三維設(shè)計(jì)軟件在工廠埋地管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與展望

成麗春 肖 芳 宋光紅 霍 靜

中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步和設(shè)計(jì)理念的不斷提升,在石油化工工廠設(shè)計(jì)過程中,越來越傾向于借助三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收[1]。各種三維設(shè)計(jì)軟件雖然開發(fā)平臺(tái)不同,但中心理念都是數(shù)據(jù)集成:縱向貫穿工廠的設(shè)計(jì)、施工和生產(chǎn)維護(hù)等全生命周期的各類數(shù)據(jù),橫向貫穿設(shè)計(jì)、施工、采購、驗(yàn)收、生產(chǎn)的各專業(yè)及各參與方的協(xié)同數(shù)據(jù),真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)[1-2]。工廠埋地管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)從原始的繪圖板方式,到AutoCAD電子圖板,再到三維工廠設(shè)計(jì),工程設(shè)計(jì)最終發(fā)展成工廠全生命周期設(shè)計(jì)模式,但始終存在設(shè)計(jì)周期短、改動(dòng)頻繁以及平面圖標(biāo)注繁瑣等缺點(diǎn),本文論述了在PDMS(Plant Design Management System)平臺(tái)下的工廠埋地管網(wǎng)如何快速、高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行工廠數(shù)字化設(shè)計(jì)[3-5]。

1 三維設(shè)計(jì)軟件在工廠埋地管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

工廠埋地管網(wǎng)主要包括消防水、新鮮水、中水、循環(huán)水、生產(chǎn)污水、檢修污水、事故污水、生活污水和雨水[6]。工廠埋地管網(wǎng)地下設(shè)施較多,設(shè)計(jì)中存在大量交叉,且涉及多個(gè)專業(yè),因此,管網(wǎng)受制約的設(shè)計(jì)因素包含地理環(huán)境、地上設(shè)備、管道規(guī)劃、設(shè)備和管廊架基礎(chǔ)、電纜溝、高桿燈和通信線路云臺(tái)等[1,7-8]。由于工廠埋地管網(wǎng)包含水系統(tǒng)多,需接收相關(guān)輸入條件后才能開展工作,但現(xiàn)場(chǎng)施工卻是和土建基礎(chǔ)、電纜溝等一起最先施工,設(shè)計(jì)時(shí)間短,質(zhì)量要求高,同時(shí)受眾多因素影響而變化,存在工作量大和變化頻率高與設(shè)計(jì)時(shí)間短的矛盾。

數(shù)字化設(shè)計(jì)的最大優(yōu)勢(shì)為多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì),在統(tǒng)一的平臺(tái)下工作,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新,使得不同專業(yè)間交接和碰撞檢查貫穿于設(shè)計(jì)整個(gè)過程,從根本上避免了埋地管道與其他管道、基礎(chǔ)等的碰撞,提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,減少了現(xiàn)場(chǎng)施工返工現(xiàn)象,同時(shí)遵循了數(shù)字化油氣田“時(shí)效+協(xié)同”的特征[9-13]。PDMS軟件在繪制含檢查井管線過程中,存在繪圖、改圖工作量大,平面圖需手動(dòng)標(biāo)注坐標(biāo)及標(biāo)高,效率低等特點(diǎn)；而PDMS二次插件,具有繪圖、改圖工作量小,同時(shí)可以自動(dòng)生成帶坐標(biāo)及標(biāo)高的平面圖,效率高等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合PDMS軟件和PDMS二次插件的各自優(yōu)勢(shì),將含檢查井管道由PDMS二次插件設(shè)計(jì),含管件管道由PDMS軟件設(shè)計(jì),大大提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。以下介紹三維設(shè)計(jì)軟件在某工廠埋地管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1.1 PDMS軟件在含管件管道中的應(yīng)用

含管件的工廠埋地管道統(tǒng)一用PDMS軟件的Plant Design模塊進(jìn)行建模,用Review進(jìn)行碰撞檢查以及模型審查,最后抽取單管軸測(cè)圖(Isometric Drawing Manager，ISO)、平面圖、管道綜合材料表和管道安裝材料表。

1.1.1 PDMS軟件建模

用Pipework Design模塊進(jìn)行管道建模,管線中的元件根據(jù)實(shí)際尺寸添加到數(shù)據(jù)庫中,設(shè)計(jì)人員在相應(yīng)等級(jí)中調(diào)取畫出(如消防炮),見圖1。

圖1 消防炮三維示意圖Fig.1 3D schematic diagram of firefighting gun

1.1.2 ISO圖

在Isometric Drawing Manager模塊中,可以根據(jù)需要批量出ISO圖,見圖2。ISO圖中包括管線走向,管道和管道元件的公稱直徑及材料描述,關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)及標(biāo)高,管道的切管長(zhǎng)度以及相連接的管線號(hào)等內(nèi)容,方便施工人員領(lǐng)取材料以及現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制,減少現(xiàn)場(chǎng)施工工作量。

圖2 ISO圖示意圖Fig.2 ISO diagram

1.1.3 平面圖

工廠埋地管網(wǎng)平面圖不同于工廠裝置平面圖,主要用于施工開挖和放線,按階段分為管溝開挖圖和管道平面施工圖,管溝開挖圖需在總圖基礎(chǔ)上顯示出埋地管道的走向,管道平面施工圖需在總圖上標(biāo)識(shí)位置和高度,見圖3。

圖3 壓力流管道平面施工圖Fig.3 Construction drawing of pressure flow pipeline

1.1.4 材料表

PDMS軟件本身可以進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì),但為了方便校審檢查和材料采購,更為了方便施工現(xiàn)場(chǎng)材料管理,引入了材料編碼系統(tǒng)ERM(Enterprise Resource Management),對(duì)每種材料進(jìn)行編碼,一種材料一個(gè)編碼,使其具有唯一性和可追溯性。同時(shí)根據(jù)采購和施工不同用處，分為管道綜合材料表和管道安裝材料表。

1.2 PDMS二次插件在含檢查井管道中的應(yīng)用

PDMS二次插件是基于PDMS軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)的,主要功能有總圖數(shù)據(jù)導(dǎo)入、管道設(shè)計(jì)、建構(gòu)筑物設(shè)計(jì)以及出管道平面圖和材料表等,推進(jìn)了管道三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì),提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

1.2.1 總圖導(dǎo)入

PDMS二次插件可在二維總圖中識(shí)別道路、道路中心線、建構(gòu)筑物、雨水口和高程點(diǎn)等,輸出中間文件,然后導(dǎo)入PDMS軟件生成對(duì)應(yīng)的總圖數(shù)據(jù)對(duì)象,并通過地形網(wǎng)格工具將導(dǎo)入的高程點(diǎn)進(jìn)行三角劃分,構(gòu)造地形網(wǎng)格,生成三角面實(shí)體,便于埋地管網(wǎng)高程設(shè)計(jì)。

1.2.2 含檢查井管道的布置

排水管道設(shè)計(jì)包含雨水管道設(shè)計(jì)和污水管道設(shè)計(jì)。首先可以用PDMS二次插件在二維圖形中識(shí)別雨水口和檢查井,分別輸出中間文件,然后導(dǎo)入PDMS軟件生成雨水口和相應(yīng)介質(zhì)下的檢查井實(shí)體,見圖4。雨水管網(wǎng)通過劃分匯水面計(jì)算檢查井節(jié)點(diǎn)流量,然后進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算,實(shí)現(xiàn)管徑自動(dòng)設(shè)置。結(jié)合總圖地形網(wǎng)格、最小管頂覆土深度要求、檢查井流入流出管道內(nèi)頂平接,自動(dòng)計(jì)算出管段上下端管底高程和檢查井深度。同時(shí)檢查井類型和尺寸可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖集進(jìn)行篩選,在道路上的檢查井井蓋可設(shè)置為重型井蓋,其余井蓋設(shè)置為輕型井蓋,便于后期統(tǒng)料,見圖5。

雨水管徑計(jì)算和雨水管道布置在同一平臺(tái)上進(jìn)行,避免出現(xiàn)改錯(cuò)、改漏的現(xiàn)象,同時(shí)PDMS二次插件可以自查管道標(biāo)高和管道坡度是否滿足設(shè)計(jì)要求,使設(shè)計(jì)更智能化。污水管網(wǎng)通過輸入管徑值進(jìn)行布置,管道布置同雨水管網(wǎng)。

圖4 雨水口與雨水井三維示意圖Fig.4 3D schematic diagram of rainwater inlet and rainwater well

圖5 檢查井井蓋類型顯示Fig.5 Type display of inspection well cover

1.2.3 含檢查井管道平面圖和井表

利用PDMS二次插件抽取管道平面施工圖,包括井坐標(biāo),管道起點(diǎn)和終點(diǎn)管底標(biāo)高以及介質(zhì)流向和井編號(hào)信息,不用設(shè)計(jì)人員手動(dòng)標(biāo)注,減少了出圖工作量,見圖6；同時(shí),每口井還有對(duì)應(yīng)的高程表,方便現(xiàn)場(chǎng)施工,減少施工單位的工作量,見表1。

圖6 雨水管道平面施工圖Fig.6 Construction plan of rainwater pipeline

1.2.4 含檢查井管道材料

PDMS二次插件所抽取材料包含了管道材料、不同規(guī)格下的檢查井?dāng)?shù)量,重型和輕型井蓋的數(shù)量等,改善了以往手動(dòng)數(shù)井和區(qū)分重型與輕型井蓋的繁瑣工作,減少了人為誤差。

表1 雨水管道高程表

Tab.1 Elevation of storm water pipeline

編號(hào)圖示d 1d 2管徑/mm管底標(biāo)高/m管徑/mm管底標(biāo)高/m地面標(biāo)高/m井底標(biāo)高/m井深/m井中心坐標(biāo)/mAB檢查井尺寸/mmRA1-MH 01300312.55200312.80313.60312.35-1.251 169.00802.001 000RA1-MH 02300312.80200313.08313.90312.60-1.301 337.20802.001 000RA1-MH 03300312.28200312.53313.33312.08-1.251 207.40659.401 000

2 三維設(shè)計(jì)軟件在工廠埋地管網(wǎng)中的展望

工廠軟件設(shè)計(jì)中,所有建構(gòu)筑物、基礎(chǔ)、設(shè)備、管道及元件等均以實(shí)際尺寸建模,提供了真實(shí)的工廠環(huán)境。工廠建設(shè)過程中,以現(xiàn)場(chǎng)施工為準(zhǔn),及時(shí)修正模型,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、實(shí)用性。最后,通過數(shù)字化移交,工廠使用方擁有真實(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),在今后改造過程中,可以減少施工對(duì)地下管網(wǎng)的影響。今后,工廠埋地管網(wǎng)還可通過PDMS二次插件進(jìn)行水力計(jì)算與綜合檢查,使三維設(shè)計(jì)與工藝計(jì)算校驗(yàn)在同一平臺(tái)下進(jìn)行,同時(shí)也使管道間距檢查等更準(zhǔn)確,為數(shù)字化移交提供了更精準(zhǔn)的信息[14-19]。

2.1 埋地管道綜合檢查

目前,PDMS軟件可以直觀地通過Review模型檢查與其他建筑物、設(shè)備、管道和基礎(chǔ)等的碰撞,能夠從總體和部分檢查工廠布置,減少施工現(xiàn)場(chǎng)返工情況[20]?；诠S埋地管網(wǎng)的特殊性,設(shè)計(jì)要求不僅僅局限于無碰撞,還需滿足許多規(guī)范要求(如管道間距等),可利用PDMS二次插件程序自動(dòng)搜索管線、建構(gòu)筑物、地形道路,實(shí)現(xiàn)管線與管線間距檢查、管線與建構(gòu)筑物間距檢查、管道埋深檢查、室外消火栓布置檢查、消防管網(wǎng)及閥門檢查、排水檢查井布置檢查、跌水井設(shè)置檢查和雨水口布置檢查等。

2.2 污水系統(tǒng)管網(wǎng)水力計(jì)算

污水系統(tǒng)管網(wǎng)如同雨水管網(wǎng),同樣用PDMS二次插件進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算,生成計(jì)算書。對(duì)于單體建筑物生活污水排水,通過輸入衛(wèi)生器具數(shù)量等計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量,各裝置生產(chǎn)、檢修排水,則通過輸入節(jié)點(diǎn)流量值進(jìn)行計(jì)算。

2.3 給水管道設(shè)計(jì)

給水管道設(shè)計(jì)可以在PDMS軟件原有管道布置的基礎(chǔ)上,將給水管道、中水管道、室內(nèi)消防給水管道和室外消防給水管道的水力計(jì)算集成于PDMS軟件,通過加載管網(wǎng),輸入節(jié)點(diǎn)流量進(jìn)行水力計(jì)算,校驗(yàn)流速,實(shí)現(xiàn)工廠管段流量檢驗(yàn)計(jì)算。

3 結(jié)論

通過PDMS軟件和PDMS二次插件的結(jié)合使用,在工廠埋地管網(wǎng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì),提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量,在一定程度上解決了設(shè)計(jì)質(zhì)量和項(xiàng)目進(jìn)度要求的沖突。材料物質(zhì)編碼的使用,為數(shù)字化建設(shè)提供了有效的數(shù)據(jù)源,完整的物資材料屬性和編碼,讓三維協(xié)同設(shè)計(jì)更好地服務(wù)于工程采購與施工環(huán)節(jié)等。特別是PDMS二次插件的使用,實(shí)現(xiàn)了總圖信息的導(dǎo)入,智能化的布置含檢查井的管道、標(biāo)注平面圖和自動(dòng)生成井表,從根本上解決了設(shè)計(jì)人員工作量大的問題,也為施工單位提供了方便,雨水計(jì)算和雨水管道布置在同一平臺(tái)上進(jìn)行,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)與檢驗(yàn)過程,使工廠埋地管網(wǎng)設(shè)計(jì)在項(xiàng)目數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)中起到了推進(jìn)作用。