PDMS在石化裝置埋地給排水管道設(shè)計(jì)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

李 科，王婷婷，付仁超

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司， 山東 青島 266071）

PDMS在石化裝置埋地給排水管道設(shè)計(jì)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用

李 科，王婷婷，付仁超

（中國(guó)石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計(jì)分公司， 山東 青島 266071）

介紹了在石油化工裝置設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何利用三維設(shè)計(jì)軟件 PDMS 實(shí)現(xiàn)給埋地排水管道的三維設(shè)計(jì)，講述從數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建到三維建模，再到使用 PML 語(yǔ)言對(duì)其出圖程序、材料報(bào)表模塊進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，解決埋地給排水管道常見(jiàn)的錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題，從而提高埋地給排水管道的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

管道； PDMS；二次開(kāi)發(fā)；元件庫(kù)；Draft；PML

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，在當(dāng)代石油化工裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，越來(lái)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。各種三維設(shè)計(jì)軟件雖然開(kāi)發(fā)平臺(tái)不同，但其中心理念都是數(shù)據(jù)的集成：縱向貫穿石化裝置的設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)維護(hù)等整個(gè)生命周期的各類數(shù)據(jù)，橫向貫穿參與設(shè)計(jì)、施工、采購(gòu)、驗(yàn)收、生產(chǎn)的各個(gè)專業(yè)及各個(gè)參與方的協(xié)同數(shù)據(jù)，目的是真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化工廠的理念。在過(guò)去的 10多年里，我們通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件的引進(jìn)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了地上裝置部分的三維設(shè)計(jì)，但鑒于埋地給排水管道設(shè)計(jì)與施工的特殊性，一直沒(méi)有實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，下文將講述如何在PDMS平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)石化裝置埋地給排水的三維設(shè)計(jì)。

1 開(kāi)發(fā)背景

1.1 開(kāi)發(fā)需求

石油化工裝置埋地給排水管道包括消防水、循環(huán)水、生產(chǎn)污水、生活污水和雨水等。制約埋地給排水管道設(shè)計(jì)的因素較多，如地理環(huán)境、地上設(shè)備和管道的規(guī)劃、大口徑地上管道的支撐點(diǎn)、振動(dòng)管道的地面支撐點(diǎn)、設(shè)備和構(gòu)架基礎(chǔ)、其他埋地管道和電纜的位置、管道坡度、施工因素和地下空間等。埋地管道一般隨基礎(chǔ)、電纜溝一起開(kāi)挖、施工、防滲和覆土?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明使用二維CAD進(jìn)行埋地給排水設(shè)計(jì)，不可避免地造成大量的錯(cuò)、漏、碰、缺等問(wèn)題，由于地下管道交叉嚴(yán)重，防腐補(bǔ)口要求高且施工困難，一旦發(fā)生設(shè)計(jì)變更就會(huì)造成人力和財(cái)力的很大浪費(fèi)，同時(shí)二維 CAD設(shè)計(jì)也不能滿足數(shù)字化工廠的需要。隨著石化裝置的日益大型化和數(shù)字工廠的建設(shè)，此矛盾越來(lái)越突出，迫切需要解決。

1.2 概念簡(jiǎn)介

PDMS 是目前國(guó)際上比較流行的三大三維設(shè)計(jì)軟件之一，是一個(gè)面向數(shù)據(jù)型大型工廠設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。通過(guò)圖形平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全比例三維實(shí)體建模，所見(jiàn)即所得；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多專業(yè)實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)，模擬真實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，建立一個(gè)詳細(xì)的 3D 數(shù)字工廠模型；交互設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)時(shí)三維碰撞檢查，自動(dòng)地在元件和各專業(yè)設(shè)計(jì)之間進(jìn)行碰撞檢查，保證設(shè)計(jì)成果的空間正確性。

PML 是指 AVEVA Programmable Macro Language，是 PDMS 內(nèi)置的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，隨著 PDMS 的升級(jí)，PML 語(yǔ)言共經(jīng)歷了 PML、PML2、PML .Net三個(gè)時(shí)代。

2 開(kāi)發(fā)過(guò)程

2.1 編碼的確定

編碼即物質(zhì)編碼或材料編碼，是PDMS及其他三維設(shè)計(jì)軟件數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)管理的主線［1］。由于以往的分工、技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不完善等原因，造成了埋地給排水管道材料編碼并未納入管道材料編碼的范疇，隨著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、制造標(biāo)準(zhǔn)的完善和工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求的加強(qiáng)，給埋地給排水管道編碼成為可能和必然。埋地給排水管道材料種類多、管件型式復(fù)雜、連接形式變化多樣，部分標(biāo)準(zhǔn)中的管徑系列、壓力等級(jí)系列與石化標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都不能兼容，同時(shí)還存在著未納入國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的公司級(jí)標(biāo)準(zhǔn)圖集等內(nèi)容，因此根據(jù)材質(zhì)和用途，將材料編碼分為三類：C類，主要包括鑄鐵管子、管件；U類，主要包括塑料（襯塑）管子、管件；M類，無(wú)法歸類的特殊管子、管件，如地漏、清掃口等。根據(jù)材料編碼規(guī)則，將設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、連接形式、壓力等級(jí)、等信息以編碼的形式組合成唯一的標(biāo)識(shí)碼，如圖示：

2.2 元件庫(kù)的開(kāi)發(fā)［2］

元件庫(kù)是PDMS模型的基礎(chǔ)，是管道材料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的外在體現(xiàn)，決定了管子、管件在模型中以何種形狀出現(xiàn)、在軸測(cè)圖和平面圖中的形狀與標(biāo)注方法，同時(shí)也是等級(jí)庫(kù)的根源所在。根據(jù)編碼的分類和設(shè)計(jì)依據(jù)，管道元件的元件庫(kù)主要采用以下幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表1。

表 1 采用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Referenced Design Standards

為了方便開(kāi)發(fā)與建模，對(duì)元件做以下約定：

（1） 在能夠表達(dá)外形的前提下，盡可能將元件的外形簡(jiǎn)化，方便建模；

（2）元件的連接形式盡量向已有的形式靠近，減少自定義的內(nèi)容，提高兼容性；對(duì)于承插焊、插接、熱熔、粘結(jié)等形式，統(tǒng)一歸為承插焊連接類型；

（3）元件庫(kù)中添加變長(zhǎng)管和定長(zhǎng)管兩種管道，既能滿足襯塑管［3］、鑄鐵、水泥管分段生產(chǎn)的特性，也能滿足較短管道的布置；

最后使用 PDMS 的 paragon 模塊，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)中的尺寸，最后生成完整的元件圖形［4］，如下圖 1。

圖 1 元件圖例Fig.1 Catalog sample picture

2.3 管道建模

管道建模是整個(gè)開(kāi)發(fā)的核心部分，使用 PDMS標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)工藝流程，將地上設(shè)備、管道、結(jié)構(gòu)和地下其他管道、管溝的模型參考到設(shè)計(jì)界面，實(shí)時(shí)觀察考慮空間的影響和連接關(guān)系，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，最大程度的避免錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題，減少后期施工的返工，加快施工進(jìn)度，模型效果圖如下圖 2。

圖 2 三維模型圖Fig.2 3D model picture

2.4 軸測(cè)圖的定制

為滿足軸測(cè)圖出圖需求，對(duì)PDMS軸測(cè)圖出圖模塊（Isodraft）進(jìn)行如下定制［5］：

（1）為了使軸測(cè)圖顯示更多的管道信息，便于現(xiàn)場(chǎng)埋地重力流管道的施工，將軸測(cè)圖的圖紙幅面定義為A2；

（2）將需要的管道信息如溫度、壓力等輸出到指定的坐標(biāo)位置；

（3）使用的是工廠坐標(biāo)系統(tǒng)。

2.5 透視圖的開(kāi)發(fā)

透視圖的開(kāi)發(fā)是開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。以往的埋地給排水管道圖紙只包含平面圖，不能完整地表達(dá)埋地給排水管網(wǎng)的整體布置和具體的管件連接。軸測(cè)圖完美解決了管件的連接問(wèn)題，使用 PDMS Draft模塊和 PML 語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，生成埋地給排水管道透視圖，更好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工和驗(yàn)收。

透視圖不是平面圖也不是通常意義的軸測(cè)圖，要著重體現(xiàn)埋地給排水管道網(wǎng)絡(luò)體系的連接情況，不需要詳盡的表達(dá)連接方式、間隔尺寸等細(xì)節(jié)問(wèn)題，因此對(duì)尺寸標(biāo)注、元件標(biāo)示的詳細(xì)程度要求較低；

（1）圖面應(yīng)充分表達(dá)各管線之間、井與井之間的連接關(guān)系、地上管線與地下管線的連接關(guān)系，以及裝置與裝置、裝置與管網(wǎng)之間的連接關(guān)系；

（2）圖面應(yīng)表達(dá)漏斗、地漏、清掃口的標(biāo)高信息；

（3）應(yīng)體現(xiàn)關(guān)鍵的彎頭點(diǎn)標(biāo)高信息，方便計(jì)算傾斜管道鋪設(shè)的起止點(diǎn)標(biāo)高；

（4）應(yīng)體現(xiàn)井與管道接口的標(biāo)高、方位，以及接口套管的數(shù)量；

（5）應(yīng)體現(xiàn)井蓋的方位。

為了實(shí)現(xiàn)透視測(cè)圖預(yù)想的功能，在 Draft出圖時(shí)對(duì)以下方面做了配置和開(kāi)發(fā)［6］：

（1）將管道號(hào)按照分支進(jìn)行管號(hào)標(biāo)注，為了避免圖面太雜亂，將管道用序號(hào)進(jìn)行標(biāo)示，然后在圖中生成序號(hào)與管號(hào)的對(duì)照表，根據(jù)分支的頭尾連接關(guān)系，很容易查詢管道的連接關(guān)系；

（2）使用 PML 編程，對(duì)軸測(cè)方向上的管道進(jìn)行尺寸標(biāo)注，間距小于 500 mm 的標(biāo)注將被省略；

（3）使用 PML 編程對(duì)漏斗、地漏、清掃口進(jìn)行標(biāo)高標(biāo)注；

（4）為了表達(dá)管道與井的連接關(guān)系和接口的標(biāo)高，使用設(shè)備（EQUI）為井建模，與管道的接口使用管嘴（NOZZ）進(jìn)行建模，這樣管道與井的接口就會(huì)體現(xiàn)在軸測(cè)圖中，再使用 PML 編程將接口的標(biāo)高、方位生成列表（圖 3）；每個(gè)接口對(duì)應(yīng)一個(gè)套管，將套管按直徑進(jìn)行匯總；

（5）使用管嘴（NOZZ）為井蓋進(jìn)行建模，命名時(shí)使用特殊命名，與其他接口區(qū)別開(kāi)，再使用PML編程獲取其相對(duì)于井本體的方位角度，一并列入接口表，如圖3所示；最終的軸測(cè)圖效果如圖4所示（由于本文圖幅限制，僅體現(xiàn)了局部）。

圖 3 井口表Fig.3 Nozzle table for well

2.6 材料報(bào)表的定制開(kāi)發(fā)

PDMS 自身帶有材料統(tǒng)計(jì)功能，但是其內(nèi)容與格式并不能滿足出版要求，AVEVA 中國(guó)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)很早就認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，在其開(kāi)發(fā)的工具集（Tookit）里面，加入了管道材料統(tǒng)計(jì)功能，生成一個(gè)*.CSV的材料表文件，基本滿足出版要求。為了使材料表更容易閱讀和檢查，我們又使用 Visual Basic 語(yǔ)言，根據(jù)編碼進(jìn)行了分類匯總，生成最終的材料表。

圖 4 透視圖效果Fig.4 Perspective drawing sample

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)我們對(duì)元件庫(kù)、軸測(cè)圖模塊、透視圖的開(kāi)發(fā)和設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了埋地給排水管道的三維建模，生成滿足施工需要的圖紙，很大程度上減少了錯(cuò)、漏、碰、缺的問(wèn)題，且一定程度上解決了設(shè)計(jì)質(zhì)量與施工進(jìn)度的沖突，截止目前已在多套裝置中成功應(yīng)用。由于對(duì)PDMS還不是很透徹，且PML編程水平有限，在自動(dòng)出圖等方面還有改進(jìn)的空間。

［1］ 馬旭明．工程設(shè)計(jì)中材料編碼的研究[J].當(dāng)代石油石化，2012 (8)：28-32．

［2］ 張棟順 慈 鵬 武嘉培．PDMS 三維軟件在電廠水處理系統(tǒng)襯塑管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)電力教育，2013 (5)：231-232．

［3］ 劉璇 韓延峰．PDMS 三維軟件在海洋工程中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)造船，2011， 52(S1)：224-228．

［4］ Catalogues and Specifications Reference Manual[S]. 2007

［5］ ISODRAFT Reference Manual[S]. 2007

［6］ DRAFT Administrator Application User Guide[S]. 2007

Application of PDMS in Buried Supply and Drainage Pipeline Design for Petrochemical Plants

LI Ke，WANG Ting-ting，F(xiàn)U Ren-chao
（ China Petroleum Engineering & Construction Corp. East China Design Branch, Shandong Qingdao 266071，China）

How to use the 3D design software PDMS to design buried supply and drainage pipeline in petrochemical plant design process was introduced, including database construction, 3D modeling, secondary development of drawing program and material report module with PML language. Application of the 3D design software PDMS will solve many common problems during the design to improve design efficiency and design quality of the buried supply and drainage pipeline.

Buried pipeline; PDMS; Further development; Category; Draft; PML

TE 832

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1300-03

2014-05-06

李科（1983-），男，山東棗莊人，工程師，2004 年 7 月畢業(yè)于青島科技大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：從事石油化工裝置的配管設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、維護(hù)工作。E-mail：likepg@cnpccei.cn。