陳旸

摘 要：現(xiàn)今時(shí)代，各種先進(jìn)技術(shù)層出不窮。其中，三維軟件具有較強(qiáng)的三維沉浸感和交互性，對(duì)于現(xiàn)實(shí)仿真和場景模擬具有重要的意義。地下管網(wǎng)是城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的重要基礎(chǔ)信息，也是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理工作中尤為重要的一環(huán)。管網(wǎng)三維自動(dòng)建模能夠快速構(gòu)建三維場景，逼真地展現(xiàn)管網(wǎng)的形態(tài)和地下分布，對(duì)于管理和維護(hù)管網(wǎng)設(shè)施具有重要作用。因此，快速精細(xì)地構(gòu)建大范圍的地下管網(wǎng)三維虛擬場景顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：三維軟件;管道設(shè)計(jì);化工領(lǐng)域

0 引言

在化工裝置建設(shè)過程中，相對(duì)于設(shè)備、電儀等其他專業(yè)，管道安裝涉及到大量的材料、焊接、檢驗(yàn)等信息，信息的準(zhǔn)確性及前后邏輯關(guān)系嚴(yán)密，管理難度比較大。當(dāng)前，國家關(guān)于建筑業(yè)三維技術(shù)的推廣力度正在不斷加大，如何借助該技術(shù)，結(jié)合信息化管理手段，將兩者應(yīng)用于后續(xù)施工階段管理，不僅可以進(jìn)行數(shù)據(jù)信息間的高效傳輸，同時(shí)以實(shí)現(xiàn)施工可視化管理為目標(biāo)，成為了我們的研究方向。

1 三維管道設(shè)計(jì)軟件優(yōu)勢

1.1 擁有自主數(shù)據(jù)庫

國外軟件往往提供少量的標(biāo)準(zhǔn)件，而其他規(guī)格的管道配件則是需要大量工時(shí)建模的特殊件。而國內(nèi)軟件則良好地實(shí)現(xiàn)了配件的客制化、國標(biāo)化，建模快捷迅速，參數(shù)修改方便，減少了設(shè)計(jì)建模的工時(shí)。

1.2 實(shí)時(shí)漫游技術(shù)

SPDA等國產(chǎn)軟件配備有強(qiáng)大的模型漫游技術(shù)，可以從任意視角實(shí)現(xiàn)對(duì)三維管線模型的檢查，防撞評(píng)估等，直觀地反映了工程設(shè)計(jì)的整體思路，有利于減少實(shí)際施工中出現(xiàn)的各類風(fēng)險(xiǎn)。

2 三維軟件管道設(shè)計(jì)在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 工程數(shù)據(jù)處理

三維配管軟件通常帶有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理庫，通常包含標(biāo)準(zhǔn)化和客制化的元件庫，管道等級(jí)庫和圖形庫等，主要負(fù)責(zé)統(tǒng)籌各類管道的碰撞條件、單位制度，元件的類型（緊固件、標(biāo)準(zhǔn)件、客制化特殊件、管道件等），并且配合圖形庫的強(qiáng)大輸出調(diào)用功能實(shí)現(xiàn)從元件數(shù)據(jù)到建模調(diào)用的無縫銜接和直觀對(duì)應(yīng)。工程數(shù)據(jù)庫的建立，保證了各類元件在其參數(shù)、特殊功能、規(guī)格上的可溯源性和一一對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了配管施工過程的精準(zhǔn)度和高效性，保障了施工的質(zhì)量安全，減小工程的整體風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 工程構(gòu)筑物及設(shè)備建模

這一過程需要預(yù)先進(jìn)行軸網(wǎng)圖的生成，為構(gòu)筑物模型搭建、設(shè)備定位和進(jìn)一步的管道建模提供基準(zhǔn)化的參考，保證了后續(xù)施工的參數(shù)一致性。構(gòu)筑物建模過程主要是實(shí)現(xiàn)管道布局過程中各管道之間空間關(guān)系的確立，對(duì)后續(xù)的碰撞檢查實(shí)現(xiàn)了有據(jù)可查。工程設(shè)備建模是利用軟件自帶標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備庫和可編輯的客制化特殊設(shè)備庫數(shù)據(jù)，即時(shí)生成標(biāo)準(zhǔn)模型和非標(biāo)準(zhǔn)的拼接模型，確立插件的具體參數(shù)，通過設(shè)備模型插入，模型參數(shù)修改，設(shè)備管嘴調(diào)整等工序?qū)崿F(xiàn)對(duì)管線布局設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)的定位。

2.3 三維管道建模

三維管道建模是利用軟件的P&ID模塊繪制或者導(dǎo)入PID圖，根據(jù)不同的管道參數(shù)和管道信息，以工程設(shè)備建模中的管嘴為起始點(diǎn)和終止點(diǎn)進(jìn)行逐條配管。通常三維管道建模軟件提供手動(dòng)和自動(dòng)配管兩種模式，通過鏡像、復(fù)制等操作實(shí)現(xiàn)快速配管，并且通過軟件相關(guān)的管道數(shù)據(jù)編輯器對(duì)已配管的管件實(shí)現(xiàn)各類參數(shù)的操作修改及刪除等功能。三維管道建模軟件在配管過程中，能夠充分考慮管道布局的美觀性、經(jīng)濟(jì)性、易操作性、安全性和易維護(hù)性，對(duì)比傳統(tǒng)的配管方式，極大提高了配管效率和配管質(zhì)量，且能配合三維管道建模軟件實(shí)現(xiàn)模型的驗(yàn)證和瀏覽功能。

2.4 模型驗(yàn)證

經(jīng)過三維管道建模軟件的配管工序，需要對(duì)模型進(jìn)行多方面的質(zhì)量檢查，主要包括管道碰撞檢查，管件數(shù)據(jù)檢查，模型設(shè)計(jì)檢查以及應(yīng)力計(jì)算等方面。管道碰撞檢查是結(jié)合構(gòu)筑物建模，通過預(yù)先設(shè)定的各類管件碰撞條件和構(gòu)筑物建模的空間關(guān)系，經(jīng)過數(shù)據(jù)初始化后對(duì)已經(jīng)完成的三維管道建模進(jìn)行檢查，對(duì)不滿足碰撞要求的部件進(jìn)行報(bào)錯(cuò)，提醒設(shè)計(jì)人員進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的修改或者模型的重建;管件數(shù)據(jù)檢查主要是對(duì)管件數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，自動(dòng)糾正數(shù)據(jù)偏差;模型設(shè)計(jì)檢查保證了管件之間連接邏輯的合理性、管件和連接件之間參數(shù)的匹配性以及墊片壓力等配管邏輯的檢查。部分配管軟件如SPDA還提供了模型應(yīng)力的計(jì)算接口，通過導(dǎo)出模型至專業(yè)的應(yīng)力分析軟件CAESARⅡ，對(duì)模型的應(yīng)力情況進(jìn)行分析。經(jīng)過模型驗(yàn)證之后，對(duì)各管道參數(shù)實(shí)現(xiàn)了修正和改良，生成了最終的管道建模。

2.5 工程圖紙輸出

三維管道建模軟件能夠根據(jù)上述工序中涉及的管件參數(shù)和模型設(shè)計(jì)即時(shí)輸出需求的管道工藝平面（立面）圖、ISO單線軸側(cè)圖、管件數(shù)據(jù)和綜合材料表等。極大減少了人工參與度，為實(shí)際施工提供了標(biāo)準(zhǔn)化參考。軟件可以根據(jù)建模參數(shù)，逐層對(duì)模型進(jìn)行剖切，自動(dòng)標(biāo)注各類圖紙的材料統(tǒng)計(jì)表等參數(shù)。其輸出時(shí)間短、繪制精確度高，極大減少了設(shè)計(jì)工序的時(shí)間消耗。

3 結(jié)語

三維軟件管道設(shè)計(jì)在化工領(lǐng)域展示了強(qiáng)大的建模能力，其模型的準(zhǔn)確性、安全性、高效性和經(jīng)濟(jì)性相較于傳統(tǒng)人工設(shè)計(jì)都有著極大的進(jìn)步，推動(dòng)了管道工程現(xiàn)代化、數(shù)字化的進(jìn)程，極大減少了配管工藝的設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，三維管道設(shè)計(jì)軟件將進(jìn)一步擴(kuò)展其潛力，使得配管工藝更加科學(xué)化、智能化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張弓，鄭文青，李玉芳，等.一種基于AutoCAD的管線三維建模方法研究[J].地理空間信息，2014，12（6）：153-155.

[2]李清泉，嚴(yán)勇，楊必勝，等.地下管線的三維可視化研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)信息科學(xué)版，2003，28（3）：253-256+277-279.