Intergraph Smart 3D在設計施工管道專業(yè)中的應用

面對石油化工建設行業(yè)面臨的新常態(tài)、新形勢和新任務，為加速推進標準化、模塊化和數(shù)字化進程，數(shù)字化工廠交付成為未來行業(yè)發(fā)展的重要趨勢。同時，隨著項目的全球化、大型化，工程公司(EPCC)要高效、成功地管理及實施項目，就需要在全球范圍內尋找合作伙伴，協(xié)同完成項目，以滿足項目進度及費用要求。以項目數(shù)據(jù)的復用提高生產效率，成為工程公司追求的目標。智能三維工程設計系統(tǒng)Intergraph Smart 3D是面向數(shù)據(jù)和規(guī)則驅動的軟件，可以有效地提高設計效率，提升設計質量。

某項目采用Smart 3D進行多專業(yè)協(xié)同設計，所涉及專業(yè)包括總圖、土建（結構）、設備、管道、電氣、儀表、暖通、給排水和安全等，模型數(shù)據(jù)較為全面和細致。同時，通過模型的有效數(shù)據(jù)可以應用在項目管理、進度控制、費用控制、質量控制、安全管理和信息管理中，實現(xiàn)項目管理信息化和數(shù)字化。本文結合項目進行分析，簡述Smart 3D在項目全周期的設計和施工兩個重要階段管道專業(yè)通過對模型數(shù)據(jù)的應用，以期為項目管理提供助力。

1.設計階段

1.1 Smart 3D設計提升

（1）Smart 3D的數(shù)據(jù)集成和管理，提高設計精度和效率

Smart 3D是土建（結構）、管道、電氣、儀表等多專業(yè)協(xié)同工作的實時模型，模型中包括各專業(yè)數(shù)據(jù)、圖紙和報表，可以實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)同源共享，全專業(yè)設計效果可視化，提高設計質量，節(jié)省設計費用。

（2）Smart 3D圖紙定制較為方便，提高出圖效率

對項目成品圖紙的深度定制如單管圖、管道平面布置圖等，直接用Smart 3D出圖，能夠大幅減少人工時，并且十分準確。例如，傳統(tǒng)布置圖的圖紙若采用CAD出圖，需要修改圖框、線性和標注，通過深度定制管道平面布置圖電腦直接生成的圖紙就可以發(fā)布，提高出圖質量和效率，項目前期深度定制圖紙非常有必要（圖1）。

（3）升版圖紙自動云線標注變更

該項目采用版次設計，升版圖紙需要用云線標注不同，手動標注會花費大量時間，難以滿足進度要求，并且由于個人問題或者修改數(shù)據(jù)庫可能會出現(xiàn)漏標的情況，為此開發(fā)了單線圖自動標注云線功能。通過建立發(fā)布數(shù)據(jù)庫，在抽圖程序中嵌入自動對比功能，將不同處用云線標注，在很大程度上提高了圖紙升版云線的準確度和效率（圖2）。

圖1 模型自動生成的管道平面布置圖

圖2 自動畫云線的ISO圖

圖3 Smart 3D導入TAKLE中模型

圖4 模型中各種預留空間

圖5 模擬吊裝

（4）模型碰撞檢驗，消除現(xiàn)場碰撞

碰撞檢查一直是三維設計的重點，隨著深化設計的發(fā)展，設計精度越來越高，現(xiàn)場碰撞大幅減少。但由于Smart 3D搭建結構節(jié)點模型比較困難，致使鋼結構模型細節(jié)不夠精確，主要體現(xiàn)在管道和斜撐、節(jié)點的碰撞。而鋼結構詳細設計軟件TAKLE用于結構的二次設計，其模型更細化、精準，通過將Smart 3D導入TAKLE中，便能夠解決鋼結構和管道的碰撞，這樣既可以減少現(xiàn)場返工、控制成本，又能夠保證施工進度（圖3）。

（5）對現(xiàn)場操作和安裝工況進行模擬

模型中，建立了操作通道、檢修空間、預留空間和安全通道，使得設計更加合理和人性化，有效避免現(xiàn)場因為無法或者不方便操作而進行修改。另外，模型還對吊車對所有設備和大閥門進行模擬吊裝，減小檢修吊裝難度，優(yōu)化設計施工方案（圖4—圖5)。

1.2 Smart 3D數(shù)據(jù)輸出

（1）三維模型輸出

Smart 3D實現(xiàn)對設計的模型實時保存、對所有設計模型實時同步，可將整個數(shù)據(jù)進行直觀的三維模型輸出，不僅對設計提供很大幫助，對項目全周期的使用也意義重大(圖6）。

（2）有效數(shù)據(jù)輸出

整個項目的實施和管理離不開各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)的支撐，具體來講，需要通過Smart 3D定制各種報告模板，如設備列表、設備管口列表、管道屬性、管道材料、焊口信息、支架列表和材料、圖紙注釋、墊片、盲板開關、儀表列表、防腐和保溫等多項內容數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均自動生成，能夠滿足設計階段和施工階段需要的所有數(shù)據(jù)要求，實現(xiàn)對工程量的科學計算。

圖6 一套裝置的局部圖

2.施工階段

2.1 三維模型施工作用

三維模型對施工的高效實施具有非常重要的意義。

（1）項目實施的規(guī)劃

對于石化工程來說，項目裝置內施工策劃一般由施工單位負責，傳統(tǒng)模式項目前期規(guī)劃策劃由于資料缺失或對整個裝置缺乏了解，常常會導致策劃不詳細。同時，由于個人理解參差不齊，可能會造成執(zhí)行不合理，浪費大量人力物力。使用三維模型，能夠直觀快速地了解整個裝置情況，便于現(xiàn)場施工策劃的編制和實施，了解施工關注的整個管線數(shù)量、焊接量、管廊上的管線、附塔管線和地下管線數(shù)等，使策劃更加合理。

（2）掌握圖紙情況

現(xiàn)場技術人員可以更快、更準確地熟悉圖紙，提前發(fā)現(xiàn)問題并反饋解決，便于圖紙會審、施工交底，有效幫助施工統(tǒng)籌安排。

圖7 管道大口徑管線的布置和鋼結構的預留

（3）施工難點的控制

有了三維模型，對管道的施工難點將更加容易把握，并且可以提前協(xié)調多專業(yè)配合。例如，大型塔附塔管線一定要提前預制和探傷檢測，在設備到場之后應盡快安裝附塔管線，做好和塔整體吊裝。通過三維模型能夠容易地找到附塔管線，并且有助于了解和設備、結構以及電儀的關系，將對施工起到推動作用。對于大口徑管線安裝和鋼結構的預留問題，在框架內安裝大口徑管線時，往往忽略鋼結構的預留，而通過結構和管道圖紙確認費時費力，利用三維模型就會變得容易很多，工作效率也可以得到大大提高（圖7）。

（4）多專業(yè)交叉施工

施工中應盡量減少交叉作業(yè)，然而由于石化行業(yè)的特點，施工過程中經常會遇到多專業(yè)交叉施工。有了三維模型的幫助，便可以很方便地明確專業(yè)的施工范圍、安全注意事項、各工序應配合要求以及施工場地錯開方式等。模型的建立，有助于明確交叉作業(yè)通道、落實安全措施，對多專業(yè)交叉施工的安全策劃非常有意義。

2.2 施工數(shù)據(jù)應用

（1）單管圖數(shù)據(jù)的傳輸

傳統(tǒng)模式項目只是將不可編輯的單管圖提供給施工單位，而該項目單管圖圖紙和PCF文件一起正式發(fā)布，PCF文件是記錄單管圖所有信息的中間電子文件，大大提高了施工單位對圖紙的二次設計效率和質量，對管道的順利預制將起到極大的推動作用。目前，國內項目設計中間文件很少提供給施工單位。

（2）管道材料和支架的詳圖材料數(shù)據(jù)

管道和支架的材料是現(xiàn)場管道施工的重要組成部分，數(shù)據(jù)的收集和處理直接體現(xiàn)現(xiàn)場的管理水平。項目利用Smart 3D的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，定制了施工單位需要的管道材料表和支架表，管道材料表和支架表細致到每個分區(qū)的每根管線上的每個部件，能夠為施工單位的備料、配材、預制和基礎數(shù)據(jù)的獲取提供很大幫助，加快預制合理性的進程。

（3）其他施工數(shù)據(jù)

國內傳統(tǒng)模式項目施工數(shù)據(jù)多來源于圖紙，統(tǒng)計各種數(shù)據(jù)需要大量扒圖和統(tǒng)計，費時費力，還未必準確?，F(xiàn)在，通過數(shù)據(jù)庫可以快速進行分類匯總，這種快速性和準確性是傳統(tǒng)施工無法比擬的。具體來講，就是根據(jù)現(xiàn)場施工需要，通過數(shù)據(jù)庫生成了分區(qū)的管線數(shù)量、各種材質和規(guī)格的焊接量、管道油漆保溫的量、管線長度清單、支架位置、試壓水量、法蘭信息（每個法蘭對應圖紙、PID、螺栓和墊片）、管道上的儀表清單和特殊支架列表等。

2.3 二次設計的意義

管道焊接管理是現(xiàn)場管道施工的重要部分，焊接管道的基礎數(shù)據(jù)的掌握決定著焊接管理的話語權。通過對數(shù)據(jù)的分析，可以更加準確地了解管道的施工質量和工作完成情況，對于EPC工程總承包可以做到有據(jù)可依。雖然Smart 3D可以進行管道的二次設計，能夠自動標焊口和分段，自動生成相應標焊口的單管圖和預制的分段圖，生成相應報告（材料、焊口信息等），分段位置更加合理準確，提高二次設計的水平和效率。但由于目前大多數(shù)焊接管理系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)來源于施工單位而非設計單位，對EPC管理將帶來一定的風險。

2.4 現(xiàn)場問題的處理

（1）現(xiàn)場同類問題的處理

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題后，通過模型數(shù)據(jù)能夠批量準確地找到同類所有問題，這樣大多數(shù)問題在沒有施工前就可以得到解決，做到未雨綢繆。

（2）模型指導施工

在施工現(xiàn)場，Intergraph Smart Review提供的真實的三維模型，可以讓施工單位更簡單直觀地了解設計意圖。尤其是，組合支架從單管圖上看，比較難理解，但在模型上就很直觀，這樣就可以幫助施工單位快速了解現(xiàn)場實際情況，有助于施工準備、策劃和實施。

（3）模型數(shù)據(jù)的反饋

通過Smart 3D實時數(shù)據(jù)可以快速準確統(tǒng)計管道專業(yè)的管道材料、焊接量（寸D）、防腐保溫量等，對項目的材料控制、進度控制和費用控制等非常有幫助。

（4）手機查閱信息

Smart 3D在賦予權限后，可以實現(xiàn)信息共享，權限可以按照專業(yè)、分區(qū)進行管理，利用Citrix可以通過遠程電腦、手機和PAD進行操作，方便模型和數(shù)據(jù)查看。

3.結語

Smart 3D在項目全周期的應用意義重大，能夠對傳統(tǒng)模式設計所缺失部分進行有效彌補。在項目策劃和實施過程中更加準確，可以減少大量重復工作，提高完成標準；在施工過程中數(shù)據(jù)的有效傳輸解決了大量時間的浪費，這種快速性和準確性是傳統(tǒng)施工無法比擬的。數(shù)字化的應用對企業(yè)發(fā)展的影響深遠，項目管理信息化和數(shù)字化是未來行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，不僅可以實現(xiàn)降本增效，而且有助于提升管理水平，增強企業(yè)核心競爭力。