OPM 三維軟件在工藝管道設(shè)計中的應(yīng)用

王祥如

（上海市機電設(shè)計研究院有限公司，上海 200040）

在國內(nèi)以二維平面設(shè)計和交付為主的今天，二維設(shè)計存在的弊端也日益顯現(xiàn)。建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）設(shè)計技術(shù)以其特有的優(yōu)勢，可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等優(yōu)勢，在建筑、電力、石化和水利等方向得到廣泛應(yīng)用[1]。各大設(shè)計院在發(fā)展BIM 的同時，也在進行數(shù)字化交付技術(shù)的探索[2-3]。

三維模型是對物理工廠的虛擬可視化表達，其涵蓋設(shè)備模型、管道模型、建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、電氣模型和儀表模型，具體包括設(shè)備外形、接口、管道管件及附屬儀表、建筑外形、路面、梯子、平臺、電纜和橋架等物理工廠的實物對象模型。根據(jù)專業(yè)分類，每個專業(yè)僅設(shè)計工廠模型中的一部分，并最終拼接成一個完整的工廠模型。可以說三維模型的建立使得工廠更加可視化、簡單化、模塊化，其他交付數(shù)據(jù)庫有了載體和依托。

目前，BIM 設(shè)計軟件主要有Autodesk 公司的Revit建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備軟件，Bentley 公司的OBD 建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備軟件，Bentley 工業(yè)設(shè)計（石油、化工、電力和醫(yī)藥等）和基礎(chǔ)設(shè)施（道路、橋梁、市政和水利等）系列軟件，以及Graphisoft 公司的ArchiCAD 軟件。不同公司的軟件在架構(gòu)上非常類似，但又各有其特點，并存在很多不同之處[4]。利用Bentley 公司的OpenPlant Modeler CONNECT Edition（簡稱OPM）軟件可以進行動力、水工、化水和消防專業(yè)的管道三維建模及二維出圖工作。

1 設(shè)計中遇到的難題

在OPM 工藝管道設(shè)計過程中遇到了兩大難題。

一是目前OPM 不提供中國標準的元件庫（Catalogs），而且軟件自身帶有的元件庫只有部分美標體系，沒有可用于國內(nèi)的管道元件庫、等級庫（Specs）。元件庫顧名思義即涵蓋了管道三維設(shè)計所需要的各種組件（鋼管、管件、閥門和法蘭等）參數(shù)信息，而等級庫就是適用于某一項目的元件庫。等級庫可以由元件庫按照某些篩選規(guī)則得到。沒有元件庫或等級庫，管道三維設(shè)計是進行不下去的，因此，元件庫的建立至關(guān)重要。所以需要制定自己的元件庫，為后續(xù)項目篩選等級庫奠定基礎(chǔ)。

二是OPM 是國外軟件，在國內(nèi)適用性還達不到國內(nèi)工程標準要求。比如一些管線號、管道標高、保溫、儀表位號、尺寸標注、壓力等級和支吊架完全是美標等國外標準，如要繪制出管道軸測圖，其默認的圖紙格式排版（字體樣式、標注樣式、圖層、圖例表達和圖框等）與我國制圖要求完全不同。

其他BIM 軟件也會存在類似問題[5-8]。受制于上面兩大難題，三維管道設(shè)計工作難以展開。研究旨在解決上述問題，研究OPM 出圖技術(shù)與流程，結(jié)合工程制圖的特點及難點，通過二次開發(fā)設(shè)計OPM 軟件，實現(xiàn)自動出圖，提高軟件的通過性和易用性。

2 軟件二次開發(fā)

利用OpenPlant Isometrics Manager CONNECT Edition（簡稱OPIM）軟件及樣式配置根目錄文件進行管道軸測圖的管理及出圖工作；利用OpenPlant Project Administrator CONNECT Edition（簡稱OPPA）進行管道、設(shè)備屬性的添加和修改，各種報表的定制及元件庫擴充。

這就需要對OPM、OPIM、OPPA 軟件操作熟練，對其架構(gòu)有一定的了解，掌握軟件編程知識、規(guī)則，修改腳本解決上面問題。

2.1 建立元件庫、等級庫

按照國家標準里的數(shù)據(jù)建立了元件庫，包含了鋼管（PIPE）、管法蘭連接用緊固件（FASTENERS，六角頭螺栓、等長雙頭螺柱及與之對應(yīng)的六角螺母、大六角螺母）、墊片（GASKET）、三通（TEE）、四通（CROSSES）、彎頭（ELBOW）、大小頭（REDUCER）、管法蘭（FLANGE）、管帽（MISC_FIT）、法蘭連接類型的閥門（VALVFL）、對焊連接類型的閥門（VALVBW）、控制（調(diào)節(jié)）閥門（VLVCNTFL）、安全閥門（VLVRELFL）、化工管道過濾器系列（STRAINER）和閥門執(zhí)行機構(gòu)（TOPWORKS）這15 種類型（超過20 萬行數(shù)據(jù)），如圖1 所示。

管道外徑和壁厚按照GB/T 17395—2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》標準建立庫，包含了GB3087—2008《低中壓鍋爐用無縫鋼管》、GB/T 3091—2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》、GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》、GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》、GB/T 12771—2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》和GB/T 14976—2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》標準。

管法蘭連接用緊固件按照GB/T 9125—2010《管法蘭連接用緊固件》標準建立庫，包含GB/T 5782—2000《六角頭螺栓》、GB 901—88《等長雙頭螺柱B級》、GB/T 6170—2015《1 型六角螺母》標準。

墊片按照GB/T 4622.2—2003《纏繞式墊片管法蘭用墊片尺寸》、GB/T 9126—2008《管法蘭用非金屬平墊片尺寸》、HG/T 20607—2009《鋼制管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片（PN 系列）》、HG/T 20609—2009《鋼制管法蘭用金屬包覆墊片（PN 系列）》、HG/T 20610—2009《鋼制管法蘭用纏繞式墊片（PN 系列）》、HG/T 20606—2009《鋼制管法蘭用非金屬平墊片（PN 系列）》和HG/T 20612—2009《鋼制管法蘭用金屬環(huán)形墊（PN 系列）》標準建立庫。

三通、四通、彎頭、大小頭和管帽按照GB/T 12459—2017《鋼制對焊管件類型與參數(shù)》標準建立庫。

管法蘭按照GB/T 9112～GB/T 9124—2010、HG/T 20592—2009《鋼制管法蘭（PN 系列）》標準建立庫。

閥門按照工業(yè)出版社出版的《閥門產(chǎn)品樣本（第3版）（上下冊）》數(shù)據(jù)建立庫，包含各種類型的閥門（球閥、閘閥、止回閥、截止閥、蝶閥、隔膜閥、調(diào)節(jié)閥和安全閥）與不同的連接方式（法蘭連接、對夾連接、對焊連接）。

過濾器按照HG/T 21637—2021《化工管道過濾器系列》標準建立庫，包含Y 形過濾器、T 形過濾器、錐形過濾器和籃式過濾器。

為了便于輸入和處理龐大的數(shù)據(jù)，先在EXCEL 里完成數(shù)據(jù)的輸入，再通過ACCESS 軟件轉(zhuǎn)化為“.mdb”格式文件，再經(jīng)過OPPA 軟件賦予SYS_ID 列數(shù)據(jù)，至此元件庫建立完成。

2.2 設(shè)置圖層管線

圖層管線配置的主要內(nèi)容是創(chuàng)建圖層和介質(zhì)并使其相互關(guān)聯(lián)，不同介質(zhì)對應(yīng)不同圖層、不同顏色的三維管道，這樣在新建管線時，只需要選擇介質(zhì)名稱（Service），就可以在繪制管道時自動對應(yīng)圖層和顏色。

圖2 為全部設(shè)置完成后的樣式，使用不同介質(zhì)可繪制不同顏色的管道，當(dāng)鼠標放到管道上時，會顯示管道對應(yīng)的圖層，即管道內(nèi)介質(zhì)種類。

圖2 設(shè)置完成后的樣式

2.3 增添和編輯屬性

利用OPPA 管理員工具的“Class Editor”模塊，在OPM 軟件內(nèi)新建了一些屬性，這些屬性在圖中及出圖中可以自動讀取并顯示。

①在閥門屬性里添加KKS 編碼及備注屬性，如圖3（a）所示；②管道保溫參數(shù)屬性，如圖3（b）所示；③管道油漆參數(shù)屬性，如圖3（c）所示；④設(shè)備制造商等屬性，如圖3（d）所示。除了這些，其他屬性可以根據(jù)需要再添加和修改。

圖3 配置的屬性

2.4 定制材料報表

傳統(tǒng)兩維設(shè)計在材料統(tǒng)計上存在困難，統(tǒng)計材料時依靠人工，難免會出錯（尤其是在圖紙較多，較復(fù)雜情況下）。通過定制材料報表，可以直接從三維模型中讀取材料信息，生成材料報表，極大提高了準確率，節(jié)約了時間。

管線號材料報表和總的材料報表這2 種報表，管線號材料報表以每條管線號為總，顯示每條管線號包含的管道、管件、閥門、法蘭、墊片和螺栓等信息，如圖4（a）所示，總的材料報表如圖4（b）所示，指的是某一模型文件中全部的材料，其中每列標題及內(nèi)容都可以定制。

圖4 不同的材料報表形式

2.5 定制參數(shù)化模型

由于OPM 軟件里自帶的閥門模型和設(shè)備模型精細程度不足以滿足數(shù)字化設(shè)計的要求，導(dǎo)致繪制不精確，違背了數(shù)字孿生的宗旨，同時還會對模型碰撞檢查產(chǎn)生很大影響，因此利用參數(shù)化模型定制功能，實現(xiàn)了閥門和設(shè)備的定制化設(shè)計，大大提高了模型的精準度。

對于閥門而言，僅僅進行參數(shù)化建模還不夠，還要將定制好的參數(shù)化閥門模型與OPM 等級庫連接起來，將定制的模型加入進OPM 軟件閥門模型類中，使其真正具有閥門屬性，同時方便在繪制過程中能夠快速選擇。參數(shù)化閥門定制成果如圖5 所示。

圖5 參數(shù)化閥門定制成果

2.6 定制軸測圖出圖

軟件自帶的出軸測圖效果如圖6 所示，從圖6 可以看出不需要的信息有很多，左側(cè)是軸測圖圖面信息（顯得很亂），右上側(cè)是材料清單，分為預(yù)制材料和現(xiàn)場材料，右下側(cè)是各根鋼管的信息，與國內(nèi)制圖要求有很大差距，而且只有A2 的圖面，所以需要定制。

圖6 軟件自身出軸測圖一覽

利用OPIM 軟件及腳本文件對軸測圖圖面設(shè)置，使其盡量滿足制圖要求（管道安裝圖統(tǒng)一規(guī)定）。主要進行了閥門圖例設(shè)置、圖框設(shè)置、材料報表設(shè)置和支吊架形式設(shè)置等。材料報表設(shè)置由于編寫的代碼中如果有中文，軟件不能識別，會以“？”的形式表示，所以，目前還不能將主要設(shè)備及材料表按組件種類分類統(tǒng)計顯示。

軟件內(nèi)部閥門圖例符號與統(tǒng)一要求符號有差別，需要定制圖例符號（包括球閥、閘閥、截止閥、止回閥、蝶閥、Y 形過濾器和T 形過濾器等）。以蝶閥為例，如圖7 所示。

圖7 閥門圖例對比

圖框設(shè)置主要是將圖框參考進來和圖框右下角信息設(shè)置，包括項目名稱、子項目名稱及專業(yè)名稱、圖紙名稱、設(shè)計階段、版次、圖號及日期，在出圖前手動填入信息（除了日期不需手動填入），出圖時這些信息會自動填入該相應(yīng)區(qū)域范圍內(nèi)。圖8 表示出圖后圖框信息（供參考）。

圖8 圖框信息

支吊架形式設(shè)置顯示管道軸測圖支吊架位置及類型，如圖9 所示。

圖9 支吊架形式

以某一冊施工圖壓縮空氣管道為例，定制完成設(shè)置后出圖的圖面一覽，如圖10 所示，圖幅為A1 和A4，左側(cè)是軸測圖區(qū)域，左上角為北向標（一張A1），右側(cè)為主要設(shè)備及材料表（一張A4），如果一張A4 寫不下，會自動寫到下一張A4 上（圖11）。右側(cè)的主要設(shè)備及材料表也可放置在軸測圖圖面里（除去A4 圖框），圖面不僅有這些，還定制了A0、A2、A3 圖框。

圖11 主要設(shè)備及材料表滿自動加載到新的表

2.7 定制保溫、油漆清冊

保溫、油漆清冊的定制依賴于管道保溫、油漆屬性的添加。與材料報表類似，保溫、油漆清冊也分管線號報表和總的報表，由于本管道按照設(shè)計要求不需保溫，為了展示，就加上了保溫，如圖12 所示。

圖12 保溫、油漆清冊

2.8 定制閥門清冊

閥門清冊的定制依賴于閥門屬性的建立，定制效果如圖13 所示。

圖13 閥門清冊

3 結(jié)論

通過對Bentley 軟件OPM 進行元件庫的擴充及二次開發(fā)，提高了管線模型的精準度，提高標注速度，提升出圖效率及材料統(tǒng)計的精準度，并成功應(yīng)用到項目的施工圖工作。與建筑、結(jié)構(gòu)、電氣和暖通等專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計，實時審視項目總體布局，改進項目方案，更加合理地規(guī)劃設(shè)備、管線布置，將問題在設(shè)計階段解決，有利于提高施工效率，降低施工成本。最終各專業(yè)三維模型整合，不單單可以進行碰撞檢測、施工模擬，而且對于進一步研究數(shù)字化交付，數(shù)字化工廠具有重要意義，最終使得項目建設(shè)更加規(guī)范、系統(tǒng)、高效。

在二次開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)，如果一個三維管道模型文件中有多段沒有連接的管道（不連續(xù)管道），那么生成報表中相同鋼管的長度不是總長度，這是軟件自身原因，目前還沒得到解決（已反饋給Bentley 公司），這點需要注意，還需手動來統(tǒng)計相同鋼管總長度。