自控專業(yè)對(duì)Intergraph Smart? 3D的再開發(fā)應(yīng)用和設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

■ 東華工程科技股份有限公司 姚怡君

1.引言

Smart 3D是?？怂箍礟PM出品的一款智能且較全面的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)軟件。它以獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，幫助用戶建立直觀、易懂的三維模型，實(shí)現(xiàn)工廠設(shè)計(jì)中多專業(yè)、多用戶協(xié)同設(shè)計(jì)，避免現(xiàn)場碰撞，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，用戶可根據(jù)國家和行業(yè)規(guī)范、公司作業(yè)文件以及設(shè)計(jì)習(xí)慣，對(duì)其再開發(fā)，定制各類圖紙和報(bào)表模板并應(yīng)用到工程項(xiàng)目中，有效地節(jié)約成本、縮減費(fèi)用。

東華工程科技股份有限公司自2011年起開展了Smart 3D軟件開發(fā)和應(yīng)用推廣，大力投入、多專業(yè)協(xié)同，現(xiàn)已具有甲乙酮、乙二醇、熱電、硫酸、有機(jī)硅等多類項(xiàng)目的成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

圖1為已建成的某有機(jī)硅項(xiàng)目的Smart 3D模型部分截圖，從中可以清楚地看到各類設(shè)備（塔、儲(chǔ)罐、換熱器、泵等），管道、風(fēng)道，電氣和儀表設(shè)備（橋架、燈具、各類箱體等），以及梁、平臺(tái)、樓梯、圍堰等，非常直觀、寫實(shí)。

圖1 某有機(jī)硅項(xiàng)目部分裝置Smart 3D模型

自控專業(yè)著力推進(jìn)Smart 3D的開發(fā)和應(yīng)用，不僅完善了自控?cái)?shù)據(jù)庫、嵌入各類儀表設(shè)備，還針對(duì)自控設(shè)計(jì)的流程和特點(diǎn)對(duì)自控系統(tǒng)權(quán)限管理進(jìn)行了規(guī)定，就如何優(yōu)化設(shè)計(jì)流程、加強(qiáng)設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高工作效率進(jìn)行了反復(fù)討論和探索。

2.自控設(shè)計(jì)流程

Smart 3D是一款工程化設(shè)計(jì)軟件。在此軟件平臺(tái)上，布置管道、結(jié)構(gòu)、自控、電氣、暖通等多個(gè)專業(yè)同時(shí)設(shè)計(jì)，不僅建模時(shí)間、空間相互交錯(cuò)，各專業(yè)之間的接口條件還需相互往來、多處對(duì)接。

為實(shí)現(xiàn)進(jìn)度和質(zhì)量可控、管理到位、分工明確，首先要對(duì)自控專業(yè)的整個(gè)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行梳理、分析，化工工程項(xiàng)目的自控設(shè)計(jì)流程詳見圖2。

圖2 自控設(shè)計(jì)流程圖

通過圖2可知，與工廠三維設(shè)計(jì)相關(guān)的自控專業(yè)工作主要集中在安裝設(shè)計(jì)部分。在自控WBS分解、提一次條件、統(tǒng)計(jì)材料階段，Smart 3D也可進(jìn)行部分應(yīng)用。下一步，需考慮如何在上述工作環(huán)節(jié)，對(duì)Smart 3D原有功能進(jìn)行再開發(fā)和用戶個(gè)性化定制，盡量將枯燥的數(shù)據(jù)與直觀的模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)據(jù)、圖形參數(shù)的整體導(dǎo)入和輸出，以滿足自控設(shè)計(jì)的需要。

3.Smart 3D再開發(fā)應(yīng)用

對(duì)Smart 3D進(jìn)行再開發(fā)，需對(duì)其系統(tǒng)層級(jí)架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫分類定義規(guī)則、symbols的調(diào)用、能實(shí)現(xiàn)的圖紙模板和材料報(bào)表的內(nèi)容和形式等非常了解，并熟悉掌握各類儀表、箱體、橋架、保護(hù)管等設(shè)備、材料的設(shè)置規(guī)則，還要根據(jù)當(dāng)今形勢對(duì)國際或國內(nèi)項(xiàng)目的管理和工期要求進(jìn)行充分地分析與評(píng)估，取其能在實(shí)際工程項(xiàng)目中應(yīng)用的部分，并加以開發(fā)和定制，以滿足國家和行業(yè)規(guī)范、本公司作業(yè)文件的要求，符合設(shè)計(jì)人員使用習(xí)慣。

3.1 建立自控?cái)?shù)據(jù)庫

經(jīng)過評(píng)估，自控專業(yè)在實(shí)際工程項(xiàng)目中的建模主要包括儀表橋架和儀表設(shè)備兩部分。

儀表橋架在“CableTray.xls”中改寫數(shù)據(jù)，添加橋架實(shí)體的類別和部件，并對(duì)其形式、型號(hào)、規(guī)格、材質(zhì)、長度、彎曲半徑等進(jìn)行設(shè)定。

另在“ECEC_InstrumentEQP.xls”中分類設(shè)定儀表表頭、儀表支架、保溫箱、保護(hù)箱、儀表接線箱、就地控制盤、分析小屋、可燃/有毒氣體探頭等儀表設(shè)備。

圖3 Smart 3D中的自控?cái)?shù)據(jù)庫選擇界面

上述文件均通過上傳的方式（Bulkload）輸入至項(xiàng)目參考數(shù)據(jù)庫（Catalog），測試完畢后，儀表設(shè)備即可在Smart 3D操作界面調(diào)用，詳見圖3。

因項(xiàng)目工期過于緊迫，儀表電纜和保護(hù)管的建模暫未加入工程實(shí)際應(yīng)用。

3.2 定制儀表配管條件表

在工程設(shè)計(jì)中，因一次儀表和控制閥隨管道安裝，布置管道專業(yè)進(jìn)行配管設(shè)計(jì)，故自控專業(yè)需向布置管道專業(yè)提供配管條件。

儀表配管條件的深度直接影響了布置管道設(shè)計(jì)的合理性和美觀度。而化工工程項(xiàng)目使用儀表紛繁復(fù)雜，尤其是流量儀表和控制閥，不僅類型、形式多樣，其外形尺寸和與管道連接規(guī)格也存在較大的個(gè)體差異，故本專業(yè)定制了儀表配管條件表模板（表1），要求自控設(shè)計(jì)人員認(rèn)真填寫流量儀表和控制閥數(shù)據(jù)、配管要求，并提交至Smart 3D管理員。

表1 控制閥配管條件表示例

通過自定義程序，管理員將儀表配管條件表分類轉(zhuǎn)化為可供Smart 3D使用的Instrument Data.xls文件，再批量導(dǎo)入項(xiàng)目參考數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫中的流量儀表和控制閥均按配管要求個(gè)體化定制。布置管道專業(yè)設(shè)計(jì)人員只需輸入某儀表位號(hào)，即可調(diào)用該臺(tái)儀表并進(jìn)行配管。

3.3 開發(fā)儀表點(diǎn)坐標(biāo)表

Smart3D中的所有模型均在服務(wù)器上實(shí)時(shí)保存，設(shè)計(jì)人員可隨時(shí)登錄查看所有專業(yè)的建模情況，上游專業(yè)建模深度一旦滿足，即可開展本專業(yè)的建模工作。

在布置管道設(shè)計(jì)基本確定后，自控專業(yè)需先在三維模型中對(duì)儀表和控制閥的安裝情況進(jìn)行一次檢查，再進(jìn)行二次表和儀表設(shè)備的建模、布置。在建模過程中，可能會(huì)出現(xiàn)儀表遺漏或命名不正確的現(xiàn)象，為方便檢查核對(duì)，還開發(fā)了儀表點(diǎn)坐標(biāo)表模板。該模板可將所有儀表的中心點(diǎn)置按全廠或按某一單元抽出，生成一個(gè)Excel報(bào)表，詳見表2。

3.4 開發(fā)自控圖紙和報(bào)表模板

工程公司、設(shè)計(jì)院用戶對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件要求較高，除了建模，還需要將三維模型批量、高效地轉(zhuǎn)化為各類圖紙、表格，進(jìn)行檢查校正和內(nèi)容補(bǔ)充，并最終做成設(shè)計(jì)成品提交項(xiàng)目業(yè)主方，供施工單位使用。

經(jīng)過多年測試、摸索，東華工程科技股份有限公司自控專業(yè)按照國家和行業(yè)規(guī)范、本公司作業(yè)文件的要求，對(duì)圖紙和報(bào)表的內(nèi)容、深度進(jìn)行了反復(fù)討論，在Smart 3D平臺(tái)上開發(fā)出一系列自控圖紙和表格模板。

而在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)用中，考慮到人力、時(shí)間成本和設(shè)計(jì)人員使用習(xí)慣等因素，在項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)中僅選取部分圖紙和報(bào)表模板。

3.4.1 儀表位置圖

儀表位置圖上含所有儀表的類型圖例、平面位置及標(biāo)高。（圖4、圖5）

圖4 某單元的Smart 3D模型截圖

表2 儀表點(diǎn)坐標(biāo)表示例

3.4.2 儀表橋架平面布置圖

因電氣橋架和儀表橋架同在Electrical系統(tǒng)下建模，所屬類別完全一樣，而自控專業(yè)圖紙僅體現(xiàn)儀表橋架的布置，故采用組合出圖（Compose Drawings）的方式，在“Tools-Drawing Console…”菜單下打開圖紙進(jìn)行設(shè)置，通過不同F(xiàn)ilter將兩者區(qū)分，抽出滿足專業(yè)深度要求的圖紙。（圖6）

3.4.3 儀表橋架綜合材料表(見表3)

4.自控設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

在工程項(xiàng)目開展初期，根據(jù)合同要求及項(xiàng)目類型，工程公司、設(shè)計(jì)院用戶一般會(huì)根據(jù)需求選定工廠模型設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)。與采用AutoPLANT軟件、僅靠布置管道專業(yè)搭建工廠模型相比， Smart 3D擁有更智能的工廠系統(tǒng)層次架構(gòu)和龐大齊全的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，更加強(qiáng)調(diào)多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)。參與Smart 3D應(yīng)用的每個(gè)專業(yè)不再是完全獨(dú)立的個(gè)體，而是必須在Smart 3D平臺(tái)上遵循其規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此，設(shè)計(jì)流程會(huì)有些許改變。

在Smart 3D系統(tǒng)層次架構(gòu)和規(guī)則下，自控專業(yè)經(jīng)研究、分析，探尋了合適的應(yīng)用方法并加以推廣。下面列舉在實(shí)際工程中，Smart 3D應(yīng)用帶來的設(shè)計(jì)流程優(yōu)化和設(shè)計(jì)思維方式的變化。

圖5 Smart 3D中按圖4區(qū)域抽出的儀表位置圖

圖6 Smart 3D中抽出的某單元儀表橋架平面布置圖（部分）

表3 儀表橋架綜合材料表示例

4.1 工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）加強(qiáng)

如今，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)、精細(xì)化的項(xiàng)目管理，各工程公司大力推行工作分解結(jié)構(gòu)（WBS ），把項(xiàng)目交付成果和項(xiàng)目工作分解成較小的、更易于管理的組成部分。

Smart 3D的系統(tǒng)構(gòu)架，是適應(yīng)該種模式的。Smart 3D系統(tǒng)管理員在搭建工廠系統(tǒng)層級(jí)時(shí)，可按項(xiàng)目的工作包分解要求，按工廠—項(xiàng)目—裝置—單元—各專業(yè)層次分解并授權(quán)，各類模型建立在各專業(yè)層級(jí)之上。在專業(yè)內(nèi)部，各專業(yè)負(fù)責(zé)人也可根據(jù)需求，制定本專業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)則，如自控專業(yè)可加強(qiáng)以下方面的管理。

4.1.1 自控系統(tǒng)管理

在Smart 3D中，所有的模型都有指定的建立位置，部件邏輯位置要建在指定的文件夾中。在系統(tǒng)管理員已建立單元—專業(yè)級(jí)別時(shí)，自控專業(yè)負(fù)責(zé)人可根據(jù)建模類型，在Task-Systems and Specif i cations中建立橋架、變送器、接線箱、保護(hù)箱等系統(tǒng)文件夾，要求設(shè)計(jì)人員將模型建立在指定位置，便于分類管理和查找。

4.1.2 抽圖空間區(qū)域管理

模型建立且設(shè)計(jì)基本完成時(shí)，即可考慮如何出成品圖。每個(gè)單元自控都需交付儀表位置圖、儀表橋架圖等多種圖紙，而為了表達(dá)簡明易懂、美觀，每種圖紙又按區(qū)域或框架平面出圖。Smart 3D中抽圖范圍是按指定Space的體積分割的，因此自控專業(yè)負(fù)責(zé)人可在Tasks-Space Management下，按主項(xiàng)—專業(yè)—圖紙類型—區(qū)域的層級(jí)，建立空間區(qū)域文件夾，規(guī)范Space的放置。

4.2 設(shè)計(jì)人員、進(jìn)度管理可控

Smart 3D軟件使用權(quán)限組和工廠系統(tǒng)層級(jí)相匹配的方式進(jìn)行控制，每一個(gè)模型對(duì)象必須屬于某一層級(jí)，每一層級(jí)只有某權(quán)限組人員可以控制，系統(tǒng)管理員可以按項(xiàng)目—裝置—單元—專業(yè)的分級(jí)，按項(xiàng)目工作指派的要求，對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行授權(quán)。

在已授權(quán)的前提下，設(shè)計(jì)人員才能對(duì)本專業(yè)模型進(jìn)行建立或修改，不得修改系統(tǒng)文件或他人工作內(nèi)容。操作人員的操作信息都全部紀(jì)錄于服務(wù)器，個(gè)人操作站不保存所建模型。因此，通過Smart 3D可實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)人員的管理可控。

另外，Smart 3D可以通過Filter的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的可視或屏蔽，且所有模型的建立是實(shí)時(shí)保存的，故只需系統(tǒng)管理員授權(quán)，設(shè)計(jì)經(jīng)理或計(jì)劃工程師均可了解項(xiàng)目模型建立情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的直觀掌控。

4.3 設(shè)計(jì)交接便捷、修改透明

正因?yàn)楦鲉卧?、各類模型的可視和?shí)時(shí)保存，Smart 3D平臺(tái)上的專業(yè)內(nèi)部、各專業(yè)之間設(shè)計(jì)交接十分便捷。尤其在各主項(xiàng)與全廠外管廊交接時(shí)，能非常便捷地做到無縫對(duì)接，。

模型及相關(guān)數(shù)據(jù)均保存在項(xiàng)目服務(wù)器上，設(shè)計(jì)人員將模型刷新，即可看見最新的建模情況，上游或其它專業(yè)的模型增加或修改均一目了然，能減少由于設(shè)計(jì)修改傳遞不及時(shí)而造成的現(xiàn)場施工錯(cuò)位、碰撞的發(fā)生。

5.總結(jié)

Smart 3D應(yīng)用于化工工程項(xiàng)目，不僅有利于項(xiàng)目統(tǒng)一管理和對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)度進(jìn)行監(jiān)督，其有效的權(quán)限管理亦提高了多專業(yè)間協(xié)同作業(yè)的安全性?；诮y(tǒng)一數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)，同規(guī)模同產(chǎn)品的項(xiàng)目間的復(fù)用、多項(xiàng)目間的數(shù)據(jù)庫共享較容易實(shí)現(xiàn)。

Smart 3D模型可在工廠全生命周期中保存和交付業(yè)主，并能通過虛擬網(wǎng)連接的方式，在現(xiàn)場施工、項(xiàng)目改造階段，異地、實(shí)時(shí)地進(jìn)行模型修改。通過Smart 3D加強(qiáng)項(xiàng)目控制管理，能有效低減少建模人員的工作量，將三維設(shè)計(jì)與平面圖紙相結(jié)合，做到對(duì)設(shè)備、儀表、材料等的精準(zhǔn)定位，減少人力、材料成本。

Smart 3D對(duì)項(xiàng)目系統(tǒng)管理員有較高的能力要求，設(shè)計(jì)人員對(duì)全三維的操作環(huán)境還比較陌生，需要加強(qiáng)操作培訓(xùn)。用戶也應(yīng)加大推廣力度，并及時(shí)梳理設(shè)計(jì)流程和更新作業(yè)文件。

從V2009升級(jí)到V2011，再到V2014，Smart 3D的各項(xiàng)功能也在不斷地發(fā)展與完善。作為用戶，希望Smart 3D的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫更加詳實(shí)、開放，操作界面更加簡單、友好，適應(yīng)當(dāng)前項(xiàng)目工期較為緊迫的需求。