AutocadPlant3D在制漿造紙工廠設計中的應用

周元星 山東省茌平縣實驗中學 山東 茌平（252100）

傳統(tǒng)的項目設計大多使用二維AutodCAD完成工廠設計，無法直觀、精準地反映出工廠布局和設備、廠房和管道布置情況，工作效率低下，設計周期冗長繁瑣，而且非常容易出錯，修改起來比較麻煩，三維工廠系統(tǒng)設計軟件的出現(xiàn)使得這些難題迎刃而解。

目前在國內(nèi)設計院和大型造紙工廠項目設計中，尤以AutocadPlant3D(以下簡稱P3D)發(fā)展最為迅猛，得到了設計院和業(yè)主的青睞。Plant3D運行在最新AutoCAD平臺上的工廠設計軟件，依靠自生強大的AutoCAD平臺，Plant3D給工廠的工程師和設計師帶來了最現(xiàn)代化的三維設計工具。

1 三維軟件特點簡介

AutocadPlant3D是由歐特克公司開發(fā)的新興工廠三維系統(tǒng)設計軟件，采用MSSQLlite大型關系數(shù)據(jù)庫，軟件包含了Pffamp;ID、Plant3D、CAD等部分，自帶了完整的以歐洲標準、美洲標準和中國國標開發(fā)的三維元件庫，涵蓋了從鋼結構、土建、支架、設備、管道，到各種尺寸和壓力等級的法蘭、墊片、螺栓、螺母、三通、彎頭、閥門、過濾器等管件，同時還可以根據(jù)項目需要自行添加各式各樣的規(guī)格表。

AutoCADPlant3D可用于工廠設計，管道布置，工藝布置等。在AutoCADPlant3D中，基礎數(shù)據(jù)在三維模型、Pffamp;ID、等軸測圖形及正交視圖之間直接進行交換，確保了信息的一致性和時效性。全面采用三維管道設計軟件進行設計，可以大大提升工程設計公司的設計水平和市場競爭力[1-2]。軟件具有的特點有如下幾個方面：

1.1 精準顯示工廠布置情況，與AutoCAD無縫銜接

P3D是歐特克公司基于自家AutoCAD平臺開發(fā)的三維工廠軟件，能與CAD實現(xiàn)無縫銜接，文件本身就以dwg格式進行存儲，操作命令和CAD全兼容，可隨時切換到CAD工作空間進行操作，與其他三維軟件一樣，能精準到100%，1：1比例完美呈現(xiàn)工廠建成后的全貌，即能宏觀地顯示工廠總體布局，又能微觀地展示小到一個閥門、一個管托，能在工廠建成前預先知道工廠情況，及時糾正在設計中的不合理情況，比如閥門位置、設備布置中的不方便工藝操作和檢修情況。

1.2 簡化設計，提高工作效率，節(jié)約成本

P3D的等級驅(qū)動技術和現(xiàn)代化的界面，使得建模和管道，設備，結構支架的編輯直接在工作空間中以三維形式進行，以及其他工廠管件更加簡單，易用，比傳統(tǒng)的AutoCAD二維平面設計提高工作效率成百倍，完成精確的材料統(tǒng)計匯總，減少錯誤和漏項，節(jié)省投資。不用像CAD那樣要考慮每個樓層、每個設備間影響，減少了繁瑣的中間計算、考慮環(huán)節(jié)，即使需要進行修改，也能在較短的時間完成。同時在項目設計時，和AutodeskNavisworks無縫集成，完成設計檢視，渲染和管道碰撞檢查等工作。

僅僅使用幾個簡單的命令即可在短時間內(nèi)實現(xiàn)精確的材料清單和報表生成，有效地避免了傳統(tǒng)人工統(tǒng)計導致的10%錯誤。同時還能全自動生成符合國際和行業(yè)標準的ISO單線圖、管道平面立面圖、施工圖等，直接共享給整個項目團隊。便攜式的P3D的DWG文件可以被其他專業(yè)的工程師直接用AutoCAD打開，查閱。這些將極大地提高設計效率，節(jié)約成本，縮短設計周期，贏得寶貴的市場先機。

2 三維工廠設計(AutoCADPlant3D)

2.1 三維建模運用情況

2.1.1管道布置

從初始規(guī)范直至最終設計，AutoCADPlant3D軟件能夠優(yōu)化基于等級庫的管線創(chuàng)建和編輯流程。在項目設計中，數(shù)據(jù)庫是首要解決的問題，因為有些管道是從不同的標準中選用的，所以要根據(jù)這一特點重新編輯數(shù)據(jù)庫，對此，使用AutoCADPlant3DSpecEditor能夠方便完成編輯工作。在AutoCADPlant3D中有不同標準的元件庫，設計方可以按照不同的標準從元件庫中選取，再提取到等級庫中，借助這一特性，可以確定管道路線、編輯管線及其組件，并管理一系列連接。同時，還可以選擇以半自動或手動的方式確定管道路線。確定管道路線后，墊片或法蘭等附加的元件將會自動添加。

2.1.2設備布置

在AutoCADPlant3D中，借助設備元素這一功能，可以輕松創(chuàng)建、修改、管理和使用工程圖中的設備。設計人員可以從工具選項板使用一個完備的標準設備庫，并可將定制的標準件添加到設備庫中。這一功能在四個場站的管道設計中顯得尤為突出，由于場站中大多數(shù)的設備為非標和撬塊，在二維圖紙中很難準確定位，而這就可以借助AutoCADPlant3D的拼湊和自定義設備讓設計人員在圖紙中準確地進行建模，并精確地統(tǒng)計管道的長度。

圖1~圖2為筆者使用P3D完成的已建項目粗篩工段和制漿生產(chǎn)線的三維工廠模型。

圖1粗篩工段模型（隱藏柱網(wǎng)）

圖2制漿生產(chǎn)線模型（隱藏柱網(wǎng)）

2.1.3結構建造

AutoCADPlant3D的結構元素能夠幫助設計人員確定項目模型中的沖突等問題，創(chuàng)建包括AISC鋼構件和結構裝飾件，如樓梯和護籠梯等參數(shù)化的結構元素，還使其能夠從外部參考AutodeskRevitStructure軟件和AutoCADStructuralDetailing軟件等應用程序創(chuàng)建的結構工程圖。

2.2 功能使用情況

2.2.1 生成施工圖和ISO圖（單管圖）

對于制漿造紙工程來說，自然少不了管線的ISO圖、正交視圖以及其他相關的施工文檔，其設計和統(tǒng)計的工作時間之長令人望而生怯，但是現(xiàn)在，通過AutoCADPlant3D便可以輕松地從三維模型生成和共享這類文檔，并能夠與三維模型直接交換信息，大大提高了項目的工作效率。2.2.2 自動生成材料報表[3]

值得一提的是，AutoCADPlant3D在生成材料表方面已經(jīng)方便到可直接導入和導出到EXCEL中進行編輯的程度，便于設計人員及時調(diào)整數(shù)據(jù)。雖然在項目的初設期無法避免圖紙的反復修改，但是基于AutoCADPlant3D的這一優(yōu)越性能，確保了統(tǒng)計材料工作的準確性。

圖3ISO圖（單管圖）及材料表

2.2.3 實時在模型中搜索、查詢

二維時代的圖紙修改、材料統(tǒng)計乃至查閱數(shù)據(jù)都是非常費時費力的，而這樣的痛苦又要伴隨圖紙的反復修改而不斷經(jīng)歷，所以，AutoCADPlant3D對于復雜和龐大的項目最重要的作用之一就是，在三維模型建成之后可根據(jù)特定的搜索標準生成材質(zhì)列表、創(chuàng)建報表，并支持搜索、查詢和處理工程圖中的數(shù)據(jù)，幫助設計人員更加輕松地審閱和編輯工程圖中的數(shù)據(jù)，減輕工作強度，節(jié)約時間成本。隨后可以將信息導出為管件格式（PCF）文件，以便集成到其它應用程序中，如用于應力分析與生成線軸的應用程序。

3P3D在項目管理中的應用

3.1 在項目信息管理系統(tǒng)中的應用

不論對于EPC（工程總承包）還是其他方式承包的項目，首先，基于三維實體建模的技術方案涵蓋了全面的項目技術信息，由于設計效率的提高而能進入信息管理系統(tǒng)，并能隨著項目不斷進展而提供實時動態(tài)資料，其不斷擴充的各類數(shù)據(jù)庫甚至能提供超出本項目所涉范圍的技術信息，供項目管理者作對比。其次，軟件自身能以項目為單位進行統(tǒng)一合理編碼，按專業(yè)分區(qū)分類別布置，且對外部軟件具有良好的包容性和便捷的輸出接口，比較容易融入項目管理信息系統(tǒng)，只要設定了訪問權限限制，可以方便快捷地取用所需技術圖紙資料和各種報表以及保密控制。

3.2 在工程造價管理中的應用

以P3D格式存放的已竣工或在建工程與擬建工程結構特征和設計內(nèi)容一致的類似工程預算資料,可以為項目前期工程經(jīng)濟評價提供直觀的參考依據(jù)，使已竣工工程造價數(shù)據(jù)源自動成為其他相關工程造價應用的數(shù)據(jù)源成為可能。

P3D三維實體建模設計方式與傳統(tǒng)二維方式相比，在設計階段可節(jié)約時間和金錢達60%以上，實體建模完成后，其分部工程也相應確定，可同時產(chǎn)生各類元件、設備、材料的統(tǒng)計報告，直接為確定工程量清單提供了明確的依據(jù)。

P3D增強了項目管理功能，加強了對設計系統(tǒng)的動態(tài)控制，能產(chǎn)生各種圖紙和數(shù)據(jù)庫修改的歷史報告，解決了工程造價軟件能編制工程（預）決算而缺乏審核功能這一難題。

3.3 在施工過程和竣工后運營中的應用

P3D將項目施工中所需的技術信息明晰化，精確化，從而具體、形象、全面反映工程項目的全貌。其建模特征的可拓展性，使工程各個專業(yè)的施工管理可不斷深化延展。尤其是P3D為項目竣工保留的三維技術資料，從一個入口進入，可以方便直觀地查詢?nèi)魏我粋€原件、設備等的相關資料，極大地便利了項目運行后的維護。

3.4 方便運營后的技術改造和革新

用P3D設計完成的項目，利用保留的技術資料，可直接進行便捷的管道改造，工藝變更，設備增加等等技術改造，而不需要像傳統(tǒng)的CAD二維設計一樣，繪制多幅圖紙，也不會出現(xiàn)材質(zhì)、閥門等的選擇和材料統(tǒng)計錯誤。改造后自動生成的材料清單能最大程度地接近真實施工所需數(shù)量，減少了材料浪費，對運營后生產(chǎn)、檢修成本起到了非常好的控制作用。

3.5 方便員工培訓，縮減培訓成本

由于P3D能完全真實地呈現(xiàn)工廠全貌，對于業(yè)主來講，員工能得以在電腦上實現(xiàn)工廠的實境漫游，身臨其境地實現(xiàn)不出戶查看工廠每一處細節(jié)，熟知各個閥門的位置，各個管道的走向，為工廠的投產(chǎn)和生產(chǎn)運營打下非常好的基礎，若與其他的控制仿真軟件結合，將在傳統(tǒng)培訓所需時間的1/10或者更少內(nèi)實現(xiàn)對新工廠新項目熟悉、掌握，培訓成本得以縮減十倍乃至上百倍，適應當今激烈的市場競爭，為企業(yè)快速發(fā)展，獲得經(jīng)濟效益贏得先機。

4 結語

根據(jù)筆者自己設計經(jīng)驗，繪制制漿生產(chǎn)線三維工廠模型，可以在短時間內(nèi)生成準確的材料表、施工圖、單線圖和設備管道布置圖，相信如果能有一個團隊分工合作，將能以超過常規(guī)N倍的速度完成一個工廠的設計。

綜上所述，三維工廠設計軟件擁有眾多的優(yōu)點和優(yōu)勢，工廠設計進入三維化是現(xiàn)今的發(fā)展趨勢，無論對于設計院、工程公司，還是業(yè)主，極早引入三維工廠設計軟件，都能提升工作效率，降低投資成本，獲得良好的經(jīng)濟效益。

[1]徐超，趙芳.制漿造紙工程三維設計軟件--CadMatic[J]，中華紙業(yè),2012,33(18):91-93.

[2]徐會穎，張全武，袁成強，劉即強.PDMS在造紙廠設計中的應用[J]，中華紙業(yè),2014,35(20):20-21.

[3]汪駿，梁斌，楊能生，單曉飛.制漿造紙工程設計管理精細化[J]，中華紙業(yè)，2013，34(17):65.