劉方龍

(中藍(lán)長(zhǎng)化工程科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410116)

1 SmartPlant 3D介紹

SmartPlant 3D是由美國(guó)Intergraph公司推出的新一代三維設(shè)計(jì)軟件。它與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)軟件相比有著鮮明的特點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)行業(yè)。SmartPlant 3D使用獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)設(shè)置不同的task模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)多專業(yè)、多人協(xié)同設(shè)計(jì)，使得各專業(yè)之間及時(shí)協(xié)調(diào)成為可能。同時(shí)，該軟件在為用戶提供三維建模、設(shè)備及管道布置、儀表及橋架布置等功能外，還提供碰撞檢查、材料統(tǒng)計(jì)、成品圖繪制等服務(wù)[1-3]。在壓力管道項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中，SmartPlant 3D軟件相比于傳統(tǒng)的二維軟件有著更為直觀、易懂，問(wèn)題暴露更明顯，碰撞發(fā)現(xiàn)更及時(shí)等特點(diǎn)，從而在一定范圍內(nèi)縮短設(shè)計(jì)復(fù)核周期，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量[4]。

2 壓力管道復(fù)原項(xiàng)目簡(jiǎn)介

湖北某化工公司(以下簡(jiǎn)稱“公司”)是湖北省重點(diǎn)企業(yè)，隸屬于中國(guó)海洋石油總公司，注冊(cè)資金11億元，是一家以兼磷礦開(kāi)采、加工、銷售，磷肥、磷酸生產(chǎn)、銷售為一體的大型企業(yè)。公司一期于20世紀(jì)90年代設(shè)計(jì)，并于2005-04建成投產(chǎn)，主要生產(chǎn)磷肥及復(fù)合肥，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能50萬(wàn)t/a。由于一期設(shè)計(jì)時(shí)間年代久遠(yuǎn)，施工圖紙均為手繪，圖紙質(zhì)量相對(duì)較差，加上該公司的二期改造過(guò)程中對(duì)圖紙多次使用，使得一期部分圖紙出現(xiàn)損毀，遺失等情況。與此同時(shí)，公司對(duì)一期管道進(jìn)行多次改造，改造后現(xiàn)場(chǎng)管道實(shí)際情況與圖紙有較大差異，使得該公司在對(duì)管道進(jìn)行壓力管道年審及備案的過(guò)程中遇到重重阻礙。為實(shí)現(xiàn)壓力管道的重新備案，該公司計(jì)劃復(fù)原現(xiàn)有廠區(qū)一期壓力管道所有圖紙。

3 壓力管道復(fù)原項(xiàng)目中SmartPlant 3D的優(yōu)勢(shì)

該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，并在SmartPlant 3D中建模的方法實(shí)現(xiàn)模型復(fù)原，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圖紙復(fù)原。該方法與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)在此類設(shè)計(jì)中有著明顯的優(yōu)勢(shì)[4]：

(1)SmartPlant 3D建模更為直觀。如果將現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)變?yōu)閭鹘y(tǒng)的二維管道圖紙，不僅需要設(shè)計(jì)人員有良好的空間思維能力，還需要有著良好的觀察力和敏銳的洞察力，能將測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤的轉(zhuǎn)化為二維管道圖。同時(shí)，此過(guò)程還需要一段時(shí)間的理解和轉(zhuǎn)化，使得整個(gè)設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)；而使用SmartPlant 3D進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可省略思維轉(zhuǎn)化過(guò)程，直觀地在模型中表達(dá)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。

(2)SmartPlant 3D建模反饋更及時(shí)、更直接。使用SmartPlant 3D進(jìn)行建模，可以實(shí)現(xiàn)將測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)換為實(shí)體模型，現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)可以非常生動(dòng)的在模型中進(jìn)行展示，使得設(shè)計(jì)人員以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪人員在第一時(shí)間就能將模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模型中的問(wèn)題，分析其是否為測(cè)量的原因或是設(shè)計(jì)的原因，及時(shí)進(jìn)行復(fù)測(cè)并對(duì)模型的修改。確保模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相一致。

(3)SmartPlant 3D能夠及時(shí)處理管道碰撞。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，無(wú)論是新建項(xiàng)目還是改擴(kuò)建項(xiàng)目，管道碰撞問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，這其中就包括管道與管道碰撞 ，管道與建筑物碰撞等，主要原因在于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段中無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)碰撞，完全依賴設(shè)計(jì)人員自身的細(xì)節(jié)把握程度。同時(shí)，不同專業(yè)的圖紙往往不在同一張圖紙上體現(xiàn)，對(duì)于專業(yè)與專業(yè)之間的碰撞則難以發(fā)現(xiàn)。而SmartPlant 3D可以很好的解決這一問(wèn)題，它的協(xié)同設(shè)計(jì)模塊正是為了處理這種情況而設(shè)計(jì)[3]。項(xiàng)目中，由于測(cè)量本身的誤差，測(cè)量原點(diǎn)的選擇、以及改造后設(shè)備發(fā)生微小位移、地勢(shì)發(fā)生輕微下沉等眾多因素，使測(cè)量數(shù)值本身與一期圖紙有差異，很多管道的測(cè)量數(shù)據(jù)本身即存在碰撞。在進(jìn)行三維建模后，這一系列的問(wèn)題逐一顯現(xiàn)，通過(guò)對(duì)于問(wèn)題較大的管道選取相同原點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了模型對(duì)實(shí)體的正確復(fù)原，避免了碰撞情況的發(fā)生。

(4)SmartPlant 3D在材料統(tǒng)計(jì)方面的巨大優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，管道材料統(tǒng)計(jì)往往通過(guò)設(shè)計(jì)人員的圖紙進(jìn)行累加統(tǒng)計(jì)，耗時(shí)巨大且準(zhǔn)確度低。項(xiàng)目中，由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用管道材料數(shù)量巨大，需要現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工統(tǒng)計(jì)幾乎不可能，SmartPlant 3D很好地解決了這一問(wèn)題。SmartPlant 3D有著自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，待將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建好后，就可以根據(jù)模型自行統(tǒng)計(jì)材料，極大地節(jié)省了設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)周期。相關(guān)資料顯示，只要模型和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相符，SmartPlant 3D將得出與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際相符的材料數(shù)量[6]。

4 壓力管道圖紙復(fù)原項(xiàng)目實(shí)施

4.1 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪

根據(jù)項(xiàng)目廠區(qū)管道的特點(diǎn)，采用RTK定位技術(shù)及全站儀兩種測(cè)量方法相互配合的方式進(jìn)行測(cè)量，這種方式有利于測(cè)量數(shù)據(jù)的復(fù)核，提高數(shù)據(jù)測(cè)量的精度。測(cè)量后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理，形成初步的管道走向及標(biāo)高圖，作為三維建模的輸入資料。測(cè)繪坐標(biāo)及標(biāo)高圖見(jiàn)圖1。

圖1 測(cè)繪坐標(biāo)及標(biāo)高圖Fig.1 Mapping coordinates and elevation map

4.2 三維建模

利用測(cè)繪產(chǎn)生的數(shù)據(jù)使用SmartPlant 3D軟件進(jìn)行三維建模。

不同于常規(guī)設(shè)計(jì)軟件，SmartPlant 3D是基于數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)軟件，即它的所有數(shù)據(jù)均存在于服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，所以在使用過(guò)程中也與常規(guī)軟件有所不同。SmartPlant 3D有一套功能強(qiáng)大的“過(guò)濾器”(Filter)系統(tǒng)，每次進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需使用過(guò)濾器工具從服務(wù)器中調(diào)取數(shù)據(jù)，同時(shí)每次完成的過(guò)程文件都將儲(chǔ)存在服務(wù)器中。調(diào)取的數(shù)據(jù)根據(jù)所屬模塊又分為“設(shè)備”(Equipment and Furnishings)、“管道”(Piping)、“結(jié)構(gòu)”(Structure)、“電器”(Electrical)等等[5]，該項(xiàng)目主要使用的為設(shè)備及管道模塊。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪的坐標(biāo)及尺寸，使用“結(jié)構(gòu)”模塊進(jìn)行設(shè)備建模，SmartPlant 3D設(shè)備建模采用模塊組合的方式，將一個(gè)設(shè)備細(xì)分為不同形狀的小模塊，對(duì)小模塊分別進(jìn)行建模，再進(jìn)行重新組合，這種化整為零的方式使得任何復(fù)雜的大型設(shè)備都能通過(guò)有效的分解作業(yè)實(shí)現(xiàn)快速搭建。圖2為現(xiàn)場(chǎng)大型球罐實(shí)體模型。

由圖2可知，此次建模將球罐分解為球體，支撐支腿及附帶小型零件，各部分單獨(dú)建模再進(jìn)行組合，較好地完成了設(shè)備模型的還原工作。

圖2 大型球罐實(shí)體模型Fig.2 Solid model of large spherical tank

管道建模是此項(xiàng)目的重中之重，SmartPlant 3D擁有一個(gè)強(qiáng)大的管道模塊，它在管道設(shè)計(jì)中的虛擬計(jì)算、管道元件自動(dòng)生成、管道材料自主篩選及統(tǒng)計(jì)方面有著比較高的智能性[6]。該項(xiàng)目將測(cè)繪數(shù)據(jù)進(jìn)行整理后進(jìn)行管道建模，建模后及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行比對(duì)，及時(shí)進(jìn)行修改和完善，體現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)反饋及時(shí)、設(shè)計(jì)精確的優(yōu)勢(shì)。圖3為設(shè)備管道模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的對(duì)比。

圖3 設(shè)備及管道模型與實(shí)際情況對(duì)比圖Fig.3 Comparison between equipment and pipeline model and actual situation

從圖3可以看出，設(shè)備及管道建模工作較好地完成了項(xiàng)目復(fù)原工作，使模型能夠較好地反映現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)情況，非常直觀地將廠區(qū)設(shè)備表達(dá)在了屏幕上，方便審查的同時(shí)也為接下來(lái)的出圖工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這些均是傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)所無(wú)法到達(dá)的。

4.3 成品出圖

SmartPlant 3D有著自主的三維向二維圖紙轉(zhuǎn)換功能并能自動(dòng)統(tǒng)計(jì)管道材料，其自帶的報(bào)表(Drawings and Reports)系統(tǒng)可以滿足不同輸出條件下的應(yīng)用，基本涵蓋國(guó)內(nèi)各種項(xiàng)目的出圖需求[6-7]。項(xiàng)目使用管道等級(jí)表作為輸入文件在軟件中形成管道材料庫(kù)，利用材料庫(kù)出具管道綜合材料表，管道布置圖，管道軸測(cè)圖等文件。表1為管道綜合材料表。

表1 管道綜合材料表Tab.1 Comprehensive material list of pipeline

管道布置圖和管道軸測(cè)圖在生成以后，由于不同于國(guó)內(nèi)的出圖習(xí)慣，所以需要使用SmartPlant 3D自帶的SmartSketch Dwaring Editor 軟件進(jìn)行編輯，轉(zhuǎn)化為常規(guī)設(shè)計(jì)使用的DWG文件，在對(duì)該文件進(jìn)行習(xí)慣化設(shè)計(jì)修改后，方可進(jìn)行出圖[8]。圖4為管道布置圖，圖5為管道軸測(cè)圖。

圖4 管道布置圖Fig.4 Piping layout

圖5 管道軸側(cè)圖Fig.5 Pipe shaft side view

5 結(jié)語(yǔ)

SmartPlant 3D是目前比較先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件，其強(qiáng)大的模塊化功能及先進(jìn)的數(shù)據(jù)運(yùn)算儲(chǔ)存方式，使得其在數(shù)據(jù)庫(kù)編輯、實(shí)體建模、成品圖紙風(fēng)格定制、設(shè)計(jì)碰撞檢查、材料統(tǒng)計(jì)等方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)，其自帶的編輯模塊還支持用戶對(duì)其進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，表現(xiàn)出了良好的拓展性和適應(yīng)性[3]。在圖紙復(fù)原類似的項(xiàng)目中，其所帶來(lái)的直觀感受及精確表達(dá)是其他軟件無(wú)法比擬的，這給業(yè)主方及建設(shè)方對(duì)圖紙進(jìn)行審查提供良好的平臺(tái)。同時(shí)也確保了此類項(xiàng)目出圖的內(nèi)容符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。隨著各工程公司設(shè)計(jì)水平的不斷提升，各大型項(xiàng)目國(guó)際化的不斷推進(jìn)，使用好三維設(shè)計(jì)軟件將是未來(lái)設(shè)計(jì)人員的必修課，該軟件對(duì)于國(guó)內(nèi)工程公司提升設(shè)計(jì)手段，與國(guó)際接軌，不斷提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力有著重大的意義。