работы определяется перспективностью применения разработанной методики автоматизированного проектирования здания ГЭС, в создаваемых САПР ГЭО в проектных организациях гидротехнического профиля.

Личный вклад и участие автора заключается в следующем:

- обоснована целесообразность создания и внедрения в проектную практику предлагаемого метода разработки проектной документации;

разработана методика автоматизированного создания проектной документации здания ГЭС на основе компьютерного моделирования;

- уточнена существующая классификация гидроагрегатных блоков здания ГЭС приплотинного типа применительно к методике автоматизированного проектирования;

- создан пакет прикладных программ демонстрирующий возможности предлагаемой технологии проектирования;

-10- апробирован новый метод получения проектной документации по зданию

ГЭС.

Степень обоснованности полученных результатов. Достоверность научных положений, выводов, рекомендаций и эффективность предлагаемой методики подтверждается сопоставлением результатов создания проектной документации здания ГЭС по предложенной технологии с результатами создания проектной документации традиционным методом.

Внедрение результатов научных исследований было выполнено в следующих организациях:

- созданный программный комплекс на основе предложенной методики внедряется в процесс проектирования АО "Ленгидропроект" в отделы гидромеханического оборудования и технико-экономического обоснования,

- элементы созданного программного комплекса на основе предложенной методики внедрены в учебный процесс студентов специальностей 100300 "Гидроэлектроэнергетика" и 100900 "Нетрадиционные возобновляемые источники энергии и установки на их основе" на Инженерно-строительном факультете СПбГТУ.

Апробация работы выполнена в виде статей и докладов на вузовских, всероссийских и международных научно-технических конференциях, симпозиумах:

- всероссийский открытый конкурс на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам, январь, 1996 г.,

- НТК студентов СПбГТУ (в рамках 24-ой Недели науки СПбГТУ), СПбГТУ, 1995 г.,

- НТК "Фундаментальные исследования в технических университетах", С.Петербург, 16-17 июня 1997г.,

- международная НТК "Современные проблемы гидроэнергетики" Ташкент, 1997 г.,

-11- международная молодежная НТК ассоциации Гидропроект, Ташкент, 1997 г.,

- симпозиум "Молодые ученые - экологи города", С.-Петербург, 1997 г.,

- конкурс грантов 1998 г. для студентов, аспирантов и молодых ученых по исследованиям в области гуманитарных, естественных, технических и медицинских наук, С.-Петербург, СПБТУ, февраль, 1998 г.,

- статья "Разработка чертежей зданий ГЭС методом пространственного компьютерного моделирования", ГТС № 11, 1998 г.,

- НТК "Двадцать седьмая неделя науки СПбГТУ", 7-12 декабря, СПбГТУ, 1998 г.,

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ. Автор выражает свою благодарность за содействие при выполнении данной работы ведущим специалистам СПбГТУ, АО "Ленгидропроект", ВНИИГ: Ю.С. Васильеву, Л.И. Кубышкину, В.В. Елистратову, С.Н Хлебникову, И.С. Саморукову, В.В. Фролову, А.Н. Чусову, Н.В. Арефьеву, Кононовой М.Ю., A.B. Тананаеву, С.А. Кузьмину, Б.Н. Юркевичу, Л.А. Корныльеву, В.А. Львовскому, В.Ф. Ляхову, A.B. Янечеку.

Глава 1. Современные методы проектирования гидроэнергетических объектов.

1.1. Традиционные технологии проектирования ГЭО.

Рассматривая традиционную технологию проектирования гидроэнергетического объекта как иерархическую многоуровневую систему, можно выделить следующие основные виды иерархии системы проектирования [67, 71]: многоуровневое описание проектируемого объекта; многоуровневую иерархию принятия проектных решений; многоуровневую иерархическую структуру управления процессом проектирования. На рисунке 1.1 приведена структура проекта гидроэлектрической станции. Данная структура представляет собой многоуровневое описание проектируемого объекта. Как показывает анализ методов разработки и прохождения проектной документации [15, 24, 25, 27, 28, 44, 87] при проектировании крупных гидроэнергетических объектов решается около тысячи различных задач. Проект таких ГЭС состоят из следующего набора рассматриваемых направлений: общие сведения; природные условия; технико-экономическое обоснование; водохранилище и охрана окружающей среды; основные сооружения; жилищно-гражданское строительство, внеплощадочные сооружения; организация и технология строительства; организация эксплуатации ГЭС. Далее каждое направление рассматриваемых вопросов подразделяется на более узкие задачи. Например, такое направление, как "основные сооружения" подразделяется на выбор створа, компоновка, технологическая часть, архитектура ГЭС, инженерное обеспечение.

Проектирование гидроэнергетических объектов заключается в нахождении оптимальных проектных решений о целесообразности строительства и при возведе�