管道设计在核电项目设计中有着工作量大、设计工序流程繁琐、设计要求高等诸多特点，据核电管道设计人员的粗略统计，核电工艺管线规模可达数万，管道设计工程师在三维建模过程中需要考虑以下多方面的影响因素：
（1）空间物项分布：避开障碍物(机械设备、过道、己敷设的管路及其他专业布置的物项等)；
（2）建设成本及运行成本：管线中最短的路径，最少的弯头，尽可能多的使用弯管等；
（3）安全及规范：管道的空间布置满足核电行业布管规范要求，管道等级选择符合核安全级要求；
（4）生产及安装：要优先布置大管径管道，管线走向应尽量沿墙壁，设备及管路支架正交并成束敷设，以简化支撑、节省空间及美化外观；
（5）操作及维护性：合理设置设备、阀门及仪表、电气等在线设备的安装、操作及检修空间，部分管道还应考虑自动焊空间；
（6）力学性能：管路支架的功能设置应满足管系力学要求，对于核级管道及高温高压管道的要求更加严格，既要满足应力要求，又要满足管道的抗震要求。
鉴于上述管道布置工作的特点，需要管道设计工程师具备较高的专业素养，而一个合格的管道工程师需要较长的成长周期。如果将验证后的管道布置规则及算法按照行业类别进行模块化封装，然后由普通设计人员依据相应规则进行调用，将使得管道设计的门槛降低，减小工程设计人员的压力。对于布置规则各行业中都有相应规定，只需要对其进行程序语言翻译就能基本实现，而针对不同的布置环境，算法会有千差万别，所以管道布置的核心研究而本文主要针对算法展开研究。
在诸多管道布置算法中比较常用的算法有：广搜算法、蚁群算法、粒子群算法、遗传学算法等。算法智能的实现是通过迭代、递归或者条件判断等逻辑实现的，在算法中如果使用嵌套迭代，算法的复杂度将呈指数级增加，所以在算法设计中尽可能的不使用迭代嵌套结构，且尽可能的将算法进行分冶。算法高效的实现是利用有限的计算机硬件资源，在合理的时间内得到最优解。智能与高效相互制约，此消彼长。而具体问题需要具体分析实现，由于核电管道设计的复杂度较高，因此对于核电管道布置不能使用一种算法就能得到最优解，而是需要多中算法的集合，然后针对实际情况从算法集合中调用最简便、最有效的算法。本文中主要介绍一种可用于管道布置的且简单高效计算机图算法（广度优先搜索一下称为广搜算法）。纵向比较各类算法，依据计算机算法理论得出广搜算法的算法复杂度为O(n)，其它智能算法的复杂度为O(n2)。因为在实际应用中有较大规模的矩阵计算，所以在单线程串行计算的前提下可选用广搜算法。
1 三维简化模型及数据空间模型
1.1 三维简化模型
算法的环境模型需要具有很高的代表性，因为现阶段不可能使用模型中的具体的一个点代入算法求解，因此就需要根据实际情况对模型进行合理的精简，在精度要求不高的前提下可以将所有物项根据其布置空间精简为长方体，或者精简为若干长方体的集合。
1.2 三维障碍物模型分割方法
方法一：
以原始坐标点为原点，对整个模型矩阵进行矩阵化分割，分割单元内存在物项即为障碍物空间，反之则为自由空间，此方法以下称小单元分割。
方法二：
以设备本体、检修空间及操作空间等外轮廓做为边界，简化为长方这些长方体为障碍物空间，反之则为自由空间，此方法以下称为大单元分割。
方法三：
大单元分割与小单元分割结合，在计算中优选使用大单元分割，在不满足布置要求的情况下使用小单元分割。
在本文中只是为了验证算法的有效性，所以使用小单元进行分割。
1.3 三维障碍物数据空间模型
为了便于计算精简后的三维模型矩阵数据需要进一步抽象为空间数据矩阵，空间数据矩阵构成了算法的仿真环境。
依据管道的起始位置及开口方向确定管道的容纳空间，在进行管道布置时，由于空间物项限制，适当放大管道的布置空间能使计算程序得到更优的结果。
2 优化广搜算法
2.1 广搜算法改进
（1）将二维空间广搜算法进行三维扩展；
（2）参数化搜索变量，灵活选择、迭代；
（3）保留多个最优结果，铺垫后续的智能算法；
（4）多元化数据矩阵对应的元素。
2.2 运算方法
（1）初始化数据矩阵；
（2）循环遍历数据矩阵，并建立队列数据结构；
（3）达到设定条件后搜索结束；
（4）分析队列结构得到路径数据；
（5）比较所有运算结果；
（6）保留合理结果。
3 数据仿真实验
（1）建立正态分布障碍物数据矩阵，模拟模型中的障碍物分布；
（2）收集矩阵中的障碍物数据，绘制三维空间的障碍物模型；
（3）初始化数据，使用树结构存储过程数据，使用元组结构存储路径数据；
（4）初始化禁忌表；
（5）使用广搜算法完成线性队列的建立；
（6）建立路径队列；
（7）分析队列结构，输出最终路径。
经Matlab数据计算软件验证，该算法能较快的完成路径搜索，并模拟了管路的自动布置，计算结果满足试验要求。
结束语
我国的核电事业如雨后春笋般迅猛发展，给工程人员带来了巨大的机遇和挑战。新的功能、新的技术及新的理念亟待工程人员开发实现。且随着数字化技术应用，开辟了新的途径与方法。智能数字化的设计方法也应运而生。由于核电领域管道设计的复杂性及特殊性，智能化的设计工具相对较少，但是随着核电工程人员的不断努力，该领域的技术必会成果斐然。
本文以三维设计软件的数据模型为基础，通过模型简化、抽象，并通过数据验证软件证明了广搜算法的可行性。
参考文献
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[2]董宗然,林焰基于最短快速算法的船舶管路自动敷设方法[J]．计算机集成制造系统2014.20(12):2962-2972.(DONG Z R,LIN Y.Automatic laying method of ship pipeline based on the shortest fast algorithm[J].Computer Integrated Manufacturing Systems,2014,20(12):2962-2972.)