王鈺銘,李曉亮,張慷煥

(中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林省 吉林市　132002)

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智能工廠設(shè)計系統(tǒng)在石化裝置中的運用與發(fā)展

王鈺銘,李曉亮,張慷煥

(中國石油集團東北煉化工程有限公司吉林設(shè)計院，吉林省 吉林市132002)

摘要：介紹了智能工廠設(shè)計系統(tǒng)SmartPlant 3D在某石化裝置的應(yīng)用，從項目建立、三維建模、模型校查、成品制作四個方面總結(jié)了一些使用經(jīng)驗，并與傳統(tǒng)的PDS軟件進行了對比，得出了該軟件的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：石化裝置；數(shù)據(jù)集成；項目建立；三維模型

1前言

隨著信息時代的深入發(fā)展，3D打印、4G通信等智能技術(shù)應(yīng)用而生，傳統(tǒng)三維工廠設(shè)計也逐漸開始全周期性的智能演化，從設(shè)計到工程總承包，從PDS軟件到SP3D軟件(Smart Plant 3D簡稱)的轉(zhuǎn)變，為1D數(shù)據(jù)庫管理、2D系統(tǒng)設(shè)計、3D布置設(shè)計、4D過程管理、5D工程一體化創(chuàng)造了無限的可能性，我院成熟應(yīng)用PDS軟件后，引進了鷹圖公司的SP3D智能工廠設(shè)計軟件，開始了數(shù)字化工廠設(shè)計的新紀元。

2SP3D軟件介紹

SP3D軟件為全新的智能工廠設(shè)計系統(tǒng)，采用Oracle數(shù)據(jù)庫技術(shù)為核心支撐，面向規(guī)則驅(qū)動，微軟新一代操作系統(tǒng)WIN7類似的操作環(huán)境，入手容易，操作簡單，并能夠滿足各個層次的數(shù)據(jù)集成解決方案，通過SmartPlant Foundation數(shù)據(jù)管理平臺與SmartPlant Materials材料管理軟件，SmartPlant PID、SmartPlant Instrumentation、SmartPlant Electrical等二維系統(tǒng)設(shè)計軟件進行數(shù)據(jù)傳輸、二三維校驗及數(shù)字化移交，具有非常開放的接口，PKPM結(jié)構(gòu)分析軟件、天正建筑軟件模型進行導入，支持各類二次開發(fā)的插件實現(xiàn)SP3D軟件操作便捷化，管道軸測圖可以附帶生成PCF文件導入到CAESARII管道應(yīng)力分析軟件中進行計算等功能，是當今最先進的智能化工廠設(shè)計軟件之一[1]。

3在某石化裝置中的應(yīng)用

某石化裝置是我院承攬的某公司千萬煉油百萬噸乙烯下游配套裝置，共有工藝設(shè)備137臺，管道987根，電儀槽板7 800 m，為我院的第一個利用SP3D軟件設(shè)計的項目，同時與以往PDS軟件設(shè)計的該裝置進行了對比。

圖1　某裝置SP3D模型圖

3.1　項目建立

3.1.1材料數(shù)據(jù)庫建立

本裝置通過SmartPlant Reference Data平臺(簡稱SPRD)建立了管道的數(shù)據(jù)庫，并首次建立企業(yè)級的材料編碼體系，安裝了15個等級，生成CC碼110個，材料編碼統(tǒng)一管理、維護與發(fā)布，提高了數(shù)據(jù)的準確性[2]，由于應(yīng)用經(jīng)驗不夠豐富，建構(gòu)筑物、電氣、儀表采用了鷹圖公司自帶的數(shù)據(jù)庫，主要以占位為主。

3.1.2工作空間樹狀結(jié)構(gòu)建立

三維設(shè)計的主項專業(yè)需提前規(guī)劃整個三維模型的結(jié)構(gòu)，石化裝置一般為工廠-裝置-單元-專業(yè)系統(tǒng)四級結(jié)構(gòu)，小型項目可以采用工廠-單元-專業(yè)系統(tǒng)三級結(jié)構(gòu)，規(guī)劃完畢后提交給管理員進行樹狀結(jié)構(gòu)建立和權(quán)限賦予，該石化裝置屬于小型項目，采用了三級樹狀結(jié)構(gòu)。

3.2　三維模型布置

SP3D軟件擁有軸網(wǎng)(Grids)、Structure(建筑結(jié)構(gòu))、Piping(管道)、Equipment and Furnishings(設(shè)備)、Electrical(電儀)、HVAC(暖通)等模型布置模塊，并在Tasks工具欄中自由切換，改變了PDS軟件初始界面登陸各模型布置模塊的復雜操作，數(shù)據(jù)庫中包含各專業(yè)常見的原件模板類型，并支持二次開發(fā)原件模板，可以通過建模與導入兩種方式布置設(shè)備模型，建筑結(jié)構(gòu)、管道、電儀等專業(yè)均可以根據(jù)項目實際需求建立項目級材料數(shù)據(jù)庫，并抽取材料功能。

3.2.1管道模型

管道模塊擁有pipe line-piping run-piping part-piping feature等更符合邏輯的屬性結(jié)構(gòu)，具有智能關(guān)聯(lián)功能，管道與管口、支架、開孔都有這屬性的關(guān)聯(lián)，從設(shè)備管口繪制法蘭連接的管線，不需要先將法蘭，只需要直接操作管段繪制，即可將法蘭直接關(guān)聯(lián)出來，能夠繪制夾套、襯里等特殊管道，支持T、Y型過濾器做成標準件，導淋、放凈管道做成組合件后只需要3部完成，較PDS軟件效率明顯的提高。

圖2　導淋、放凈繪制過程

3.2.2支吊架繪制

為了更具功能性，SP3D支吊架設(shè)置了獨立的模塊，支持管道、電儀、暖通等所有需要支吊架的專業(yè)，SP3D物理支架視覺直觀、放置方便點，能夠根據(jù)規(guī)則實現(xiàn)支架的推薦與選取，支架會隨支撐點和管道發(fā)生變化而自動調(diào)整；可以參與到碰撞檢查過程中，減少邏輯支架存在的碰撞問題，SP3D物理支架還可以實現(xiàn)支架材料及時精確地統(tǒng)計，我院根據(jù)該項目的具體實施委托開發(fā)了134個物理支吊架，并應(yīng)用于該項目中，實現(xiàn)了支吊架可視化與報表自動生成。

3.3　模型校查

3.3.1模型碰撞檢查

SP3D建?？蛇M行實時碰撞檢查，服務(wù)器后臺進行追蹤，客戶端不用執(zhí)行具體的操作，加載模型后，只要有物理的接觸，就有碰撞標識顯示，類似Word的拼寫檢查，做到碰撞問題及早發(fā)現(xiàn)，及早修改，從而優(yōu)化布置設(shè)計，有效提高設(shè)計質(zhì)量。

3.3.2模型審查與校審

SP3D配套了2010版Review軟件對模型進行瀏覽就、校審、審查，增強了Review的清晰度，簡化了切換視角、局部放大、飛行模擬器等眾多操

作命令，但是鷹圖公司為了版權(quán)只支持網(wǎng)絡(luò)版本，SP3D軟件主工作空間也鑲嵌了Review軟件中的方向、飛行模擬器、最大化等基本功能，無需生成Review模型，即可隨時進行模型的校審工作，較PDS軟件更加簡單快捷。

3.4　成品制作

SP3D的出圖不同于二維設(shè)計方式的手工繪制，也不同于傳統(tǒng)三維設(shè)計時的半自動的出圖手段，它著重體現(xiàn)全自動生成圖紙與報告。目前為止SP3D管道模塊可以自動生成管道軸側(cè)圖、管口方位圖、管道布置圖，自動抽取管道綜合材料表、支架材料表、保溫隔熱一覽表等，材料表都是基于Office格式，修改和定制非常便捷，該項目完成了1 193張管道軸測圖，8張管道布置圖，抽取了綜合材料表、支架材料表，完成了既定目標，與此同時，SP3D成品的模板定制是十分復雜，直到項目完成還有一些模板還沒有完善，超過了預(yù)期。

3.5　效果對比

本項目與PDS軟件進行了對比，將兩個軟件模型效果和工作效率進行了對比，兩軟件工作效率主要對設(shè)備建模時間、管道建模時間、成品定制時間和成品時間進行了比較，詳見表1；

表1　兩軟件工作效率對比

由此可以得知，SP3D軟件的工作效率較PDS軟件大大提高，但是SP3D軟件的成品模板定制時間需要大量時間，有一定難度。

通過設(shè)備模型效果、管道模型效果、支吊架效果的描述對比，如表2所示：

表2　兩軟件模型品質(zhì)對比

可以得知，SP3D軟件的模型較PDS軟件相比具有更高的視覺效果和豐富的內(nèi)容。

4結(jié)語

運用新一代智能工廠設(shè)計軟件，不僅可以提高設(shè)計效率，提升設(shè)計質(zhì)量，還可以滿足數(shù)字化傳輸要求，為業(yè)主建立數(shù)字化工廠提供可能，從信息化方面有效提高設(shè)計單位的核心競爭力。

Application and development of intelligent plant design system in petrochemical plant

WangYu-ming,LiXiao-Liang,ZhangKang-huan

(CNPC Northeast Refining & Chemical Engineering Co.Ltd Jilin Design Institute Jilin 132002,China)

Abstract：This article introduces the application of the intelligent plant design system-Smart Plant 3D in a petrochemical plant, summarizes some experiences from the establishment of the project, the 3D modeling, the model checking and the production of the products. And the Smart Plant 3D is contrasted with the traditional PDS in the paper. So that we know the application advantage of the Smart Plant 3D.

Key words：petrochemical plant; data integration; Project establishment; 3D modeling

中圖分類號：TP31

文獻標志碼：A

文章編號：1003-6490(2015)06-0017-02

作者簡介：王鈺銘(1984-)，男，吉林扶余人，工程師，畢業(yè)于長春工業(yè)大學高分子化學與物理專業(yè)，理學碩士，現(xiàn)從事石油化工管道設(shè)計與三維設(shè)計開發(fā)與研究工作。

收稿日期：2015-11-02