PDMS在海洋平臺HVAC專業(yè)三維設(shè)計中的應(yīng)用與開發(fā)

張 凱

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

PDMS在海洋平臺HVAC專業(yè)三維設(shè)計中的應(yīng)用與開發(fā)

張 凱

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

海洋平臺設(shè)計中HVAC專業(yè)在PDMS三維建模、系統(tǒng)布置圖繪制等環(huán)節(jié)需要耗費大量的設(shè)計工時。為了提升PDMS在海洋平臺HVAC系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用水平,提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量,以現(xiàn)有PDMS的設(shè)計能力為基礎(chǔ),優(yōu)化專業(yè)設(shè)計流程。通過對PDMS進行二次開發(fā),完善了系統(tǒng)元件庫和等級庫,開發(fā)了出圖工具,實現(xiàn)了利用PDMS出HVAC系統(tǒng)布置圖、剖面圖,生成材料表等功能。經(jīng)實際項目驗證,出圖工具的使用節(jié)省了大量設(shè)計工時,可顯著提高HVAC系統(tǒng)的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

PDMS；二次開發(fā)；元件庫；等級庫；出圖工具；HVAC

0 前言

Plant Design Management System(簡稱PDMS)由于三維設(shè)計和數(shù)據(jù)庫管理功能強大、操作簡單等特點[1],已在海洋平臺設(shè)計過程中廣泛應(yīng)用并發(fā)揮了重要作用[2]。海洋平臺空間相對狹小,設(shè)備、管線、托架等布置緊湊,在三維環(huán)境中實現(xiàn)多專業(yè)的協(xié)同合作[3],用三維設(shè)計方法建立的管道[4-6]、設(shè)備[7]、結(jié)構(gòu)[8]、電纜橋架、暖通系統(tǒng)[9]等三維模型,能直觀、真實地反映其在平臺中的空間關(guān)系,利于設(shè)計中選用最優(yōu)的布置方案[3]。根據(jù)項目的不同需求進行軟件的二次開發(fā),實現(xiàn)建模、抽圖、出料等功能[10-12],可極大地提高設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率。由于海洋平臺詳細設(shè)計階段周期短,且多專業(yè)協(xié)作工作量大,HVAC專業(yè)PDMS三維建模、系統(tǒng)布置圖繪制等各環(huán)節(jié)均需要耗費大量的設(shè)計工時[13]，為了提高PDMS在海洋平臺HVAC專業(yè)的應(yīng)用水平,提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量,需以三維模型為中心,對專業(yè)設(shè)計流程進行優(yōu)化,并進行軟件的二次開發(fā)等相關(guān)工作。

1 PDMS應(yīng)用現(xiàn)狀

圖1 常規(guī)HVAC系統(tǒng)設(shè)計流程

常規(guī)海洋平臺HVAC系統(tǒng)設(shè)計過程中使用PDMS的主要功能是三維建模和檢查碰撞。將暖通空調(diào)的設(shè)計三維建模,可以直觀地檢查與其它專業(yè)的相互位置和關(guān)系,檢查碰撞,實現(xiàn)各專業(yè)的空間設(shè)計優(yōu)化。常規(guī)HVAC系統(tǒng)設(shè)計流程見圖1。設(shè)計過程中,對平面文件進行修改后,還需在三維模型中進行修改。若在三維模型中出現(xiàn)碰撞,則在三維模型中修改后還需在平面文件中進行修改,二維設(shè)計與三維建模出現(xiàn)脫節(jié),不但設(shè)計效率較低,而且平面文件和三維模型不同步,容易出現(xiàn)錯誤。整個設(shè)計過程中PDMS僅僅作為檢查碰撞的工具,沒有充分發(fā)揮其三維設(shè)計的能力。

2 PDMS的二次開發(fā)

為了提高HVAC系統(tǒng)設(shè)計的工作效率、簡化設(shè)計流程、提高設(shè)計質(zhì)量、充分發(fā)揮PDMS的設(shè)計能力、加強專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計能力,以現(xiàn)有PDMS的設(shè)計能力為基礎(chǔ),加深PDMS在HVAC系統(tǒng)的設(shè)計能力,對軟件進行二次開發(fā)[14-17],以實現(xiàn)采用三維設(shè)計的新方法進行HVAC系統(tǒng)設(shè)計,加深PDMS在HVAC系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用程度,提高HVAC系統(tǒng)設(shè)計的效率。

2.1 PDMS的應(yīng)用前景

在PDMS中進行HVAC系統(tǒng)三維設(shè)計的方法使設(shè)計流程發(fā)生了根本變化,其過程可總結(jié)為:在設(shè)計計算完成后,經(jīng)過空間規(guī)劃,直接在PDMS中進行風(fēng)機、風(fēng)管、風(fēng)閘等系統(tǒng)元件的布置設(shè)計,同時可以實時檢查與其他專業(yè)的交叉碰撞問題,及時協(xié)調(diào)解決碰撞。然后從三維模型中切出平面布置圖。其設(shè)計流程見圖2。

圖2 HVAC系統(tǒng)三維設(shè)計流程優(yōu)化

HVAC三維設(shè)計方法的采用,充分有效地利用了PDMS的三維設(shè)計能力,大大加強了對PDMS的使用深度。與現(xiàn)行設(shè)計方法相比,直接在PDMS中進行系統(tǒng)的三維設(shè)計,實現(xiàn)了三維模型與平面文件的完全統(tǒng)一。利用出圖工具,可以從三維模型中直接定制、抽取系統(tǒng)布置圖及局部詳圖,減少了人工利用AutoCAD軟件繪圖出圖的過程。同時,系統(tǒng)可自動提取元件的相關(guān)信息并統(tǒng)計生成材料報表,減少了元件和材料統(tǒng)計的工作量。此外,隨著出圖工具的強化,支架圖及安裝詳圖的出圖工作也可在軟件中實現(xiàn)。因此采用三維設(shè)計的方法大大減小了HVAC系統(tǒng)設(shè)計的工作量,顯著提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。

2.2 二次開發(fā)的主要工作

為了實現(xiàn)HVAC系統(tǒng)三維設(shè)計的功能和要求,需要在軟件現(xiàn)有功能的基礎(chǔ)上對軟件進行二次開發(fā)[18],細化元件的參數(shù)設(shè)置,完善HVAC系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,開發(fā)出圖工具。

2.2.1 HVAC元件庫的梳理

梳理HVAC系統(tǒng)元件庫的數(shù)據(jù)層次,整理HVAC系統(tǒng)設(shè)計中常用元件的種類及各元件的特征參數(shù)。掌握如何創(chuàng)建暖通元件、元件描述,數(shù)據(jù)集的定義和使用,元件設(shè)計參數(shù)的定義,暖通等級庫的建立,調(diào)用程序的建立與編輯。

2.2.2 HVAC系統(tǒng)標準元件庫的建立

2.2.2.1 修改元件描述

在目前HVAC元件庫中,元件的描述都是默認的,為了配合出圖及材料統(tǒng)計的要求,必須根據(jù)需要修改元件描述。

2.2.2.2 增加新元件

雖然PDMS自帶的元件庫中包含許多常用的元件,但遠不能達到HVAC材料統(tǒng)計和HVAC出圖及標注的要求,所以根據(jù)海洋石油平臺的需要在軟件自帶元件庫的基礎(chǔ)上進行細化,新建了一批元件并對原有的元件進行維護,如對風(fēng)閘進行細化,在防火風(fēng)閘的基礎(chǔ)上建立了重力風(fēng)閘、止回風(fēng)閘、容積風(fēng)閘等。

2.2.3 HVAC等級庫的完善

為了達到出圖要求及設(shè)計要求,需要完善海上平臺風(fēng)管的材料種類和等級,細化風(fēng)管的規(guī)格、厚度、標準長度、連接型式等參數(shù)。

2.2.4 HVAC出圖工具開發(fā)

在現(xiàn)有出圖工具的基礎(chǔ)上進行開發(fā),實現(xiàn)局部詳圖、材料表、標高、元件編號等功能,達到出圖要求。

3 HVAC系統(tǒng)元件庫的完善

PDMS是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的三維設(shè)計軟件,而三維建模,最終成品的正確、可靠,以及設(shè)計效率的提高,都建立在完整的元件庫和等級庫基礎(chǔ)之上。建立通用的元件庫和等級庫,以便在所有的工程中得到利用,隨著三維設(shè)計的積累,元件庫、等級庫不斷的完善,設(shè)計效率將會得到極大的提高。因此,標準元件庫的建立是進行二次開發(fā)的一項重要內(nèi)容[19]。

3.1 Paragon模塊介紹

Paragon模塊用于建立元件庫的維護,在可視化環(huán)境中可以定義各種復(fù)雜的元件,特殊元件的建立不需要編程。Paragon的“所見即所得”功能,可以立即看到每一次改變后的效果；特殊元件的建立不需要編程；創(chuàng)建等級,包括管道等級、管嘴等級、電纜橋架等級和鋼結(jié)構(gòu)等級等所有的PDMS等級。

3.2 建立新元件

3.2.1 項目建庫過程

項目建庫過程,一般在建立模型之前啟動進行。其主要步驟為:

1)確定建庫內(nèi)容,參考項目總料單。

2)元件編碼和連接形式代碼。

3)元件描述格式。

4)準備相關(guān)數(shù)據(jù)表。

5)創(chuàng)建項目元件庫。

6)生成等級,測試完善元件庫。

元件庫的維護將一直延續(xù)到項目結(jié)束。

3.2.2 生成元件的標準步驟

1)生成管理層次。

2)確定參數(shù)。

3)生成元件,輸入?yún)?shù)。

4)生成點集。

5)生成型集。

6)創(chuàng)建詳細描述。

7)創(chuàng)建材料描述。

3.2.3 元件的命名

PDMS要求數(shù)據(jù)庫中的每一元素有且只有唯一的命名,需要在PDMS提供的標準編碼規(guī)則的基礎(chǔ)上對元件的命名進行擴展,創(chuàng)建符合命名規(guī)則的元件。

3.2.4 元件描述

元件描述主要用于描述元件的幾何形狀和特性,在生成等級、材料報表、Isodraft料單中都要用到,涉及到出圖表達的正確與標準。PDMS保留了3個屬性用于元件描述,分別是RTEXT、STEXT和TTEXT。在本項目中主要是在RTEXT與STEXT,RTEXT中寫入描述字符串,三個屬性的用法完全一樣。需要確定本項目ISO圖、等級列表和材料報表中所用的屬性,保證所用到屬性的正確完整描述。在ISO中缺省使用的是RTEXT,INTERFACE B對應(yīng)STEXT,INTERFACE C對應(yīng)TTEXT。

3.2.5 特殊元件的添加

根據(jù)工程所需添加一些特殊元件,此類元件可能存在較多的PPOINT點,在元件建立過程中,盡可能將元件PPOINT點歸類,只設(shè)置兩個關(guān)鍵點,其他的點作為輔助點來考慮。另外,需要注意此類元件的SKEY(Symbol Key)的選用或定制,保證ISO出圖符號正確。

3.3 建立新元件

獨立創(chuàng)建新元件的過程比較復(fù)雜,需要單獨創(chuàng)建等級、點集、型集,添加描述等一系列操作,而大部分需要生成的元件都可以找到與之相近的元件,只要在已有元件的基礎(chǔ)上進行修改即可建立完全參數(shù)化的元件。例如系統(tǒng)的元件庫已有防火風(fēng)閘,我們在建立重力風(fēng)閘、止回風(fēng)閘、容積風(fēng)閘時只要將防火風(fēng)閘的等級和元件進行復(fù)制,在防火風(fēng)閘的基礎(chǔ)上進行適當修改即可,避免了大量的重復(fù)工作,提高了工作效率。

3.4 創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件

新元件在創(chuàng)建完元件庫和等級后,還需要修改并創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)文件,將新生成的元件加入到PDMS中。需要修改的數(shù)據(jù)文件包括元件分類文件、子類型文件、參數(shù)賦值和等級調(diào)用函數(shù)、元件創(chuàng)建函數(shù)、圖片信息調(diào)用文件、元件修改文件、元件創(chuàng)建和修改的窗口文件等。PDMS中數(shù)據(jù)文件都是用PML編程語言進行開發(fā)的。

3.4.1 PML編程語言介紹

Programmable Macro Language(簡稱PML)是功能強大的可編程宏語言,PML 2基于面向?qū)ο?Object Oriented)概念的編程語言,支持用戶可自定義對象類型(Object Types)。該語言簡單易學(xué),可實現(xiàn)與PDMS無縫連接,且其包含豐富的內(nèi)置函數(shù),方法及對象,是最簡單的對話框、菜單編寫語言。

3.4.2 修改及新建的數(shù)據(jù)文件

數(shù)據(jù)文件的主要功能是將新元件添加到PDMS的創(chuàng)建與修改菜單中,并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行定義。需要修改及新建的數(shù)據(jù)文件存放地址為軟件的安裝文件夾下AVEVAPdms 11.6.SP 4pdmsuideshvacadv。新建一個元件至少需要修改4個數(shù)據(jù)文件及新建4個數(shù)據(jù)文件。

數(shù)據(jù)文件創(chuàng)建完成后,進入Design->HVAC模塊,選擇Create->Rect->Options或在下拉菜單中都可看到新建的元件,說明新元件創(chuàng)建成功。

使用相同的方法,創(chuàng)建了A型、B型、C型法蘭,矩形止回風(fēng)閘、重力風(fēng)閘、容積風(fēng)閘,圓形止回風(fēng)閘、重力風(fēng)閘、容積風(fēng)閘,矩形穿艙件,圓形穿艙件,矩形不銹鋼絲網(wǎng),圓形不銹鋼絲網(wǎng)等元件,大大豐富了HVAC元件庫的類型和功能,為實現(xiàn)HVAC系統(tǒng)的平面出圖和材料清單做好了準備。

3.5 建立新元件的注意事項

1)建立新元件時,一般選擇與生成元件相近的元件修改得到,這樣便節(jié)省了創(chuàng)建點集跟型集的過程,大大加快了生成新元件的速度。

2)修改數(shù)據(jù)文件時,應(yīng)注意修改的內(nèi)容只局限于與元件和元件數(shù)據(jù)文件相關(guān)的內(nèi)容,不可擅自修改其它的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)定義。

3)非標準元件根據(jù)項目的實際情況進行特殊設(shè)計。在元件庫中先添加一個類似的元件,同時在描述中加以注釋,得到廠家提供的資料后再對元件庫中此種元件的屬性數(shù)據(jù)進行修改,保證了元件數(shù)據(jù)的準確性。

4 出圖工具的開發(fā)

4.1 目前應(yīng)用狀況

目前,PDMS提供的基本出圖功能[20]可以實現(xiàn)HVAC風(fēng)管布置、設(shè)備剖切及投影,繪制二維圖形,使用Symbol符號標注,對不同的View提供單獨的draw list。

4.2 開發(fā)需求

根據(jù)HVAC系統(tǒng)設(shè)計的需求,對出圖工具的主要要求為:

1)需要出圖的圖紙為帶MTO的HVAC系統(tǒng)布置圖;

2)出圖方式為按區(qū)域劃分出圖區(qū)域;

3)確定圖面內(nèi)容深度以及局部詳圖的出圖位置及出圖區(qū)域大小;

4)布置圖出圖內(nèi)容包括風(fēng)管布置主視圖、局部剖面詳圖、材料表等,圖面細節(jié)包括主視圖及局部詳圖中材料表對應(yīng)的元件編號、元件替代符號、流向符號等;

5)材料表可以與上一版次作對比進行保留材料序號的更新,圖上FLANGE、BOLT、NUT信息由客戶提供對照表生成材料表行;

6)材料表所統(tǒng)計材料根據(jù)客戶提供的分層信息進行統(tǒng)計。

4.3 出圖功能簡述

使用出圖工具,用戶可以通過交互式操作實現(xiàn)出圖。其可實現(xiàn)的功能有:

1)PDMS出標準圖。利用PDMS標準功能,用戶通過設(shè)定Drawlist、選定Style和Hatching Rule等,生成HVAC系統(tǒng)平面布置圖。

2)局部詳圖。通過此功能可以實現(xiàn)抽取局部詳圖,用戶可在標準圖上使用鼠標點選剖切面和輸入標高范圍并確定局部詳圖大小以及位置,并對標高進行標注。此項功能可以大大簡化局部詳圖的出圖過程。

3)HVAC符號替換。為了使設(shè)計出圖標準化,用戶從設(shè)計詳圖及局部詳圖中使用Symbol模板標注HVAC。需要在出圖時使用符合替換的元件包括風(fēng)機、熱風(fēng)機、防火風(fēng)閘、止回風(fēng)閘、重力風(fēng)閘、容積風(fēng)閘等,目前已完成元件替換符號的開發(fā)。

4)生成材料表。通過上述已出的布置圖,依據(jù)建模過程中選擇的角鋼、用戶提供的法蘭、螺栓、墊片對照表統(tǒng)計材料。此項功能可以實現(xiàn)材料統(tǒng)計的自動化及材料統(tǒng)計的精細化管理。

5)標記元件序號。在統(tǒng)計得到的材料表中按元件對應(yīng)序號標注設(shè)計詳圖、局部詳圖的序號。此項功能可以實現(xiàn)元件標注的自動化。

6)更新材料表。用戶可以在DESIGN模塊修改后選擇重新統(tǒng)計或依據(jù)上一版材料表進行更新材料表,更新后材料表序號標記如e所述。此項功能可以實現(xiàn)圖形升版時材料表的自動更新統(tǒng)計。

5 結(jié)論

通過學(xué)習(xí)PDMS在其他相關(guān)專業(yè)的先進應(yīng)用經(jīng)驗,結(jié)合軟件的功能對HVAC專業(yè)的設(shè)計流程進行了優(yōu)化,并根據(jù)項目要求完善了軟件的元件庫和等級庫,制定了可行的元件建立規(guī)則,開發(fā)了出圖功能,可出標準圖、剖面圖、料單等。通過項目實踐證明,新開發(fā)的系統(tǒng)元件庫和等級庫可滿足項目精細化建模的要求,實現(xiàn)模型與實物的對應(yīng)。抽圖工具可快速抽取HVAC系統(tǒng)布置圖,并附帶自動統(tǒng)計料單,實現(xiàn)了二維圖紙與三維模型的同步更新。極大地提高了HVAC系統(tǒng)的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量,值得進一步推廣應(yīng)用。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.014

2015-12-16

張 凱(1982-),男,山東鄒平縣人,工程師,碩士,主要從事海洋石油平臺HVAC系統(tǒng)及機械專業(yè)研究與設(shè)計工作。