SmartPlant 3D在橋架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

姚怡君 張公明 東華工程科技股份有限公司 合肥 230024

隨著時(shí)代的發(fā)展，工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)?xiàng)目的質(zhì)量和進(jìn)度控制要求越來越高，三維輔助設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)大型項(xiàng)目中的應(yīng)用已經(jīng)屢見不鮮。相較于傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)手段能真正體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，不僅能更直觀、準(zhǔn)確地體現(xiàn)設(shè)計(jì)成果，還可以為工程項(xiàng)目的施工、管理服務(wù)，另外在軟件功能性上也具有顯著的優(yōu)勢(shì)。目前，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越受到用戶們的重視。

1 SmartPlant 3D介紹

SmartPlant 3D由INTERGRAPH公司開發(fā)，簡(jiǎn)稱SP3D，中文名稱是工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它以獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了工廠設(shè)計(jì)中多專業(yè)多用戶的協(xié)同設(shè)計(jì)。SmartPlant 3D不僅為用戶提供平臺(tái)進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備布置、管道建模、儀表和電氣橋架布置、暖通設(shè)計(jì)等，還為用戶提供了三維模型瀏覽、碰撞檢查、材料統(tǒng)計(jì)、成品出圖等諸多功能。

SmartPlant 3D是一個(gè)全面的、智能的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，用戶需遵循它的基本架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)體系和規(guī)則。工程設(shè)計(jì)時(shí)，Smart-Plant 3D需多專業(yè)參與進(jìn)行三維協(xié)同設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)和平臺(tái)的二次開發(fā)，調(diào)整專業(yè)之間的劃分及關(guān)系，完成二次開發(fā)和用戶化定制，使項(xiàng)目整體效益最大化，為各專業(yè)帶來效率或效果的提升。

SmartPlant 3D建模過程較為智能，對(duì)管道、設(shè)備、儀表及橋架等模型的建立、修改都很方便。橋架等模型建立后，只需設(shè)置出圖模板，劃定出圖區(qū)域，即可輸出成品圖紙。即使局部變動(dòng)，也無(wú)需二維作圖和修改，能加快項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)度，并保證項(xiàng)目在苛刻工期內(nèi)的順利完成。

另外，SmartPlant 3D還能按實(shí)際建立模型的數(shù)量，輸出多種材料報(bào)表和分類統(tǒng)計(jì)，能有效地提高效率，降低項(xiàng)目造價(jià)，避免材料浪費(fèi)，對(duì)工程公司滿足業(yè)主的高要求、控制成本以及提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力方面都具有非常重大的意義。

就橋架設(shè)計(jì)而言，相對(duì)于二維橋架設(shè)計(jì)的橋架敷設(shè)、跨接處不夠直觀，與其他專業(yè)的空間分配不能及時(shí)更新等問題，利用SmartPlant 3D，可以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)接、協(xié)同作業(yè)，避免設(shè)計(jì)碰撞等，且3D模型效果直觀、易懂，從而能提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，方便施工。

2 SmartPlant 3D的系統(tǒng)架構(gòu)

目前，SmartPlant 3D以SQL server軟件作為底層數(shù)據(jù)庫(kù)支撐平臺(tái)，基本結(jié)構(gòu)就是Server+Client。Server服務(wù)器端，需要至少一臺(tái)服務(wù)器和相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件 (分別存放了文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、授權(quán)數(shù)據(jù)庫(kù)等);Client客戶端，則是多個(gè)操作站和建模軟件 (對(duì)應(yīng)多個(gè)操作員的客戶端、實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)通訊軟件和建模工具等)。

SmartPlant 3D為基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作模式，建立的模型和操作信息全部實(shí)時(shí)紀(jì)錄在服務(wù)器上。服務(wù)器應(yīng)定期備份，保證數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和安全性。SmartPlant 3D數(shù)據(jù)龐雜，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)需要，通過Filter過濾無(wú)關(guān)內(nèi)容，任意選擇需要顯示的各類模型、參數(shù)等，使操作界面中只保留部分裝置或工段的數(shù)據(jù)信息。

在實(shí)際項(xiàng)目中，能使用SmartPlant 3D實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理，針對(duì)項(xiàng)目的工作內(nèi)容和專業(yè)人員工作分解情況，完成項(xiàng)目的層級(jí)架構(gòu)搭建，根據(jù)工作內(nèi)容的不同，進(jìn)行多種權(quán)限界定，并建立相應(yīng)的權(quán)限組予以約束，建造一個(gè)可以多人、多專業(yè)的協(xié)同工作平臺(tái)，在使設(shè)計(jì)工作便捷的同時(shí)，又充分地保證了文件安全。

3 定制橋架數(shù)據(jù)庫(kù)

不同三維設(shè)計(jì)軟件常用的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也不盡相同。PDS常用的是Orale數(shù)據(jù)庫(kù)，AutoPLANT使用office access作為數(shù)據(jù)支持，而SmartPlant 3D常用的是SQL。

設(shè)計(jì)模型的建立，就是使用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模的過程。因而，要進(jìn)行某個(gè)化工工程項(xiàng)目的橋架建模，要先建立符合該項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)定的橋架數(shù)據(jù)庫(kù)。

由于INTERGRAPH為國(guó)外公司，其開發(fā)的SmartPlant 3D原始數(shù)據(jù)庫(kù)與國(guó)內(nèi)行業(yè)規(guī)范、工程設(shè)計(jì)習(xí)慣差異較大。其中，尺寸全為英制尺寸，橋架規(guī)格描述亦全為英文，橋架型號(hào)也與《自控材料設(shè)備手冊(cè)》中差別很大，故在開展SmartPlant 3D橋架設(shè)計(jì)前，需將橋架數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二次開發(fā)。

SmartPlant3D的橋架數(shù)據(jù)庫(kù)在電氣模塊中，是通過Excel工作薄加載實(shí)現(xiàn)的。SmartPlant 3D的所有的數(shù)據(jù)庫(kù)文件都位于服務(wù)器端的安裝目錄下。

“CableTray.xls”是定義橋架實(shí)體的類別和部件的文件，在該文件中，可以定制橋架的型號(hào)、規(guī)格描述、材質(zhì)、長(zhǎng)度、寬度、深度、彎曲半徑等參數(shù)。表1為二次開發(fā)的槽式直通橋架的部分參數(shù)。其他橋架連接件 (如槽式水平彎通、槽式垂直上彎通等)的定制與槽式直通橋架相同。

表1中，工廠 (Manufacturer)、材質(zhì) (Material)、橋架類型 (TrayType)、元件類型 (ComponentType)中填寫的參數(shù)均為代號(hào)，不同代號(hào)在各項(xiàng)屬性sheet中有具體定義。

表1 槽式直通橋架的參數(shù)定制

4 橋架建模

SmartPlant 3D是多人、多專業(yè)的協(xié)同工作平臺(tái)，橋架設(shè)計(jì)直接由自控專業(yè)設(shè)計(jì)和建模，不僅保證了模型的及時(shí)更新，更簡(jiǎn)化了工作流程。系統(tǒng)管理員完成橋架數(shù)據(jù)庫(kù)建立，并成功通過軟件加載和測(cè)試后，自控專業(yè)就可以在工程項(xiàng)目中調(diào)用和建立橋架模型。

實(shí)際工程項(xiàng)目中的電纜、橋架設(shè)計(jì)應(yīng)本著避開熱源、工藝介質(zhì)排放口、振動(dòng)及電磁場(chǎng)干擾場(chǎng)所的原則，按較短途徑敷設(shè)。在SmartPlant 3D全廠模型中，可以清楚地看到各種塔、儲(chǔ)罐、換熱器、泵等設(shè)備的布置，各類管道、風(fēng)道的敷設(shè)路徑，以及墻體、結(jié)構(gòu)的梁和斜撐、平臺(tái)、欄桿、樓梯等，非常直觀。橋架建模時(shí)，可直接避開管道、設(shè)備和建筑物，或在空間位置緊張的情況下，與管道布置、結(jié)構(gòu)專業(yè)溝通討論，調(diào)整布局，使空間分配合理、美觀。

另外，橋架不應(yīng)敷設(shè)在影響操作、妨礙設(shè)備維修的位置，而在SmartPlant 3D中，可以設(shè)置檢修通道和設(shè)備吊裝空間，禁止在該區(qū)域內(nèi)建立模型，影響施工。

橋架還不宜平行敷設(shè)在高溫工藝管道、特種介質(zhì) (如氧氣等)管道和設(shè)備的上方，或有腐蝕性液體的工藝管道和設(shè)備下方，在SmartPlant 3D中，可以用不同的顏色表示高溫、特種介質(zhì)等工藝管道，提醒設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行橋架建模。

SmartPlant 3D主菜單欄的Electrical模塊中，有橋架繪制工具條。其中，為繪制橋架命令、為插入橋架連接部件命令。SmartPlant 3D中，繪制橋架較為智能，可采用多種方式，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連接。

5 碰撞檢查

使用SmartPlant 3D時(shí)，參與建模專業(yè)均在同一平臺(tái)上建模，設(shè)計(jì)人員可以看到實(shí)時(shí)保存在服務(wù)器上的各專業(yè)最新模型，可有效避免橋架與結(jié)構(gòu)梁或柱、管道等碰撞，以及橋架占用檢修維護(hù)空間的現(xiàn)象。

在模型建立時(shí)，開啟即時(shí)碰撞檢查，設(shè)計(jì)人員就能注意到橋架位置和標(biāo)高是否合適，橋架與管道、設(shè)備、結(jié)構(gòu)是否碰撞，從而及時(shí)地進(jìn)行修改和調(diào)整，碰撞截圖見圖1。

SmartPlant 3D的碰撞檢查規(guī)則能自行定制，不僅能設(shè)置不同類型模型的碰撞規(guī)則，還能設(shè)置特定類型模型之間的安全距離，若不滿足，同樣在操作界面中進(jìn)行提示。

圖1 SmartPlant 3D中模型碰撞截圖

SmartPlant 3D還能生成碰撞檢查報(bào)表，該報(bào)表不僅包括碰撞的位置、類別，還有對(duì)不滿足已設(shè)置安全距離要求的報(bào)警，方便設(shè)計(jì)人員查找。

6 橋架材料統(tǒng)計(jì)

任何三維設(shè)計(jì)體系，在設(shè)計(jì)過程完成后，都需要生成各種報(bào)表和圖紙，以滿足工程設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工的需要。SmartPlant 3D提供了豐富、多樣的報(bào)表。

SmartPlant 3D具有自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料功能。Smart-Plant 3D中自帶的橋架材料統(tǒng)計(jì)報(bào)表不滿足國(guó)內(nèi)工程公司的設(shè)計(jì)習(xí)慣，故要實(shí)現(xiàn)橋架材料表的自動(dòng)生成，則要先定制所需格式的工程公司圖框文件，再按相關(guān)規(guī)范要求、公司工作手冊(cè)，對(duì)橋架材料表的條目和格式進(jìn)行二次開發(fā)。橋架材料表的內(nèi)容包括:橋架編號(hào)、用戶定制的橋架描述、型號(hào)、橋架寬度、橋架高度、材質(zhì)、數(shù)量等 (見表2)。

表2 橋架材料表

使用SmartPlant 3D進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)，能做到快速、數(shù)量準(zhǔn)確。

7 出橋架平面布置圖

SmartPlant 3D自身提供了豐富、多樣的成品出圖功能，不僅包括多種類型的平面圖，還有各種視角的三維立體圖。

在國(guó)內(nèi)的化工工程設(shè)計(jì)中，由于橋架平面布置圖需包含橋架的平面位置、標(biāo)高、編號(hào)，設(shè)備、結(jié)構(gòu)的平面布置，與國(guó)外的出圖深度不一致，SmartPlant 3D中已有的最類似的Metric_Electrical CableTray Plan模板仍不能滿足要求，故仍需將SmartPlant 3D中的橋架圖模板進(jìn)行二次開發(fā)。

經(jīng)過二次開發(fā)，橋架平面布置圖模板完成后，即可出圖。先在SmartPlant 3D的操作界面劃定抽圖的空間區(qū)域，再設(shè)定需要表示模型內(nèi)容的Filter，然后采用 Composed Drawing方式，在 Tasks的Drawings and Reports模塊中抽出圖紙。抽出圖紙后，還需打開SmartSketch Drawing Editor，將橋架的文字標(biāo)注位置進(jìn)行編輯調(diào)整，最終輸出成品，具體的橋架平面布置，見圖2。

圖2 橋架平面布置截圖

在橋架連接處較為復(fù)雜時(shí)，SmartPlant 3D也可抽出三維立體圖，以便能更直觀地觀察現(xiàn)場(chǎng)橋架走向，方便現(xiàn)場(chǎng)施工。局部橋梁3D圖見圖3。

三維立體圖通常作為橋架的補(bǔ)充說明，放于橋架平面布置圖上的空白處。在橋架平面布置圖模板中，另行建立View，將三維立體圖的局部空間區(qū)域與新建View關(guān)聯(lián)，再按橋架平面布置圖的出圖步驟，即可抽出圖紙。

8 結(jié)語(yǔ)

SmartPlant 3D是目前較為先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件，在橋架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，包括定制橋架數(shù)據(jù)庫(kù)、橋架材料表模板、橋架平面布置圖模板，設(shè)置碰撞檢查，進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)和成品出圖等，其中還有諸多的模塊可以進(jìn)行用戶二次開發(fā)和使用。三維輔助建模的應(yīng)用和多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)理念的實(shí)施，對(duì)于提升工程公司整體設(shè)計(jì)水平，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)繪圖方式，提供現(xiàn)代化工廠生命周期管理的仿真平臺(tái)，促使國(guó)內(nèi)工程公司與國(guó)際接軌，都具有非常積極的意義。

圖3 局部橋架3D圖

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