周元星 山東省茌平縣實(shí)驗(yàn)中學(xué) 山東 茌平（252100）

傳統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)大多使用二維AutodCAD完成工廠設(shè)計(jì)，無法直觀、精準(zhǔn)地反映出工廠布局和設(shè)備、廠房和管道布置情況，工作效率低下，設(shè)計(jì)周期冗長繁瑣，而且非常容易出錯(cuò)，修改起來比較麻煩，三維工廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)使得這些難題迎刃而解。

目前在國內(nèi)設(shè)計(jì)院和大型造紙工廠項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，尤以AutocadPlant3D(以下簡稱P3D)發(fā)展最為迅猛，得到了設(shè)計(jì)院和業(yè)主的青睞。Plant3D運(yùn)行在最新AutoCAD平臺上的工廠設(shè)計(jì)軟件，依靠自生強(qiáng)大的AutoCAD平臺，Plant3D給工廠的工程師和設(shè)計(jì)師帶來了最現(xiàn)代化的三維設(shè)計(jì)工具。

1 三維軟件特點(diǎn)簡介

AutocadPlant3D是由歐特克公司開發(fā)的新興工廠三維系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，采用MSSQLlite大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫，軟件包含了Pffamp;ID、Plant3D、CAD等部分，自帶了完整的以歐洲標(biāo)準(zhǔn)、美洲標(biāo)準(zhǔn)和中國國標(biāo)開發(fā)的三維元件庫，涵蓋了從鋼結(jié)構(gòu)、土建、支架、設(shè)備、管道，到各種尺寸和壓力等級的法蘭、墊片、螺栓、螺母、三通、彎頭、閥門、過濾器等管件，同時(shí)還可以根據(jù)項(xiàng)目需要自行添加各式各樣的規(guī)格表。

AutoCADPlant3D可用于工廠設(shè)計(jì)，管道布置，工藝布置等。在AutoCADPlant3D中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在三維模型、Pffamp;ID、等軸測圖形及正交視圖之間直接進(jìn)行交換，確保了信息的一致性和時(shí)效性。全面采用三維管道設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以大大提升工程設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)水平和市場競爭力[1-2]。軟件具有的特點(diǎn)有如下幾個(gè)方面：

1.1 精準(zhǔn)顯示工廠布置情況，與AutoCAD無縫銜接

P3D是歐特克公司基于自家AutoCAD平臺開發(fā)的三維工廠軟件，能與CAD實(shí)現(xiàn)無縫銜接，文件本身就以dwg格式進(jìn)行存儲，操作命令和CAD全兼容，可隨時(shí)切換到CAD工作空間進(jìn)行操作，與其他三維軟件一樣，能精準(zhǔn)到100%，1：1比例完美呈現(xiàn)工廠建成后的全貌，即能宏觀地顯示工廠總體布局，又能微觀地展示小到一個(gè)閥門、一個(gè)管托，能在工廠建成前預(yù)先知道工廠情況，及時(shí)糾正在設(shè)計(jì)中的不合理情況，比如閥門位置、設(shè)備布置中的不方便工藝操作和檢修情況。

1.2 簡化設(shè)計(jì)，提高工作效率，節(jié)約成本

P3D的等級驅(qū)動(dòng)技術(shù)和現(xiàn)代化的界面，使得建模和管道，設(shè)備，結(jié)構(gòu)支架的編輯直接在工作空間中以三維形式進(jìn)行，以及其他工廠管件更加簡單，易用，比傳統(tǒng)的AutoCAD二維平面設(shè)計(jì)提高工作效率成百倍，完成精確的材料統(tǒng)計(jì)匯總，減少錯(cuò)誤和漏項(xiàng)，節(jié)省投資。不用像CAD那樣要考慮每個(gè)樓層、每個(gè)設(shè)備間影響，減少了繁瑣的中間計(jì)算、考慮環(huán)節(jié)，即使需要進(jìn)行修改，也能在較短的時(shí)間完成。同時(shí)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，和AutodeskNavisworks無縫集成，完成設(shè)計(jì)檢視，渲染和管道碰撞檢查等工作。

僅僅使用幾個(gè)簡單的命令即可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的材料清單和報(bào)表生成，有效地避免了傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)導(dǎo)致的10%錯(cuò)誤。同時(shí)還能全自動(dòng)生成符合國際和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ISO單線圖、管道平面立面圖、施工圖等，直接共享給整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。便攜式的P3D的DWG文件可以被其他專業(yè)的工程師直接用AutoCAD打開，查閱。這些將極大地提高設(shè)計(jì)效率，節(jié)約成本，縮短設(shè)計(jì)周期，贏得寶貴的市場先機(jī)。

2 三維工廠設(shè)計(jì)(AutoCADPlant3D)

2.1 三維建模運(yùn)用情況

2.1.1管道布置

從初始規(guī)范直至最終設(shè)計(jì)，AutoCADPlant3D軟件能夠優(yōu)化基于等級庫的管線創(chuàng)建和編輯流程。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)庫是首要解決的問題，因?yàn)橛行┕艿朗菑牟煌臉?biāo)準(zhǔn)中選用的，所以要根據(jù)這一特點(diǎn)重新編輯數(shù)據(jù)庫，對此，使用AutoCADPlant3DSpecEditor能夠方便完成編輯工作。在AutoCADPlant3D中有不同標(biāo)準(zhǔn)的元件庫，設(shè)計(jì)方可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)從元件庫中選取，再提取到等級庫中，借助這一特性，可以確定管道路線、編輯管線及其組件，并管理一系列連接。同時(shí)，還可以選擇以半自動(dòng)或手動(dòng)的方式確定管道路線。確定管道路線后，墊片或法蘭等附加的元件將會自動(dòng)添加。

2.1.2設(shè)備布置

在AutoCADPlant3D中，借助設(shè)備元素這一功能，可以輕松創(chuàng)建、修改、管理和使用工程圖中的設(shè)備。設(shè)計(jì)人員可以從工具選項(xiàng)板使用一個(gè)完備的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備庫，并可將定制的標(biāo)準(zhǔn)件添加到設(shè)備庫中。這一功能在四個(gè)場站的管道設(shè)計(jì)中顯得尤為突出，由于場站中大多數(shù)的設(shè)備為非標(biāo)和撬塊，在二維圖紙中很難準(zhǔn)確定位，而這就可以借助AutoCADPlant3D的拼湊和自定義設(shè)備讓設(shè)計(jì)人員在圖紙中準(zhǔn)確地進(jìn)行建模，并精確地統(tǒng)計(jì)管道的長度。

圖1~圖2為筆者使用P3D完成的已建項(xiàng)目粗篩工段和制漿生產(chǎn)線的三維工廠模型。

圖1粗篩工段模型（隱藏柱網(wǎng)）

圖2制漿生產(chǎn)線模型（隱藏柱網(wǎng)）

2.1.3結(jié)構(gòu)建造

AutoCADPlant3D的結(jié)構(gòu)元素能夠幫助設(shè)計(jì)人員確定項(xiàng)目模型中的沖突等問題，創(chuàng)建包括AISC鋼構(gòu)件和結(jié)構(gòu)裝飾件，如樓梯和護(hù)籠梯等參數(shù)化的結(jié)構(gòu)元素，還使其能夠從外部參考AutodeskRevitStructure軟件和AutoCADStructuralDetailing軟件等應(yīng)用程序創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)工程圖。

2.2 功能使用情況

2.2.1 生成施工圖和ISO圖（單管圖）

對于制漿造紙工程來說，自然少不了管線的ISO圖、正交視圖以及其他相關(guān)的施工文檔，其設(shè)計(jì)和統(tǒng)計(jì)的工作時(shí)間之長令人望而生怯，但是現(xiàn)在，通過AutoCADPlant3D便可以輕松地從三維模型生成和共享這類文檔，并能夠與三維模型直接交換信息，大大提高了項(xiàng)目的工作效率。2.2.2 自動(dòng)生成材料報(bào)表[3]

值得一提的是，AutoCADPlant3D在生成材料表方面已經(jīng)方便到可直接導(dǎo)入和導(dǎo)出到EXCEL中進(jìn)行編輯的程度，便于設(shè)計(jì)人員及時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)。雖然在項(xiàng)目的初設(shè)期無法避免圖紙的反復(fù)修改，但是基于AutoCADPlant3D的這一優(yōu)越性能，確保了統(tǒng)計(jì)材料工作的準(zhǔn)確性。

圖3ISO圖（單管圖）及材料表

2.2.3 實(shí)時(shí)在模型中搜索、查詢

二維時(shí)代的圖紙修改、材料統(tǒng)計(jì)乃至查閱數(shù)據(jù)都是非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力的，而這樣的痛苦又要伴隨圖紙的反復(fù)修改而不斷經(jīng)歷，所以，AutoCADPlant3D對于復(fù)雜和龐大的項(xiàng)目最重要的作用之一就是，在三維模型建成之后可根據(jù)特定的搜索標(biāo)準(zhǔn)生成材質(zhì)列表、創(chuàng)建報(bào)表，并支持搜索、查詢和處理工程圖中的數(shù)據(jù)，幫助設(shè)計(jì)人員更加輕松地審閱和編輯工程圖中的數(shù)據(jù)，減輕工作強(qiáng)度，節(jié)約時(shí)間成本。隨后可以將信息導(dǎo)出為管件格式（PCF）文件，以便集成到其它應(yīng)用程序中，如用于應(yīng)力分析與生成線軸的應(yīng)用程序。

3P3D在項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

3.1 在項(xiàng)目信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

不論對于EPC（工程總承包）還是其他方式承包的項(xiàng)目，首先，基于三維實(shí)體建模的技術(shù)方案涵蓋了全面的項(xiàng)目技術(shù)信息，由于設(shè)計(jì)效率的提高而能進(jìn)入信息管理系統(tǒng)，并能隨著項(xiàng)目不斷進(jìn)展而提供實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)資料，其不斷擴(kuò)充的各類數(shù)據(jù)庫甚至能提供超出本項(xiàng)目所涉范圍的技術(shù)信息，供項(xiàng)目管理者作對比。其次，軟件自身能以項(xiàng)目為單位進(jìn)行統(tǒng)一合理編碼，按專業(yè)分區(qū)分類別布置，且對外部軟件具有良好的包容性和便捷的輸出接口，比較容易融入項(xiàng)目管理信息系統(tǒng)，只要設(shè)定了訪問權(quán)限限制，可以方便快捷地取用所需技術(shù)圖紙資料和各種報(bào)表以及保密控制。

3.2 在工程造價(jià)管理中的應(yīng)用

以P3D格式存放的已竣工或在建工程與擬建工程結(jié)構(gòu)特征和設(shè)計(jì)內(nèi)容一致的類似工程預(yù)算資料,可以為項(xiàng)目前期工程經(jīng)濟(jì)評價(jià)提供直觀的參考依據(jù)，使已竣工工程造價(jià)數(shù)據(jù)源自動(dòng)成為其他相關(guān)工程造價(jià)應(yīng)用的數(shù)據(jù)源成為可能。

P3D三維實(shí)體建模設(shè)計(jì)方式與傳統(tǒng)二維方式相比，在設(shè)計(jì)階段可節(jié)約時(shí)間和金錢達(dá)60%以上，實(shí)體建模完成后，其分部工程也相應(yīng)確定，可同時(shí)產(chǎn)生各類元件、設(shè)備、材料的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，直接為確定工程量清單提供了明確的依據(jù)。

P3D增強(qiáng)了項(xiàng)目管理功能，加強(qiáng)了對設(shè)計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制，能產(chǎn)生各種圖紙和數(shù)據(jù)庫修改的歷史報(bào)告，解決了工程造價(jià)軟件能編制工程（預(yù)）決算而缺乏審核功能這一難題。

3.3 在施工過程和竣工后運(yùn)營中的應(yīng)用

P3D將項(xiàng)目施工中所需的技術(shù)信息明晰化，精確化，從而具體、形象、全面反映工程項(xiàng)目的全貌。其建模特征的可拓展性，使工程各個(gè)專業(yè)的施工管理可不斷深化延展。尤其是P3D為項(xiàng)目竣工保留的三維技術(shù)資料，從一個(gè)入口進(jìn)入，可以方便直觀地查詢?nèi)魏我粋€(gè)原件、設(shè)備等的相關(guān)資料，極大地便利了項(xiàng)目運(yùn)行后的維護(hù)。

3.4 方便運(yùn)營后的技術(shù)改造和革新

用P3D設(shè)計(jì)完成的項(xiàng)目，利用保留的技術(shù)資料，可直接進(jìn)行便捷的管道改造，工藝變更，設(shè)備增加等等技術(shù)改造，而不需要像傳統(tǒng)的CAD二維設(shè)計(jì)一樣，繪制多幅圖紙，也不會出現(xiàn)材質(zhì)、閥門等的選擇和材料統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。改造后自動(dòng)生成的材料清單能最大程度地接近真實(shí)施工所需數(shù)量，減少了材料浪費(fèi)，對運(yùn)營后生產(chǎn)、檢修成本起到了非常好的控制作用。

3.5 方便員工培訓(xùn)，縮減培訓(xùn)成本

由于P3D能完全真實(shí)地呈現(xiàn)工廠全貌，對于業(yè)主來講，員工能得以在電腦上實(shí)現(xiàn)工廠的實(shí)境漫游，身臨其境地實(shí)現(xiàn)不出戶查看工廠每一處細(xì)節(jié)，熟知各個(gè)閥門的位置，各個(gè)管道的走向，為工廠的投產(chǎn)和生產(chǎn)運(yùn)營打下非常好的基礎(chǔ)，若與其他的控制仿真軟件結(jié)合，將在傳統(tǒng)培訓(xùn)所需時(shí)間的1/10或者更少內(nèi)實(shí)現(xiàn)對新工廠新項(xiàng)目熟悉、掌握，培訓(xùn)成本得以縮減十倍乃至上百倍，適應(yīng)當(dāng)今激烈的市場競爭，為企業(yè)快速發(fā)展，獲得經(jīng)濟(jì)效益贏得先機(jī)。

4 結(jié)語

根據(jù)筆者自己設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，繪制制漿生產(chǎn)線三維工廠模型，可以在短時(shí)間內(nèi)生成準(zhǔn)確的材料表、施工圖、單線圖和設(shè)備管道布置圖，相信如果能有一個(gè)團(tuán)隊(duì)分工合作，將能以超過常規(guī)N倍的速度完成一個(gè)工廠的設(shè)計(jì)。

綜上所述，三維工廠設(shè)計(jì)軟件擁有眾多的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢，工廠設(shè)計(jì)進(jìn)入三維化是現(xiàn)今的發(fā)展趨勢，無論對于設(shè)計(jì)院、工程公司，還是業(yè)主，極早引入三維工廠設(shè)計(jì)軟件，都能提升工作效率，降低投資成本，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]徐超，趙芳.制漿造紙工程三維設(shè)計(jì)軟件--CadMatic[J]，中華紙業(yè),2012,33(18):91-93.

[2]徐會穎，張全武，袁成強(qiáng)，劉即強(qiáng).PDMS在造紙廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]，中華紙業(yè),2014,35(20):20-21.

[3]汪駿，梁斌，楊能生，單曉飛.制漿造紙工程設(shè)計(jì)管理精細(xì)化[J]，中華紙業(yè)，2013，34(17):65.