(57)【要約】【課題】発電所建設における一連の配管設計業務の効率を向上する。【解決手段】本システムは設計部署１、ベンダー２、現地４間を通信ネットワークで常時接続する。接続先は各部署間共通の３Ｄデータベース１００とし、各部署は３Ｄデータベース１００の設計情報、管理情報等の閲覧や取り込みができる。設計部署では初期の基本計画、基本配置計画を基に３Ｄ−ＣＡＤにて配管計画、熱応力解析を行う。熱応力解析条件は、３Ｄデータベース、基本配管計画より自動移植されるため解析結果の判定は３Ｄ−ＣＡＤが自動的に行うことが可能である。この解析結果は自動的に配管計画図に反映され、配管に熱伸びが生じる運転時の干渉チェックを行うことができる。これら一連のシステム構築により、プラントの配管業務効率を統合的に向上できる。【選択図】        図１
2004240684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントに設置する配管の設計、製作、現地据付のそれぞれの業務を行う各部署が通信ネットワークを介して接続され、かつ、各業務における情報が共通のデータベースに格納され、各部署は他の部署が入力した設計情報や管理情報を常時、閲覧または取り込むことができるとともに、前記データベースに格納されている前記設計部署で定めた配管のルーティングや、配管仕様および配管内の圧力温度に基づいて配管を支持するサポートの形状や拘束方向および配管支持方法を、ＣＡＤによって自動的に選択する自動サポート選択手段を備えていることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項２】
請求項１に記載のプラントの配管設計システムにおいて、設計部署で定めた配管のルーティングと、配管周辺の構造体や機器類の配置状況から、該配管と該構造体および機器類との干渉をＣＡＤにより自動的にチェックする自動配管干渉チェック手段を備えていることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項３】
請求項１に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記自動サポート選択手段によって選択されたサポートにより支持される配管の熱応力と、前記データベースに予め格納されている配管許容応力とを比較し、該配管と該サポートの妥当性をＣＡＤによって判定する熱応力解析手段を備えていることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項４】
請求項３に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記熱応力解析手段で配管およびサポートが妥当と判定された場合、該配管の製作図にサポート位置、拘束条件、発生荷重、および変位を表したサポート計画図およびサポート荷重リストをＣＡＤにより自動作成し、通信ネットワークを介して３Ｄデータベースへ格納されることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項５】
請求項３に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記熱応力解析手段で妥当と判定された配管およびサポートをプラントに設置し、プラント運転時、起動時、または停止時の配管が熱移動量を有する状態で、該配管周辺の構造体や機器類との間に干渉がある場合は、改めて設計部署で配管のルーティングを定め、配管周辺の構造体や機器類の配置状況から、該配管と該構造体および機器類との干渉をＣＡＤにより自動的にチェックすることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項６】
請求項１に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記プラントの運転時に、熱荷重により配管サポートに破損もしくは不具合を生じた場合、該破損または不具合の状況が前記データベースに入力され、アラームとして表示されることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項７】
請求項１に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記データベースには、通信ネットワークを介して資材部署から配管の材料費が常時格納され、前記設計部署で定めた配管のルーティングや、前記自動サポート選択手段により選択されたサポートに基づいて、配管の材料コストや溶接点および曲がり部を含む配管施行にかかる費用を、ＣＡＤを用いて算出することを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項８】
請求項１に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記製作部署または設計部署は、配管およびサポートの手配および発注を、前記データベースに格納されているフォーマットを使用して行うことを特徴とするプラントの配管設計システム。
【請求項９】
請求項１に記載のプラントの配管設計システムにおいて、前記データベースには、計画または解析を実施した配管およびサポートの製作図、管理表、設計コスト、購入仕様書、手配および発注書の内容が格納され、該内容を参照して、前記設計部署は、設計変更に対して、前記通信ネットワークを介して製作図面の修正依頼が可能であることを特徴とするプラントの配管設計システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラントの配管設計システムに係り、特に、発電所等の建設において、設計・ベンダー・現地間を３Ｄ−ＣＡＤデータベースを介してリンクさせ、配管業務の効率向上を可能としたプラントの配管設計システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラント受注後の一般的な配管業務としては、  ▲１▼  配管の仕様の決定や、ルーティングなどを行う基本計画・設計・熱応力解析等。  ▲２▼  配管、配管部品を調達して現地に搬入する資材管理。  ▲３▼  建設現場において配管の施行、またはそれを管理する工事管理などがある。
【０００３】
従来はこれらの一連の業務は、相互で異なるソフトやデータベースを用い、情報の授受が不明瞭なため、各部署間で誤情報のチェック、情報の再入力など時間と費用の無駄が生じている。
【０００４】
これらの業務の流れを、データベースを介してネットワーク化し、設計業務等の業務効率を向上させようとするプラント統合設計システムの例が、特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２９７１１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、発電プラント建設などの配管業務に携わる各部署においては、複数の独立した設計部署、またはベンダー独自の設計システム、管理システムが構築されている。そのため、設計情報や管理情報に互換性がなく、電子化した状態での各部署間での情報の授受は困難で、書類という媒体を介して行わなければならなかった。
【０００７】
その結果、書類内容のチェックや、各部署間でのデータの再入力などが必要であった。これらは時間と経費の浪費であり、誤入力、各部署間での業務過程の認識の相違が生じるなどの問題を含んでいる。
【０００８】
特に熱応力解析業務では、基本計画、製作図の作成、軸組図、梁伏せ図の入手、解析条件の入力、入力データのチェック、解析結果の検討、配管を支持するサポート計画図の作成など、かなりの手間と時間をかけているのが実情である。
【０００９】
また、各部署間で同一のデータベースを用いるといっても、全く同一構造を有するプラントを建設することは殆どない。したがって、過去のプラントのデータを基に初期の基本計画を行う現状では、設計過程においてある程度の設計変更はやむを得ない。
【００１０】
設計変更が生じると、各部署間において上述したような書類の行き来が発生し、書類により授受される図面、図書の再入力・チェックなどの業務が付加されてしまう。この設計変更に対しては、設計部署・管理部署において速やかに対応する必要がある。
【００１１】
なお、上記特許文献１に記載された例では、プラント配管の熱応力解析やサポート設計にまで踏み込んで、配管設計の業務効率を向上させる記載や示唆は全くない。
【００１２】
本発明の課題は、プラント配管の熱応力解析や配管のサポート設計の業務効率を向上させるとともに、設計部署だけでなく製作部署や現地を、例えば３Ｄデータベースを通じてリンクさせ、データの流れを一元化して業務効率を向上させることである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のプラントの配管設計システムは、プラントに設置する配管の設計、製作、現地据付のそれぞれの業務を行う各部署が通信ネットワークを介して接続され、かつ、各業務における情報が共通のデータベースに格納され、各部署は他の部署が入力した設計情報や管理情報を常時、閲覧または取り込むことができるとともに、前記データベースに格納されている前記設計部署で定めた配管のルーティングや、配管仕様および配管内の圧力温度に基づいて、配管を支持するサポートの形状や設置方向および配管支持方法を、ＣＡＤによって自動的に選択する自動サポート選択手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明によれば、各部署は常時最新の設計・管理情報を迅速にまた正確に把握することができるとともに、設計図書または図面など全て同じフォームでの作成が可能となり、再入力またはその誤入力が防止される。特に、配管の設置には必ず使用されるサポートを自動的に選択できるので、設計業務の効率が向上する。
【００１５】
また、配管と該配管周辺の構造体および機器類との干渉をＣＡＤにより自動的にチェックしたり、サポートにより支持された配管の熱応力と配管許容応力とを比較し、該配管の妥当性をＣＡＤによって判定する熱応力解析手段などを備えたことにより、プラント運転後の配管の熱伸縮による干渉や損傷を未然に防止できる。
【００１６】
また、プラント運転時、起動時、または停止時の配管が熱移動量を有する状態で、該配管周辺の構造体や機器類との間に干渉がある場合は、改めて設計部署で配管のルーティングを定め、配管周辺の構造体や機器類の配置状況から、該配管と該構造体および機器類との干渉をＣＡＤにより自動的にチェックすることにより、安全で確実な配管設計を当初から実施できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態の概要は、例えば発電所建設などにおける配管設計において、設計だけでなく製作部門や現地などの関連各作業を、ＣＡＤを用いて一つのデータベースを介してリンクさせ、特に、配管の熱応力解析を行って適切な配管サポートを計画し実施することである。
【００１８】
そのため、配管を支持するサポートの種類やサポートの拘束方向および支持方法を、基本計画に基づいてＣＡＤにより自動的に選択し、配管の熱応力の解析を行い、さらに、発電などの試運転を行って配管が熱移動量を持った時点での干渉チェックを行うようにしたものである。以下では３Ｄ−ＣＡＤを用いた説明をするが２Ｄ−ＣＡＤでも同様に行うことができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。図１は、本発明になるプラント配管設計システムの一実施形態の概念図であり、図２〜図４は、本実施形態におけるサポート計画や配管の熱応力解析に関する概念図である。
【００２０】
図１に示すように、発電所の配管業務は、見積り４０に基づいて基本計画１１と熱応力解析１２を行う設計部署１、詳細設計１３および手配・発注を行う製作部署２（ベンダーともいう）、発注に基づいて配管および配管サポートを製作する工場３、配管および配管サポートの据付１６を行った後、試運転１７を実施する現地４とに区分される。
【００２１】
これら全ての部署や業務体系は、共通の３Ｄデータベース１００に接続されており、各業務より常時３Ｄデータベースにアクセスでき、他業務が格納したデータを常時閲覧、取り込み可能としている。
【００２２】
業務フローとしては、設計部署１より基本計画１１のＯＵＴＰＵＴとして配管計画図２１が干渉チェックをクリアした状態で３Ｄデータベース１００に格納される。同時に配管計画図２１は熱応力解析１２の必要情報として自動的に３Ｄデータベース１００に流れる。
【００２３】
次に、熱応力解析１２では、熱応力解析を行った結果採用した配管サポートのサポート計画図・解析結果２２などの情報が、３Ｄデータベース１００に格納されると同時に、その業務下流の詳細設計１３に流れる。
【００２４】
以下同様に、詳細設計１３で作られた製作図、配管図２３が３Ｄデータベース１００に格納されると同時に下流の手配・発注１４に流れ、手配・発注１４で作られた見積り依頼書、購入仕様書、注文書２４が３Ｄデータベース１００に格納されると同時に下流の製作１５に流れる。
【００２５】
さらに、製作１５における進捗状況、製作時間、製作コストなどの情報が、３Ｄデータベース１００に格納されると同時に下流の据付１６に流れ、試運転１７における進捗状況、問題箇所、工程管理２７などの情報が３Ｄデータベース１００に格納される。
【００２６】
このように各業務でのＯＵＴＰＵＴは常に３Ｄデータベース１００に格納して一括管理され、下流へとデータが流れていく。そのため、プラント配管の熱応力解析や配管のサポート設計の業務効率を向上させるとともに、関連各部間のデータの流れを一元化して業務効率を向上させることができる。また、こうして蓄積されていった３Ｄデータベース１００から、材料集計、設計・製作・据付実績３０等のデータを得て、精度のよい見積り４０を次期プラントに対して行うことができる。
【００２７】
次に、図２を参照して配管のサポート計画と熱応力解析を採り入れた配管計画およびそれに続く各業務の流れの一実施形態を説明する。また、図２中のサポート計画の具体的内容を図３に、３Ｄデータベースの内容の一例を図４に示す。熱応力解析は、図１に示した設計部署１の配管の基本計画１１で計画した配管のルーティングに基づいてサポート計画１８を行った時点で行う。サポート計画の具体的内容については図３により後述する。
【００２８】
図２に示すように、サポート計画１８で選定した配管サポートを用いた設定で、次の熱応力解析１２において、３Ｄデータベース１００から自動的に読み込んだ配管許容応力と解析した配管応力とを比較して、ルーティングおよびサポートの良・不良を確認する。
【００２９】
不良であれば基本計画からやり直し、良好であれば、解析によって得られた熱移動量を配管計画に自動反映１９して、熱移動量を持った状態で配管周辺の構造物や機器類との干渉チェック２０を行う。干渉があれば基本計画からやり直し、干渉がなければ、配管計画ＯＫとして３Ｄデータベース１００に格納される。３Ｄデータベース１００の内容は図４により後述する。
【００３０】
次いで、３Ｄデータベース１００から、必要に応じてベンダー２を経由して、製作１５および据付１６が実施され、試運転１７が行われる。実機の試運転、本例では発電機の運転時、起動時、停止時など、配管が熱による移動量を持った時点での干渉チェックを行って一連の作業が終了する。試運転時に不具合が発見されれば、３Ｄデータベース１００に送信され、必要に応じて基本計画から再度計画のやり直しとなる。
【００３１】
また、熱応力解析機能は、配管基本計画を行う３Ｄソフトと同一もしくはデータ互換性のあるソフトを用いる。その際には解析必要条件は全て自動移植され、解析ソフトへの手入力や誤入力を排除する。解析に必要な諸条件については図３および図４により説明する。
【００３２】
熱応力解析は、基本的に、配管ルーティングの妥当性の確認と、どのような位置にどのようなサポートを選択するかというサポート計画との二つの事項を主な目的とする。本例では、サポート計画で選定したサポートを使用して熱応力解析を行い、配管のルーティングとサポート計画の妥当性を確認している。
【００３３】
図３に示すように、基本計画で定めたルーティング、肉厚や材質等の配管仕様、配管内の圧力温度などの熱応力解析に必要な情報、あるいは障害物との相対距離、床、梁等との位置関係等の解析必要条件５１が３Ｄデータベース１００に入力されており、これらの解析必要条件５１から自動的にサポートの種類および拘束条件５２が自動選択される。
【００３４】
サポートの種類および拘束条件５２とは、サポートの形状、拘束方向、支持方法などのことで、サポート形状とは、例えば門型、ロッド型、置き型等であり、サポート拘束方向とは、例えば鉛直方向や水平方向等であり、サポート支持方法とは、バネ支持とか剛支持などのことである。これらは、３Ｄデータベース１００に予め記憶させておく。
【００３５】
一般に、ルーティングの妥当性を含むサポート計画の良否は、サポートが配管を拘束する拘束点荷重が例えば梁の許容値内かとか、配管の起点および終点となる機器ノズルの反力・モーメントなどが、機器ノズル許容値内に収まっているかどうかなどで良否が決められる。これらの許容値は、配管が接続される機器類や建屋のデータが格納されている３Ｄデータベース１００より自動的に読み込まれることにより設計者の手入力が排除されている。
【００３６】
次に、サポート計画１８で選定したサポートを採用した場合の配管の熱応力解析を３Ｄ−ＣＡＤにより行う。この熱応力解析結果が、図４に示すように、３Ｄデータベース１００に格納されている解析必要条件５３に示した拘束点荷重、機器ノズル許容反力・モーメント、配管許容応力などが許容値以内に収まっていれば良好と判断される。不良と判断されれば、基本計画１１、あるいはサポート計画１８の段階に戻して再度設計する。
【００３７】
このサポート計画の良否の判断は３Ｄ−ＣＡＤが自動的に行う。例えば、ルーティングの妥当性は、３Ｄデータベース１００に記憶されている解析必要条件５３のうちの配管許容応力と解析結果とを比較して、配管許容応力＞解析した配管応力、の条件が満たされていれば良好の判断基準となる。
【００３８】
良好であれば、図２に示すように、次の熱移動量反映１９へと移行し、不良と判断された場合には、基本計画１１に戻り、再度ルーティングについて検討し、サポート計画へと移行する。
【００３９】
熱応力解析１２の最後として、解析より得られた配管の熱移動量を基本計画１１にて配管計画に自動反映１９する。ここで熱移動量を持った状態での干渉チェック２０を行い、障害物との干渉が確認されると再度、基本計画１１、サポート計画１８へと段階を戻して再度設計となる。
【００４０】
これらの段階を経て、配管熱応力解析１２は終了となり、図４に示すように、解析結果、３Ｄ−ＣＡＤにより自動作成されるサポート計画図、荷重リスト等ＯＵＴＰＵＴ５４が３Ｄデータベース１００へ格納される。
【００４１】
この後、図４に示したＯＵＴＰＵＴ５４を基に、必要に応じてベンダー２を経て、製作１５、据付１６、試運転１７と業務を遂行するが、据付や試運転状況は、基本計画１１や３Ｄデータベース１００にフィードバックされる。
【００４２】
その際に不具合・コメント５５等あった場合には、通信ネットワークを介して、設計部署、３Ｄデータベースにアラームとして送信される。送信された不具合箇所については、３Ｄ−ＣＡＤ上で色分けされることで識別され、不具合箇所が一目瞭然となるように工夫される。
【００４３】
これにより設計部署は現地の状況をいち早く認知し、対応することが可能となり、不具合事例は３Ｄデータベースに格納されることで、次期プラント受注時の要注意項目として記録され保存される。
【００４４】
上述したように、本発明の実施形態によれば、プラント建設配管業務の業務効率が向上し、設計部署・製作部署・現地を３Ｄデータベースを通じてリンクさせ、データの流れを一元化し、常時各部署間同士の業務状況を把握することができる。
【００４５】
また、各部署間で同じまたは互換性のある３Ｄソフトを用いることで現在のデータチェック、手入力による誤入力、また各部署間での業務進捗状況の認識の相違などを克服し、設計変更などによる対応を迅速に、かつ正確に行うことができる。
【００４６】
特に、熱応力解析業務では従来の業務の重複や時間の浪費を改善する効果が大きく、配管設計・サポート設計の業務効率を向上させることができる。また、３Ｄ配管データを可能な限り展開し、資材部署と常時リンクさせることで、３Ｄ配管データから精度の高い配管経費を算出することが可能となる。
【００４７】
【発明の効果】
上述のとおり本発明によれば、プラント配管の熱応力解析や配管のサポート設計の業務効率を向上させるとともに、設計部署だけでなく製作部署や現地を３Ｄデータベースを通じてリンクさせ、データの流れを一元化して業務効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す概念図。
【図２】本発明における熱応力解析の一例を含む概念図。
【図３】図２のサポート計画の内容を示す説明図。
【図４】図２の３Ｄデータベースの内容を示す説明図。
【符号の説明】
１  設計部署
２  ベンダー（製作部署）
３  工場
４  現地
１１  基本計画工程
１２  熱応力解析工程
１３  詳細設計工程
１４  手配・発注工程
１５  製作工程
１６  据付工程
１７  試運転工程
１８  サポート計画工程
１９  熱移動量反映
２０  干渉チェック
２１  配管計画図
２２  サポート計画図、解析結果
２３  製作図、配管図
２４  見積り依頼書、購入仕様書、注文書
２５  進捗状況、製作時間、製作コスト
２６  進捗状況、据付時間、据付コスト、工程管理
２７  進捗状況、不具合箇所、工程管理
３０  材料集計、設計・製作・据付実績
４０  見積り
５１  解析必要条件（基本計画より）
５２  サポート種類自動選択
５３  解析必要条件（３Ｄデータベースより）
５４  ＯＵＴＰＵＴ
５５  不具合・コメント
１００  ３Ｄデータベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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