精細(xì)化工項目上Sketch Up三維配管的應(yīng)用研究

焦立霞,王國超

(1.浙江六合工程技術(shù)有限公司,浙江 杭州 311100;2.浙江永太手心醫(yī)藥科技有限公司,浙江 臺州 317016)

石油化工領(lǐng)域的發(fā)展速度越來越快,隨著石油化工廠規(guī)模不斷拓展,各類精細(xì)化工項目顯著增加,精細(xì)化工項目對于各類石油化工罐體和管道的處理要求較高,特別是石化裝置中反應(yīng)器、加熱爐、儲罐等設(shè)備一旦出現(xiàn)安裝失誤或設(shè)計誤差,則很容易導(dǎo)致化工項目整體進(jìn)度受到影響,因此本文針對精細(xì)化工項目Sketch Up三維配管應(yīng)用進(jìn)行深入探究,有利于進(jìn)一步優(yōu)化化工工藝流程,提升精細(xì)化工項目建設(shè)水平。

1 三維配管軟件概述

當(dāng)前我國石油化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的三維配管軟件主要為PDMS軟件、Sketch Up、Smart Plant3D軟件、CAD軟件等等,不同類型的三維配管軟件平臺都有其獨(dú)特優(yōu)勢和應(yīng)用特點(diǎn),此類三維配管軟件的最大作用在于實(shí)現(xiàn)三維建模和三維動畫制作,提前按照設(shè)計要素完成石油化工項目相關(guān)施工工序或工藝流程,進(jìn)一步展示設(shè)備或相關(guān)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)、細(xì)節(jié)構(gòu)造和重點(diǎn)難點(diǎn)問題,能夠有效降低項目開展成本,提高工作效率。

Sketch Up軟件是三維設(shè)計工具軟件,操作整體相對簡單,靈活有序,設(shè)計人員能夠很快上手,通過Sketch Up構(gòu)建的三維模型效果更為直觀,因此很多設(shè)計工程中,會應(yīng)用Sketch Up進(jìn)行三維設(shè)計和模擬。相比傳統(tǒng)類型的CAD二維設(shè)計軟件而言,Sketch Up三維設(shè)計工具優(yōu)勢明顯,直觀性更強(qiáng),表現(xiàn)力更為豐富,準(zhǔn)確性更高[1]。

2 Sketch Up三維配管在精細(xì)化工項目中應(yīng)用的重要性

2.1 精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)及背景

精細(xì)化工項目主要指的是生產(chǎn)精細(xì)類化工產(chǎn)品的工業(yè)類型,近年來精細(xì)化工領(lǐng)域發(fā)展速度越來越快,逐漸呈現(xiàn)出技術(shù)密集型工業(yè)發(fā)展形勢。精細(xì)化工主要生產(chǎn)特定應(yīng)用功能的產(chǎn)品,具有高產(chǎn)品附加值,因此精細(xì)化工項目領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的設(shè)備類型相對較多,設(shè)備整體規(guī)模較小,但科技含量更高。從精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)不同裝置規(guī)模角度來看,精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模更為精致,產(chǎn)品多樣化水平更高,技術(shù)含量和質(zhì)量要求高,因此精細(xì)化工項目設(shè)計和工藝流程研發(fā)人員需要消耗大量的時間和精力進(jìn)行技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品研討。

從精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來看,當(dāng)前我國精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展速度逐漸提升。 以遼寧省為例,遼寧省在《石化和精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案》中明確,直至2025年省,成品油產(chǎn)量占原油加工量的比重會下降到40%,而精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)營業(yè)收入會達(dá)到2 000億元,遼寧省化工精細(xì)率達(dá)到50%以上。精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)相關(guān)企業(yè)在研發(fā)方面投入占營業(yè)收入比重達(dá)5%等等。當(dāng)前我國精細(xì)化工門類已近30個,年產(chǎn)值超過1 000億元,此類針對精細(xì)化工領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和發(fā)展方案,為精細(xì)化工未來發(fā)展指明了重要路徑和發(fā)展方向[2]。

2.2 Sketch Up三維配管應(yīng)用價值

為了進(jìn)一步提高工藝產(chǎn)品加工效率,同時適應(yīng)不同的工業(yè)生產(chǎn)狀況,精細(xì)化工領(lǐng)域所應(yīng)用的靜置設(shè)備以及各類金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)造越發(fā)復(fù)雜,如果直接通過 CAD等二維設(shè)計圖紙形式進(jìn)行構(gòu)建、布局和不同設(shè)計要素配合度研究則相對困難,與此同時精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)中所應(yīng)用的零配件和內(nèi)構(gòu)件等往往為非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件,無法直接進(jìn)行預(yù)制作,大多開展現(xiàn)場加工和制作安裝,三維建模設(shè)計方面工作量相對龐大,項目工程現(xiàn)場任務(wù)較多,無法通過二維設(shè)計軟件進(jìn)行操作。另外精細(xì)化工項目在三維配管方面緊湊化水平更高,不同設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)距離相對較近,工序流程安排緊湊,因此為了進(jìn)一步提高精細(xì)化工項目現(xiàn)場施工操作綜合水平,往往需要應(yīng)用三維建模進(jìn)行模擬施工和三維配管[3]。例如某聚乙烯裝置項目共出管道平面布置圖69張,單線圖出圖1 900張,綜合材料表出圖90張,人工材料統(tǒng)計作業(yè)往往會出現(xiàn)或多或少的誤差性問題,因此施工方需要購置足夠的材料,安裝作業(yè)結(jié)束后也會引發(fā)一系列材料過剩等情況。然而運(yùn)用Sketch Up三維軟件可以在三維模型當(dāng)中提取材料表,進(jìn)而提高材料數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和可靠性,在根本上減少因材料預(yù)估不精準(zhǔn)所帶來的浪費(fèi)問題,提升企業(yè)整體經(jīng)濟(jì)效益。

另一方面,常規(guī)類型的三維配管軟件如PDMS、CADWORXC等設(shè)計軟件雖然也可以應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域中,但是此類軟件更加傾向于工廠布置等方面。而Sketch Up軟件能夠切實(shí)針對精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)中大型設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)、建造施工過程等進(jìn)行三維設(shè)計和展示,軟件兼容性更高,操作界面簡單有序,命令單元相對較少,工作人員能夠更快上手。此外,Sketch Up軟件具備群組和組件功能,能夠針對不同類型的設(shè)備和構(gòu)件進(jìn)行三維模擬和配管組成,同時Sketch Up軟件在進(jìn)行三維配管時,可以應(yīng)用剖面功能實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前實(shí)體化模型的有效剖析,深入觀察和探究其內(nèi)部構(gòu)造情況,為三維配管奠定良好基礎(chǔ),表1為Sketch Up軟件優(yōu)勢。由此可見,在精細(xì)化工領(lǐng)域積極應(yīng)用Sketch Up進(jìn)行三維配管,有利于滿足多方面需求,進(jìn)一步提高三維建模整體工作效率和精細(xì)化工項目開展水平。

表1 Sketch Up軟件優(yōu)勢

3 精細(xì)化工項目上Sketch Up三維配管的具體應(yīng)用

3.1 明確精細(xì)化工廠區(qū)設(shè)計要點(diǎn)

在精細(xì)化工項目中應(yīng)用Sketch Up三維配管軟件技術(shù),首先需要明確精細(xì)化工廠區(qū)和罐區(qū)的具體工藝要求和相關(guān)設(shè)計要素。

第一,要結(jié)合精細(xì)化工業(yè)實(shí)際情況進(jìn)行罐區(qū)的科學(xué)選址,確保各類化工原材料能夠更為便利的開展存儲和運(yùn)輸,縮減存儲運(yùn)輸成本,在位置選擇中需要對工廠所處地區(qū)的地形條件、地質(zhì)要素和氣象特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)研,在配管設(shè)計中需要綜合考慮罐區(qū)建設(shè)周邊環(huán)境和環(huán)保安全條件等,同時要滿足消防安全需求和工藝處理需求等。

第二,要確定精細(xì)化工項目廠區(qū)的具體存儲規(guī)模和儲罐類型,不同類型的精細(xì)化工生產(chǎn)鏈所需要的原材料存在一定差異,與之相對應(yīng)的儲罐容量、存儲規(guī)模等差異明顯,在進(jìn)行三維配管設(shè)計時是需要盡可能地節(jié)約土地,為精細(xì)化工企業(yè)有效縮減成本,同時也能減少原料和產(chǎn)品運(yùn)輸存儲的過多投入。在考慮原材料存儲特點(diǎn)穩(wěn)定性等相關(guān)要求之外,可以優(yōu)先應(yīng)用大容量類型儲罐,減少儲罐的個數(shù),提升日常管理效率,同時要根據(jù)不同類型的原材料和工業(yè)產(chǎn)品特點(diǎn),有效開展儲運(yùn)管道設(shè)計,減少介質(zhì)損耗和儲運(yùn)過程中對外界環(huán)境造成的污染問題[4]。

第三,需要合理布置儲罐,要保障精細(xì)化工項目儲罐的所處位置,能夠滿足正常生產(chǎn)需求,避免發(fā)生地基不均勻沉降等問題。可以適當(dāng)提高儲罐的基礎(chǔ)高度,減少沉降后對儲罐的威脅和影響,同時也有利于排空油罐底部的污油,平衡油罐地基承載力。

第四,科學(xué)提高灌區(qū)管線布置工藝水平。在精細(xì)化工項目中需要應(yīng)用多種形式的管線布置方法,除了單管系統(tǒng)以外,雙管或多管,甚至是獨(dú)立管道系統(tǒng)都被廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工項目之中,以滿足不同類型的原材料和產(chǎn)品輸送需求。因此在進(jìn)行管線布置和安裝時,需要切實(shí)提升設(shè)計水平和設(shè)置基礎(chǔ),針對不同管線需求采取地面敷設(shè)或地下埋設(shè)等多種設(shè)計方法,提高管道設(shè)計的應(yīng)用水平。在此期間,可以進(jìn)一步應(yīng)用Sketch Up軟件開展三維配管,全面發(fā)揮Sketch Up軟件的綜合應(yīng)用優(yōu)勢。

3.2 提升Sketch Up三維配管應(yīng)用水平

為了進(jìn)一步強(qiáng)化精細(xì)化工項目Sketch Up三維配管應(yīng)用,本文以具體案例進(jìn)行論述,某制藥企業(yè)開展的丙炔醇項目,在進(jìn)行生產(chǎn)時涉及設(shè)備相應(yīng)較多,管道層次尤為復(fù)雜,如果直接應(yīng)用二維CAD進(jìn)行配管操作,則很容易導(dǎo)致管道出錯和誤差問題,因此在該企業(yè)丙炔醇項目中應(yīng)用了Sketch Up進(jìn)行三維配管,由于丙炔醇為微黃近乎透明的液體,能夠與水、苯、乙醇等互溶,因此進(jìn)行三維配管設(shè)計時,需要充分考慮丙炔醇原料和產(chǎn)品的應(yīng)用特點(diǎn)。

3.2.1 參數(shù)化模擬

首先對丙炔醇項目中所應(yīng)用的管件進(jìn)行參數(shù)化模擬,搭建三維信息模型庫。在項目開展過程中主要采取B/S構(gòu)件并配合云端數(shù)據(jù)服務(wù)器,將丙炔醇項目中所應(yīng)用的各類管道設(shè)備等進(jìn)行全面參數(shù)化三維模擬,構(gòu)建專項信息模型庫,以管理系統(tǒng)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的參數(shù)日常管理。其中進(jìn)一步發(fā)揮Sketch Up軟件的動態(tài)模型和三維模擬功能,對相關(guān)管件和設(shè)備進(jìn)行動態(tài)化模擬,配合以往的參數(shù)化三維信息,直接提高了三維模型應(yīng)用水平。與傳統(tǒng)類型的三維設(shè)計方案相比,Sketch Up軟件應(yīng)用于三維配管特色與優(yōu)勢更為明顯。值得注意的是,此次管件參數(shù)化設(shè)計中主要采取了云端服務(wù)器形式,也就是將已經(jīng)獲得的管件參數(shù)內(nèi)容直接上傳與專業(yè)云端服務(wù)器中,以設(shè)計軟件系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)化調(diào)用三維信息模型庫,由專業(yè)人員進(jìn)行負(fù)責(zé)維護(hù)和升級過程,更加簡單便捷,與此同時將關(guān)鍵模型三維數(shù)據(jù)庫與Sketch Up軟件進(jìn)行聯(lián)動整合,確保能夠在設(shè)計和規(guī)劃過程中直接應(yīng)用Sketch Up軟件進(jìn)行模型庫元件調(diào)用。

其次,對丙炔醇項目中所應(yīng)用的管件進(jìn)行參數(shù)化動態(tài)模擬時,某一類型的管件往往只需要建立一個三維動態(tài)模型即可,其具體外觀、形態(tài)、關(guān)鍵要素、尺寸等等可以通過后期參數(shù)調(diào)整進(jìn)行模型細(xì)節(jié)微調(diào),既保障了三維動態(tài)模型的準(zhǔn)確性,也能進(jìn)一步提高關(guān)鍵參數(shù)化的效率水平,有效解決和彌補(bǔ)了丙炔醇項目管道復(fù)雜、設(shè)計關(guān)鍵數(shù)量龐大等多方面問題。當(dāng)前在其他三維化工管件設(shè)計軟件中,都采用參數(shù)化方式建立模型庫,并沒有直接應(yīng)用動態(tài)模型技術(shù)參與建模,相關(guān)管道元件和設(shè)計元件都是幾何體形式,在后期三維建模時難度增加,甚至?xí)霈F(xiàn)模型準(zhǔn)確率不高的問題,無法直接實(shí)現(xiàn)復(fù)雜類型元件的科學(xué)準(zhǔn)確建模。所以應(yīng)用Sketch Up軟件進(jìn)行丙炔醇項目三維配管能夠有效拓展模型庫信息,進(jìn)一步保障管道原件的動態(tài)模型精準(zhǔn)度。

3.2.2 完善不同配管插件功能介紹

Sketch Up軟件在應(yīng)用過程中,其智能定位功能優(yōu)勢顯著,在應(yīng)用配管軟件時,往往可以應(yīng)用快速配管工具進(jìn)行快速建模,再結(jié)合智能定位系統(tǒng)功能,完全可以實(shí)現(xiàn)某一管道的快速創(chuàng)建和高效設(shè)計,進(jìn)一步提高精細(xì)化項目配管設(shè)計的工作效率和水平。除了智能定位和快速配管工具之外,Sketch Up軟件平臺在應(yīng)用過程中同樣也具備其他多種類型的功能,如以智能定位形式對某一類坐標(biāo)軸進(jìn)行重新鎖定或標(biāo)注原點(diǎn)、端點(diǎn)等等,對其進(jìn)行復(fù)制和排列,有效提高了設(shè)計人員和規(guī)劃人員的操作速度。與此同時,應(yīng)用快速配管工具和配管插件能夠?qū)崿F(xiàn)自動化設(shè)計,例如在某一設(shè)計細(xì)節(jié)中插入管件,對管道開展智能移動或在原有基礎(chǔ)上延長管道、自動成管等等。應(yīng)用配管軟件可以實(shí)現(xiàn)出圖和自動統(tǒng)計,將三維立體模型轉(zhuǎn)化為單線圖,也可以導(dǎo)出為平面圖等多種類型圖紙要素,或直接抽取某一管線形成ISO圖,根據(jù)材料和設(shè)備需求及時導(dǎo)出數(shù)據(jù),形成所需表格[5]。

3.2.3 提高三維配管建模精準(zhǔn)度

在實(shí)際開展丙炔醇項目三維配管時,需要嚴(yán)格按照配管建模流程和操作方法進(jìn)行操作,同時也可以根據(jù)Sketch Up軟件的實(shí)際應(yīng)用需求,合理開展二次開發(fā)。結(jié)合化工管道特點(diǎn)和丙炔醇項目配管需求,合理繪制插件管道確定模型或應(yīng)用5D插件軟件工具進(jìn)行模型制作,確?？梢约皶r參加各類產(chǎn)品參數(shù)、技術(shù)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)等等。由于Sketch Up在三維設(shè)計中可以直接建立動態(tài)化三維立體模型,同時可以根據(jù)精細(xì)化工項目所處地區(qū)的日照條件、氣候條件等進(jìn)行及時日照分析,確實(shí)提高了精細(xì)化工丙炔醇項目工藝平面布置水平和配管效率。

在建立設(shè)備模型時可以直接輸入標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備相關(guān)參數(shù),并應(yīng)用設(shè)備模型庫直接引用三維模型,如果設(shè)備為非標(biāo)設(shè)備,也可以應(yīng)用Sketch Up進(jìn)行靈活有效建模。在原有三維建?；A(chǔ)之上,結(jié)合不同生產(chǎn)工藝流程及時引入各類管道和管件,并將其定位到相應(yīng)位置,如果在進(jìn)行設(shè)計時所應(yīng)用的管道級別相同,則可以直接應(yīng)用以線成管工具進(jìn)行快速操作,實(shí)現(xiàn)高效配管。以線成管工具在連接位置可以自動添加彎頭,而閥門則可以直接在三維數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行選擇和引用,配合插件智能定位,實(shí)現(xiàn)管件和管線的精準(zhǔn)定位和有效選擇,確保整體設(shè)備模型和配管的綜合效率。完成三維配管之后,可以進(jìn)一步形成Sketch Up平面圖和立體圖,或直接抽取某一管線的ISO圖,對管件管線的長度、個數(shù)、材質(zhì)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行及時梳理并形成材料清單,方便后續(xù)工程項目中進(jìn)行應(yīng)用。值得注意的是,應(yīng)用Sketch Up平臺時要盡可能地減少精模的應(yīng)用,這主要是由于很多大型項目進(jìn)行配管三維運(yùn)算時,常規(guī)類型的計算機(jī)難以承受計算量,甚至?xí)霈F(xiàn)碰撞錯誤問題,因此可以結(jié)合不同化工項目需求進(jìn)行合理調(diào)整,或?qū)Τ鰣D結(jié)果進(jìn)行二次加工。

4 結(jié)論

綜上所述,當(dāng)前我國精細(xì)化工領(lǐng)域的發(fā)展速度越來越快,如果過于依賴傳統(tǒng)CAD軟件三維建模型,則無法適應(yīng)精細(xì)化工項目開展需求,同時CPDA等配管軟件在應(yīng)用過程中存在穩(wěn)定性不強(qiáng),操作繁瑣,模型質(zhì)量相對較差等問題,對此Sketch Up軟件的應(yīng)用范圍不斷拓展,因其操作更加簡單,表現(xiàn)力更強(qiáng),迅速成為多個行業(yè)領(lǐng)域中的主選三維設(shè)計平臺之一。本文主要針對精細(xì)化工項目三維配管進(jìn)行Sketch Up平臺的應(yīng)用分析與探討,希望能夠進(jìn)一步提高Sketch Up軟件在化工三維配管領(lǐng)域中的應(yīng)用水平。