姚怡君 張公明 東華工程科技股份有限公司 合肥 230024

隨著時代的發(fā)展，工程設計領域對項目的質量和進度控制要求越來越高，三維輔助設計在國內大型項目中的應用已經(jīng)屢見不鮮。相較于傳統(tǒng)的二維平面設計，三維設計手段能真正體現(xiàn)設計者的設計意圖，不僅能更直觀、準確地體現(xiàn)設計成果，還可以為工程項目的施工、管理服務，另外在軟件功能性上也具有顯著的優(yōu)勢。目前，三維設計已經(jīng)越來越受到用戶們的重視。

1 SmartPlant 3D介紹

SmartPlant 3D由INTERGRAPH公司開發(fā)，簡稱SP3D，中文名稱是工廠設計系統(tǒng)，它以獨立的數(shù)據(jù)庫為基礎，實現(xiàn)了工廠設計中多專業(yè)多用戶的協(xié)同設計。SmartPlant 3D不僅為用戶提供平臺進行三維結構設計、設備布置、管道建模、儀表和電氣橋架布置、暖通設計等，還為用戶提供了三維模型瀏覽、碰撞檢查、材料統(tǒng)計、成品出圖等諸多功能。

SmartPlant 3D是一個全面的、智能的計算機輔助設計和工程設計應用軟件，用戶需遵循它的基本架構、數(shù)據(jù)庫體系和規(guī)則。工程設計時，Smart-Plant 3D需多專業(yè)參與進行三維協(xié)同設計的數(shù)據(jù)庫和平臺的二次開發(fā)，調整專業(yè)之間的劃分及關系，完成二次開發(fā)和用戶化定制，使項目整體效益最大化，為各專業(yè)帶來效率或效果的提升。

SmartPlant 3D建模過程較為智能，對管道、設備、儀表及橋架等模型的建立、修改都很方便。橋架等模型建立后，只需設置出圖模板，劃定出圖區(qū)域，即可輸出成品圖紙。即使局部變動，也無需二維作圖和修改，能加快項目設計進度，并保證項目在苛刻工期內的順利完成。

另外，SmartPlant 3D還能按實際建立模型的數(shù)量，輸出多種材料報表和分類統(tǒng)計，能有效地提高效率，降低項目造價，避免材料浪費，對工程公司滿足業(yè)主的高要求、控制成本以及提高國際競爭力方面都具有非常重大的意義。

就橋架設計而言，相對于二維橋架設計的橋架敷設、跨接處不夠直觀，與其他專業(yè)的空間分配不能及時更新等問題，利用SmartPlant 3D，可以實現(xiàn)多專業(yè)設計對接、協(xié)同作業(yè)，避免設計碰撞等，且3D模型效果直觀、易懂，從而能提高工程設計質量，方便施工。

2 SmartPlant 3D的系統(tǒng)架構

目前，SmartPlant 3D以SQL server軟件作為底層數(shù)據(jù)庫支撐平臺，基本結構就是Server+Client。Server服務器端，需要至少一臺服務器和相關的數(shù)據(jù)庫軟件 (分別存放了文件服務器、數(shù)據(jù)服務器、授權數(shù)據(jù)庫等);Client客戶端，則是多個操作站和建模軟件 (對應多個操作員的客戶端、實時關系數(shù)據(jù)庫通訊軟件和建模工具等)。

SmartPlant 3D為基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的操作模式，建立的模型和操作信息全部實時紀錄在服務器上。服務器應定期備份，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和安全性。SmartPlant 3D數(shù)據(jù)龐雜，設計人員可根據(jù)需要，通過Filter過濾無關內容，任意選擇需要顯示的各類模型、參數(shù)等，使操作界面中只保留部分裝置或工段的數(shù)據(jù)信息。

在實際項目中，能使用SmartPlant 3D實現(xiàn)項目管理，針對項目的工作內容和專業(yè)人員工作分解情況，完成項目的層級架構搭建，根據(jù)工作內容的不同，進行多種權限界定，并建立相應的權限組予以約束，建造一個可以多人、多專業(yè)的協(xié)同工作平臺，在使設計工作便捷的同時，又充分地保證了文件安全。

3 定制橋架數(shù)據(jù)庫

不同三維設計軟件常用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也不盡相同。PDS常用的是Orale數(shù)據(jù)庫，AutoPLANT使用office access作為數(shù)據(jù)支持，而SmartPlant 3D常用的是SQL。

設計模型的建立，就是使用設計數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行建模的過程。因而，要進行某個化工工程項目的橋架建模，要先建立符合該項目統(tǒng)一規(guī)定的橋架數(shù)據(jù)庫。

由于INTERGRAPH為國外公司，其開發(fā)的SmartPlant 3D原始數(shù)據(jù)庫與國內行業(yè)規(guī)范、工程設計習慣差異較大。其中，尺寸全為英制尺寸，橋架規(guī)格描述亦全為英文，橋架型號也與《自控材料設備手冊》中差別很大，故在開展SmartPlant 3D橋架設計前，需將橋架數(shù)據(jù)庫進行二次開發(fā)。

SmartPlant3D的橋架數(shù)據(jù)庫在電氣模塊中，是通過Excel工作薄加載實現(xiàn)的。SmartPlant 3D的所有的數(shù)據(jù)庫文件都位于服務器端的安裝目錄下。

“CableTray.xls”是定義橋架實體的類別和部件的文件，在該文件中，可以定制橋架的型號、規(guī)格描述、材質、長度、寬度、深度、彎曲半徑等參數(shù)。表1為二次開發(fā)的槽式直通橋架的部分參數(shù)。其他橋架連接件 (如槽式水平彎通、槽式垂直上彎通等)的定制與槽式直通橋架相同。

表1中，工廠 (Manufacturer)、材質 (Material)、橋架類型 (TrayType)、元件類型 (ComponentType)中填寫的參數(shù)均為代號，不同代號在各項屬性sheet中有具體定義。

表1 槽式直通橋架的參數(shù)定制

4 橋架建模

SmartPlant 3D是多人、多專業(yè)的協(xié)同工作平臺，橋架設計直接由自控專業(yè)設計和建模，不僅保證了模型的及時更新，更簡化了工作流程。系統(tǒng)管理員完成橋架數(shù)據(jù)庫建立，并成功通過軟件加載和測試后，自控專業(yè)就可以在工程項目中調用和建立橋架模型。

實際工程項目中的電纜、橋架設計應本著避開熱源、工藝介質排放口、振動及電磁場干擾場所的原則，按較短途徑敷設。在SmartPlant 3D全廠模型中，可以清楚地看到各種塔、儲罐、換熱器、泵等設備的布置，各類管道、風道的敷設路徑，以及墻體、結構的梁和斜撐、平臺、欄桿、樓梯等，非常直觀。橋架建模時，可直接避開管道、設備和建筑物，或在空間位置緊張的情況下，與管道布置、結構專業(yè)溝通討論，調整布局，使空間分配合理、美觀。

另外，橋架不應敷設在影響操作、妨礙設備維修的位置，而在SmartPlant 3D中，可以設置檢修通道和設備吊裝空間，禁止在該區(qū)域內建立模型，影響施工。

橋架還不宜平行敷設在高溫工藝管道、特種介質 (如氧氣等)管道和設備的上方，或有腐蝕性液體的工藝管道和設備下方，在SmartPlant 3D中，可以用不同的顏色表示高溫、特種介質等工藝管道，提醒設計人員嚴格按照規(guī)范要求進行橋架建模。

SmartPlant 3D主菜單欄的Electrical模塊中，有橋架繪制工具條。其中，為繪制橋架命令、為插入橋架連接部件命令。SmartPlant 3D中，繪制橋架較為智能，可采用多種方式，并能實現(xiàn)自動連接。

5 碰撞檢查

使用SmartPlant 3D時，參與建模專業(yè)均在同一平臺上建模，設計人員可以看到實時保存在服務器上的各專業(yè)最新模型，可有效避免橋架與結構梁或柱、管道等碰撞，以及橋架占用檢修維護空間的現(xiàn)象。

在模型建立時，開啟即時碰撞檢查，設計人員就能注意到橋架位置和標高是否合適，橋架與管道、設備、結構是否碰撞，從而及時地進行修改和調整，碰撞截圖見圖1。

SmartPlant 3D的碰撞檢查規(guī)則能自行定制，不僅能設置不同類型模型的碰撞規(guī)則，還能設置特定類型模型之間的安全距離，若不滿足，同樣在操作界面中進行提示。

圖1 SmartPlant 3D中模型碰撞截圖

SmartPlant 3D還能生成碰撞檢查報表，該報表不僅包括碰撞的位置、類別，還有對不滿足已設置安全距離要求的報警，方便設計人員查找。

6 橋架材料統(tǒng)計

任何三維設計體系，在設計過程完成后，都需要生成各種報表和圖紙，以滿足工程設計、采購和施工的需要。SmartPlant 3D提供了豐富、多樣的報表。

SmartPlant 3D具有自動統(tǒng)計材料功能。Smart-Plant 3D中自帶的橋架材料統(tǒng)計報表不滿足國內工程公司的設計習慣，故要實現(xiàn)橋架材料表的自動生成，則要先定制所需格式的工程公司圖框文件，再按相關規(guī)范要求、公司工作手冊，對橋架材料表的條目和格式進行二次開發(fā)。橋架材料表的內容包括:橋架編號、用戶定制的橋架描述、型號、橋架寬度、橋架高度、材質、數(shù)量等 (見表2)。

表2 橋架材料表

使用SmartPlant 3D進行材料統(tǒng)計，能做到快速、數(shù)量準確。

7 出橋架平面布置圖

SmartPlant 3D自身提供了豐富、多樣的成品出圖功能，不僅包括多種類型的平面圖，還有各種視角的三維立體圖。

在國內的化工工程設計中，由于橋架平面布置圖需包含橋架的平面位置、標高、編號，設備、結構的平面布置，與國外的出圖深度不一致，SmartPlant 3D中已有的最類似的Metric_Electrical CableTray Plan模板仍不能滿足要求，故仍需將SmartPlant 3D中的橋架圖模板進行二次開發(fā)。

經(jīng)過二次開發(fā)，橋架平面布置圖模板完成后，即可出圖。先在SmartPlant 3D的操作界面劃定抽圖的空間區(qū)域，再設定需要表示模型內容的Filter，然后采用 Composed Drawing方式，在 Tasks的Drawings and Reports模塊中抽出圖紙。抽出圖紙后，還需打開SmartSketch Drawing Editor，將橋架的文字標注位置進行編輯調整，最終輸出成品，具體的橋架平面布置，見圖2。

圖2 橋架平面布置截圖

在橋架連接處較為復雜時，SmartPlant 3D也可抽出三維立體圖，以便能更直觀地觀察現(xiàn)場橋架走向，方便現(xiàn)場施工。局部橋梁3D圖見圖3。

三維立體圖通常作為橋架的補充說明，放于橋架平面布置圖上的空白處。在橋架平面布置圖模板中，另行建立View，將三維立體圖的局部空間區(qū)域與新建View關聯(lián)，再按橋架平面布置圖的出圖步驟，即可抽出圖紙。

8 結語

SmartPlant 3D是目前較為先進的三維設計軟件，在橋架設計中的應用，包括定制橋架數(shù)據(jù)庫、橋架材料表模板、橋架平面布置圖模板，設置碰撞檢查，進行材料統(tǒng)計和成品出圖等，其中還有諸多的模塊可以進行用戶二次開發(fā)和使用。三維輔助建模的應用和多專業(yè)協(xié)同設計理念的實施，對于提升工程公司整體設計水平，改變傳統(tǒng)的設計繪圖方式，提供現(xiàn)代化工廠生命周期管理的仿真平臺，促使國內工程公司與國際接軌，都具有非常積極的意義。

圖3 局部橋架3D圖

1 郭 穎.SmartPlant 3D的工程化應用 ［J］.中國勘察設計，2014(01):89－91.

2 閻 震.SmartPlant Review軟件在三維工廠設計中的應用［J］.石油化工設計，2007(04):34－36.

3 薛 華.談3D模型在施工中的應用 ［J］.山西建筑，2013，39(06):254－255.

4 李其銳.淺談SP3D軟件在撬裝化設計中的應用 ［J］.中國勘察設計，2013(01):75－79.

5 劉 強，劉 燕.淺談三維工廠設計系統(tǒng)的應用 ［J］.土木建筑工程信息技術，2012，4(01):67－70.

6 陸德民，張振基，黃余步.石油化工自動化控制設計手冊(第三版)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2000.

7 余隋懷，茍秉宸，李曉玲.三維數(shù)字化定制設計技術應用［M］.北京:北京理工大學出版社，2006.

8 姚偉龍.淺談SmartPlant 3D(智能工廠三維軟件)與Tekla Structure異同 ［J］.科技創(chuàng)新導報，2010(18):90－92.

9 國家石油和化學工業(yè)局.SH/T 3105－2000化煉廠自動化儀表管線平面布置圖圖例及文字代碼 ［S］.北京:中國石化出版社.

10 劉 偉.SmartPlant 3D在自控設計中的應用 ［J］.石油化工自動化，2014，50(4):16－18.