三維設(shè)計(jì)軟件在核電工藝管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

文/范子坤、梁磊 中國(guó)核電工程有限公司 福建福清 350300

在之前的管道設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用二維技術(shù)來(lái)進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，技術(shù)是不斷更新的，隨著技術(shù)的發(fā)展更新，三維技術(shù)出現(xiàn)在化工的管道設(shè)計(jì)應(yīng)用中，取代了二維技術(shù)的地位。PDMS技術(shù)軟件也成為了管道設(shè)計(jì)中的理想型技術(shù)選擇。PDMS，意思是指工廠采用三維的空間，進(jìn)行管道的設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，是一個(gè)把數(shù)據(jù)作為中心的設(shè)計(jì)型的軟件。

1、PDMS比起二維的作圖軟件的優(yōu)勢(shì)

第一點(diǎn)，設(shè)計(jì)圖形的直觀性方面。PDMS比起CAD，在直觀性更具有優(yōu)勢(shì)。從設(shè)計(jì)作圖的環(huán)境上來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)，進(jìn)行設(shè)計(jì)作圖時(shí)，主要是在一個(gè)二維的空間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)作圖。而PDMS技術(shù)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，是在一個(gè)三維空間。對(duì)于設(shè)計(jì)作圖者來(lái)說(shuō)，三維的空間的模型，在位置等方面的準(zhǔn)確度要更高，并且在在作圖中，設(shè)計(jì)人員對(duì)所被設(shè)計(jì)的物體的一個(gè)空間位置，可以精確的掌握，可以有效的提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

第二點(diǎn)，在數(shù)據(jù)的共享方面。PDMS軟件的共享性比起二維設(shè)計(jì)軟件CAD要更好。共享是指信息數(shù)據(jù)的分享，通過(guò)使用PDMS軟件，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前可以吸取別人的經(jīng)驗(yàn)和方法。因?yàn)镻DMS系統(tǒng)，采用的是單一的數(shù)據(jù)庫(kù)，其中的數(shù)據(jù)包含了其他的設(shè)計(jì)人員的作品信息，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)自己的意愿，來(lái)決定是否讓別人觀看自己的作品，實(shí)現(xiàn)作品信息的共享。

第三點(diǎn)，在檢測(cè)性方面，PDMS更具有優(yōu)勢(shì)。對(duì)于化工管道的設(shè)計(jì)方面，檢測(cè)是對(duì)管道的品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，是對(duì)管道的質(zhì)量保證。在化工管道設(shè)計(jì)中，會(huì)出現(xiàn)碰撞的情況，針對(duì)管道之間會(huì)碰撞的問(wèn)題，通過(guò)采取對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)，來(lái)降低出現(xiàn)碰撞情況的次數(shù)，這也考量了設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)水平方面的高低，PDMS技術(shù)比起CAD技術(shù)，在檢測(cè)性上面，因?yàn)镻DMS可以準(zhǔn)確的反應(yīng)出，在化工管道設(shè)計(jì)中，管道和管道之間，還有和管道與管道的保溫層之間的一個(gè)碰撞，所以可以精準(zhǔn)的表現(xiàn)出碰撞的問(wèn)題。

2、PDMS在管道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)中的基本應(yīng)用

三維設(shè)計(jì)中所有的建模活動(dòng)是基于等級(jí)庫(kù)和元件庫(kù)之上進(jìn)行的，首先將核電建設(shè)中常用的各種標(biāo)準(zhǔn)件按照不同的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模并放在元件庫(kù)里，其次再通過(guò)不同的等級(jí)建立等級(jí)庫(kù)，最后將兩庫(kù)通過(guò)等級(jí)或特性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。在建模過(guò)程中，按照標(biāo)準(zhǔn)和需要，全面綜合考慮元件在建模過(guò)程中的屬性應(yīng)用，設(shè)置好元件的屬性，如元件標(biāo)準(zhǔn)、等級(jí)及材料等。

2.1 管道建模

管道建模是PDMS中最強(qiáng)大的功能之一，可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，控制材料，并最大可能地避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的發(fā)生。設(shè)計(jì)部門有標(biāo)準(zhǔn)管道規(guī)范，PDMS系統(tǒng)內(nèi)也有一套自己的規(guī)范可以使用，在建立管道模型前的首要任務(wù)就是要確定使用哪個(gè)規(guī)范。選擇合適的規(guī)范后，接下來(lái)將其設(shè)為管線的屬性。以后所有該管線的分支管自動(dòng)具有相同的規(guī)范。根據(jù)系統(tǒng)流程圖、所設(shè)計(jì)管線的介質(zhì)流向等，確定管道的起點(diǎn)（Head）和終點(diǎn)（Tail）；當(dāng)確定完管線的起點(diǎn)和終點(diǎn)后，系統(tǒng)自動(dòng)在起點(diǎn)和終點(diǎn)位置連一條直管段。除非起點(diǎn)和終點(diǎn)在一條公共軸線上，否則系統(tǒng)在起點(diǎn)和終點(diǎn)將顯示虛線（虛線并不表示管線的實(shí)際布置）。如圖示：管道建模的第二個(gè)步驟是創(chuàng)建和定位實(shí)際管線布置所需的部件。就跟在繪圖板上一樣，我們需要確定為滿足流程要求要使用哪些機(jī)械部件。部件需先進(jìn)行定位這樣管線才能符合設(shè)計(jì)要求。注：各專業(yè)設(shè)計(jì)人員協(xié)同合作，除管道外相關(guān)專業(yè)的建立及模型固化，為管道布置設(shè)計(jì)提供了保障。在進(jìn)行管道布置設(shè)計(jì)時(shí)依次調(diào)出相關(guān)專業(yè)的固化模型，根據(jù)管道的布置原則實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)空間的合理定位。

2.2 碰撞檢查

三維設(shè)計(jì)的另一大優(yōu)點(diǎn)在于：實(shí)現(xiàn)了安裝工程的可視化，即在計(jì)算機(jī)工程模型上模擬關(guān)鍵物項(xiàng)的預(yù)安裝，優(yōu)化施工方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)體的碰撞檢查，減少現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)計(jì)修改，從而達(dá)到提高工程質(zhì)量及工程進(jìn)度的目的。雖然三維模型的建立過(guò)程中已完成了碰撞檢查，但由于某些原因仍存在有些地方“打架“的問(wèn)題。這些問(wèn)題不借助三維模型是很難發(fā)現(xiàn)的，借助三維模型我們可以隨意瀏覽，從任何一個(gè)角度，瀏覽任何一根將要安裝的管道，如發(fā)現(xiàn)圖中類似的情況，我們便可以打印出這些“打架“的地方并報(bào)告總承包商，及時(shí)和相關(guān)方面制定出協(xié)商解決的辦法。

2.2.1 碰撞檢查原則

碰撞檢查基于兩個(gè)因素:障礙物級(jí)別;碰撞范圍值設(shè)置

2.2.2 障礙物級(jí)別（Obstruction Levels）

所有設(shè)計(jì)模型和元件數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本體

OBST=0不參與碰撞

OBST=1軟碰撞空間，如人行通道，操作空間等

OBST=2硬碰撞空間，如設(shè)備本體

查看碰撞空間Setting＞Graphic＞Represe ntation

2.2.3 碰撞范圍值設(shè)置

三種形式的碰撞

Gap=2Clearance=8Overlap=5

碰撞Clash=Overlap＞5mm

接觸Touch=Overlap＜5mm同時(shí)Gap＜2mm

圖紙是項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果的最終體現(xiàn)形式。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在建立的模型中智能化抽取管道施工圖紙，包括平面布置圖、軸測(cè)圖、局部詳圖、節(jié)點(diǎn)剖面圖等，由于三維模型和數(shù)據(jù)庫(kù)緊密的聯(lián)系在一起，保證了數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，不僅能根據(jù)三維模型進(jìn)行合理的管道拆分，而且直接提取相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，避免人為設(shè)計(jì)導(dǎo)致的疏忽錯(cuò)誤。因此三維出圖改變了二維平面設(shè)計(jì)中的圖紙單一、工作效率低、準(zhǔn)確度差的現(xiàn)象，提高了設(shè)計(jì)成果的出圖效率，減少了繪圖設(shè)計(jì)中人工的重復(fù)性投入，減少了設(shè)計(jì)成本。

結(jié)語(yǔ)：

在核電廠管道設(shè)計(jì)中，通過(guò)引入PDMS三維設(shè)計(jì)軟件，可以有效的縮短工程設(shè)計(jì)的時(shí)間，然后優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程，最大程度上可以減少現(xiàn)場(chǎng)的碰撞，可以在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)中，為后期進(jìn)行數(shù)媒化的維護(hù)打好基礎(chǔ)準(zhǔn)備，這也是使用三維軟件的優(yōu)勢(shì)。完善軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)，明確使用三維軟件設(shè)計(jì)的流程，這樣可以一定程度上降低人工進(jìn)行修改圖紙的工作量。把PDMS三維設(shè)計(jì)軟件引用到化工管道設(shè)計(jì)中，不僅可以提高化工管道設(shè)計(jì)方面的效率，還可以加強(qiáng)企業(yè)的效益。