楊 壘， 姚 亮

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

三維設(shè)計在有色冶煉工程中的應(yīng)用

楊 壘， 姚 亮

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

結(jié)合三維設(shè)計在實(shí)際工程中的應(yīng)用，介紹了三維設(shè)計的流程及特點(diǎn)，總結(jié)了其功能優(yōu)點(diǎn)，以推進(jìn)三維設(shè)計在有色工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。

三維設(shè)計； 數(shù)據(jù)庫； 碰撞檢查； 協(xié)同工作

0 前言

近年來我國有色行業(yè)迅速發(fā)展，隨之而來的是激烈的市場競爭，如何在保證設(shè)計質(zhì)量的前提下提高工作效率，減少施工設(shè)計圖中出現(xiàn)的問題，是充分利用工程資源，提高各階段效率的重要方法。

工程設(shè)計從最初的手工制圖，到計算機(jī)二維制圖，其工作效率提高數(shù)倍。三維工程設(shè)計的實(shí)施與協(xié)同設(shè)計平臺的使用為設(shè)計工作者打開了一扇新的高效能窗口[1-3]。其具有二維制圖所難以比擬的優(yōu)勢，如數(shù)據(jù)性概括性，配置及材料統(tǒng)計準(zhǔn)確性，設(shè)備及空間布局真實(shí)性，及各專業(yè)工作的協(xié)調(diào)同步性等。

1 常用三維軟件的特點(diǎn)

目前市場上的三維軟件類型眾多，特點(diǎn)不一，需參照行業(yè)特點(diǎn)、用戶需求、成果等多方面，充分行進(jìn)調(diào)研，確定合適的軟件。

(1)行業(yè)特點(diǎn)：單從工業(yè)行業(yè)來看，就有冶金、化工、煤炭、礦山、石化、鋼鐵、制造等多類，有通用的三維軟件，也有為各行業(yè)量體打造的三維系統(tǒng)。

(2)用戶需求：即用戶使用該三維軟件的目的，或用于環(huán)境模擬，或用于力學(xué)分析，也可用于成本核算和進(jìn)度管理等方面。

(3)成果：成果可用于展示、宣傳、介紹、科普等，在工程設(shè)計中，更多的是通過對三維含屬性部分的描述來指導(dǎo)施工。

2 三維軟件在有色工程設(shè)計的應(yīng)用

中國恩菲工程技術(shù)有限公司化工事業(yè)部結(jié)合具體項(xiàng)目的實(shí)施，應(yīng)用某三維軟件完成了煙氣脫硫項(xiàng)目、污酸污水處理項(xiàng)目、硫磺制酸廠項(xiàng)目等的三維設(shè)計，總結(jié)出了一套適用于有色冶煉行業(yè)工程設(shè)計的三維設(shè)計方法。

2.1 設(shè)備模型建立

在三維設(shè)計中，設(shè)備模型的制作深度不同，可簡單示意，用于總平面定位，確定管嘴位置，攜帶設(shè)備屬性信息；也可制作精細(xì)化設(shè)備，除具備以上設(shè)備簡圖的功能外，對設(shè)備外形細(xì)節(jié)有更細(xì)致的描述，見圖1。

圖1 液下泵模型

設(shè)備模型表述程度的差別，并不影響設(shè)備、材料統(tǒng)計，但對于需要突出效果的用戶來說，精細(xì)化設(shè)備更能展現(xiàn)設(shè)備部件或機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)備材料統(tǒng)計只與本項(xiàng)目所建三維數(shù)據(jù)庫有關(guān)。

2.2 數(shù)據(jù)庫建立

三維設(shè)計中的管道、管件、法蘭、閥門、非標(biāo)件以及材質(zhì)、所參照標(biāo)準(zhǔn)都是重要的采購、施工、管理、檢查參數(shù)，都通過早期的數(shù)據(jù)庫來定義，準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)庫是三維設(shè)計實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的前提。

為特定項(xiàng)目建立的數(shù)據(jù)庫具有針對性，符合項(xiàng)目特點(diǎn)及要求，符合設(shè)計單位的設(shè)計規(guī)范及要求，便于查詢和使用。表1摘取了一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫源數(shù)據(jù)，工程師根據(jù)工藝確定輸送各類介質(zhì)的管道及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并將此信息以列表或PID圖的形式表述，作為數(shù)據(jù)庫內(nèi)容提綱。

根據(jù)表1所列清單，將不同規(guī)格的各種管件及材料的詳細(xì)數(shù)據(jù)錄入，多數(shù)材料的規(guī)格特性有國標(biāo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支持，包括公稱直徑，壓力等級、材料代碼、標(biāo)準(zhǔn)代號、連接形式，法蘭端面等，如表2。

表1 項(xiàng)目所需材料及標(biāo)準(zhǔn)清單

表2 輸入數(shù)據(jù)內(nèi)容

其中的材料代碼依據(jù)各行業(yè)或企業(yè)自定的管段編碼原則而定，用于同類材料統(tǒng)計和采買、施工。管段編碼包含物流代號、管段序號、管道等級、壓力等級等信息，管道規(guī)格描述格式，以及其他特殊要求，是設(shè)計文件和圖紙的說明書。

由于項(xiàng)目數(shù)據(jù)量大，必須對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的分類審核，審核通過后才能用于工程。

在三維配管過程中，工程師在確定管線連接走向時，選取帶屬性的管道，為了便于選擇，可設(shè)置篩選條件，通過專業(yè)代號、物流介質(zhì)等進(jìn)行篩選。

在經(jīng)篩選設(shè)置后的工作界面下，只需確定尺寸(Size)，管線號(Line No)及保溫厚度即可，減少了設(shè)計者的重復(fù)選擇，提高了工作效率。上述數(shù)據(jù)可重復(fù)利用，因此必須保證數(shù)據(jù)庫內(nèi)容準(zhǔn)確，及時更新，定期進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫完善和維護(hù)。

2.3 模型碰撞檢查

三維模型的一個重要功能就是可通過模型碰撞檢查，發(fā)現(xiàn)問題，提出解決方案，特別是多專業(yè)在有限廠房空間內(nèi)協(xié)同工作時，設(shè)備管線及結(jié)構(gòu)件等可能產(chǎn)生位置沖突，輕則動工修改，重則大拆重建，費(fèi)時耗財。模型碰撞檢查可避免此種情況的發(fā)生。 示例見圖2。

圖2 不同專業(yè)間的管道碰撞

界面中看到碰撞提示信息，如PIPE-EA12-01與PIPE-EA11-03碰撞，設(shè)計者便可及時定位管道，做出修改和調(diào)整。

2.4 施工圖的生成

三維設(shè)計所產(chǎn)生的施工圖具有準(zhǔn)確、精確、表述清晰的特點(diǎn)。圖紙名稱按企業(yè)設(shè)計規(guī)范確定，并規(guī)定切圖原則，包括剖視位置、角度、深度、顏色、線性、可視度等，生成平面配置圖，見圖3。

圖3 最終平面圖

經(jīng)剖切之后生成的平面配置圖包含圖框、項(xiàng)目信息等內(nèi)容，只需修改部分標(biāo)注及圖面問題就可以出圖。

單管圖是施工圖的重要內(nèi)容之一，大部分施工圖文件都用于描述管道和管件，需對單管圖的出圖規(guī)則做詳細(xì)設(shè)置，使圖紙規(guī)格及深度滿足施工要求。

iso圖中所示管件閥門等外在形式，可以通過對前期源文件設(shè)定，標(biāo)注形式可通過出圖配置修改。

圖框的定制可在項(xiàng)目前期完成，形成模塊后插入所需要的圖紙中即可。

最終的單管成品圖中，材料表由三維軟件生成，內(nèi)含材料規(guī)格及屬性，可自動歸類統(tǒng)計。這是三維設(shè)計優(yōu)勢之一，實(shí)現(xiàn)材料精確統(tǒng)計，管件閥門圖例可進(jìn)行修改，以滿足出圖要求。

3 協(xié)同工作平臺

為增強(qiáng)項(xiàng)目各參與部門、各階段、各專業(yè)間的實(shí)時溝通，三維軟件中固化了協(xié)同工作模塊，可監(jiān)管項(xiàng)目全生命周期，平臺內(nèi)文件具有權(quán)限限制，相關(guān)人員既能分享又不越權(quán)。圖4為協(xié)同平臺關(guān)系。

圖4 協(xié)同平臺關(guān)系圖

4 三維設(shè)計的投入

4.1 前期投入

前期工作包括投標(biāo)、競爭展示、可研等。前期任務(wù)為基礎(chǔ)建模階段，未涉及到數(shù)據(jù)庫，主要是設(shè)備建模、總平面布置、效果展示。根據(jù)項(xiàng)目的規(guī)模、工藝復(fù)雜程度、設(shè)備量、要求達(dá)到深度等確定。實(shí)際出圖效果根據(jù)具體要求而定。

圖5是某項(xiàng)目的軸測圖，可清晰直觀看到各設(shè)備的外形規(guī)模及整體布局，還可展示設(shè)備間、設(shè)備與構(gòu)筑物物間的關(guān)系。

圖5 某項(xiàng)目收塵系統(tǒng)軸測圖

4.2 施工圖階段投入

施工圖階段任務(wù)量大，必須建立完整的項(xiàng)目級數(shù)據(jù)庫，并輸入準(zhǔn)確的設(shè)備參數(shù)。若項(xiàng)目前期就已經(jīng)采用三維建模，則可減少20%～30%的工作量，但以下工作是必須要開展的：(1)建立、審核所用標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)庫，建立非標(biāo)設(shè)備庫及相關(guān)材料庫，相關(guān)專業(yè)均需參加。(2)完善項(xiàng)目三維模型，進(jìn)行模型檢驗(yàn)，將各專業(yè)模型匯總后統(tǒng)一測試。

4.3 用于交付的圖紙

以某已完成的污酸污水處理車間三維設(shè)計為例，采用“粗化建模，細(xì)化管道”設(shè)計思路，從數(shù)據(jù)庫錄入到最終出圖嚴(yán)格遵循上述三維設(shè)計要求，如圖6。

圖6 某項(xiàng)目污酸污水處理車間三維模型

5 總結(jié)

中國恩菲化工事業(yè)部根據(jù)業(yè)務(wù)范圍、專業(yè)特點(diǎn)開展了多個項(xiàng)目的三維設(shè)計，驗(yàn)證了三維設(shè)計在有色冶煉、化工、環(huán)境工程領(lǐng)域的實(shí)用性?？偨Y(jié)如下：

(1)三維設(shè)計對項(xiàng)目前期具有強(qiáng)大的支持性，

可系統(tǒng)展示核心設(shè)備和工藝流程，還原工廠全貌，提高企業(yè)前期運(yùn)作的競爭力。

(2)在施工圖階段，可精確統(tǒng)計材料用量及規(guī)格，提高工作效率，保證工程質(zhì)量，降低實(shí)際成本及損耗。

(3)促進(jìn)部門、專業(yè)、設(shè)計、采購、施工等各方面協(xié)同工作，及時溝通，糾偏查錯，在施工前發(fā)現(xiàn)并解決問題。

(4)三維軟件仍存在一定缺陷，如與其它分析軟件接口粗糙，定制效果較差等，制約了軟件的使用范圍，需要軟件技術(shù)人員與設(shè)計者充分溝通，進(jìn)行二次開發(fā)，以滿足設(shè)計需求。

[1]龐可.三維設(shè)計技術(shù)應(yīng)用及前景展望[J].電力建設(shè)，2003，(5):4-7.

[2]胡龍.三維管道設(shè)計軟件在氧化鋁工藝設(shè)計的應(yīng)用[J].中國有色冶金，2008，(5) :21-24.

[3]尚建忠， 孟凡磊 ， 唐力，梁科山. 基于三維CAD平臺的實(shí)時協(xié)同設(shè)計方法[J].機(jī)械設(shè)計， 2005，(8):43-45.

Applicationof3Ddesigninnonferrousmetallurgyproject

YANG Lei, YAO Liang

Combined with the application of 3D design in practical project, the flow and characteristics of 3D design were introduced, and its function advantages were summarized to propel the development of 3D design in nonferrous industry.

3D design; database; collision check; cooperative work

楊 壘(1985—)，男，河南新鄉(xiāng)人，大專學(xué)歷，工程師，從事三維設(shè)計工作。

B

TU273；TF02