機(jī)電管路三維設(shè)計(jì)之ABC

田永生

摘 要：在工程設(shè)計(jì)中，如何保證在有限的空間合理布置大量管道和設(shè)備，是機(jī)電專業(yè)關(guān)注的重大問題。當(dāng)前，CAD技術(shù)已經(jīng)愈發(fā)成熟和先進(jìn)，工程設(shè)計(jì)已有過去的二維設(shè)計(jì)全面向三維設(shè)計(jì)邁進(jìn)。相比于傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和當(dāng)下需要改善的方面。本文針對(duì)目前市場(chǎng)上主流的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行分析和比較，設(shè)計(jì)人員可以取各自優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)所用。

關(guān)鍵詞：三維設(shè)計(jì)；管道；CAD技術(shù)

一、概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。在CAD技術(shù)的發(fā)展過程中出現(xiàn)許多三維設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)品，其中有多專業(yè)通用設(shè)計(jì)軟件，也有獨(dú)立專業(yè)設(shè)計(jì)軟件。機(jī)電專業(yè)的設(shè)計(jì)往往需要基于水工、建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)，因此在一個(gè)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí)，選用設(shè)計(jì)工具時(shí)候需要考慮多專業(yè)需求。當(dāng)前，能夠相對(duì)全面滿足全專業(yè)的是三家公司的三個(gè)平臺(tái)，分別為：

A——Autodesk，Autodesk是世界領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)建公司，全球最大的二維、三維設(shè)計(jì)和工程軟件公司，為制造業(yè)、工程建設(shè)行業(yè)、基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)以及傳媒娛樂業(yè)提供卓越的數(shù)字化設(shè)計(jì)和工程軟件服務(wù)和解決方案。

B——Bentley；Bentley 公司是一家全球領(lǐng)先企業(yè)，致力于提供全面的可持續(xù)性基礎(chǔ)設(shè)施軟件解決方案。該公司的使命就是提高他們的項(xiàng)目績(jī)效，以及他們所設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營的資產(chǎn)的性能。Bentley 通過幫助基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)充分利用信息技術(shù)、學(xué)習(xí)、最佳實(shí)踐和全球協(xié)作以及推動(dòng)專注于這項(xiàng)重要工作的職業(yè)人的發(fā)展，為基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)提供長(zhǎng)久支持。

C——CATIA；CATIA 是法國達(dá)索（Dassault System）公司共同推出的CAD/CAE/CAM軟件，CATIA是達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。飛機(jī)、汽車等行業(yè)設(shè)計(jì)翹楚，機(jī)械行業(yè)的王牌設(shè)計(jì)軟件。CATIA具有強(qiáng)大的知識(shí)工程和參數(shù)化建模的功能，并允許用戶自由和開放式的建立自己的標(biāo)準(zhǔn)件庫。

二、平臺(tái)比較

三維設(shè)計(jì)各軟件是相關(guān)聯(lián)的，機(jī)電管路往往需要基于建筑，水工等基礎(chǔ)專業(yè)來設(shè)計(jì)，故而，平臺(tái)比較需要從平臺(tái)綜合性和專業(yè)性兩方面進(jìn)行。

（一）平臺(tái)綜合功能性

所謂綜合整體性比較，主要是比較基礎(chǔ)平臺(tái)的和基于基礎(chǔ)平臺(tái)多軟件組合來完成設(shè)計(jì)任務(wù)的全面性和便利性，以及格式的兼容性和普及性。

A——Autodesk，Autodesk公司主要平臺(tái)為AutoCAD，默認(rèn)格式DWG，是目前設(shè)計(jì)行業(yè)二維圖紙的標(biāo)準(zhǔn)格式。無論Autodesk公司還是其他公司的設(shè)計(jì)軟件，都兼容此格式。Autodesk公司開發(fā)或收購了上百款軟件，可以提供各行業(yè)設(shè)計(jì)解決方案；同時(shí)，Autodesk在CAD市場(chǎng)占有率多年保持第一。

AutoCAD軟件自身可以提供三維設(shè)計(jì)建模功能，功能一般，提供有限參數(shù)功能。Autodesk公司旗下三維設(shè)計(jì)軟件還有Civil 3D、Inventor和Revit等等，雖然幾個(gè)軟件面對(duì)專業(yè)不同，都可以完成三維設(shè)計(jì)工作。Revit等軟件里可以方便的進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)；并且可以賦予模型的實(shí)際屬性信息。Autodesk致力于提供所有專業(yè)的CAD技術(shù)，但是每個(gè)專業(yè)軟件并不能很好集成和互相兼容，無法和AutoCAD這一基礎(chǔ)軟件很好的集成，是一個(gè)缺點(diǎn)。 Autodesk當(dāng)前提供的解決辦法是開發(fā)接口程序進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換，信息有一定的損失，隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來肯定會(huì)更好的解決此問題。

B——Bentley，Bentley公司主要平臺(tái)軟件為Microstation，默認(rèn)格式DGN，工程設(shè)計(jì)中第二大標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)和Autodesk公司簽署了相互認(rèn)證協(xié)議，相互可以直接打開；DGN變相的成為了設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，用戶不用擔(dān)心成果交付問題，貌似不起眼的事兒對(duì)于市場(chǎng)推廣非常重要。

Microstation，三維設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大，也可以提供參數(shù)化功能，參數(shù)化功能不強(qiáng)?；贛icrostation，Bentley公司開發(fā)和打包了面向不同行業(yè)的軟件包，有Building系列、Plant系列、Civil系列和Geospatial系列等；每個(gè)系列包含幾款軟件，Building系列包括Bentley Architecture和Bentley Structural等，所有軟件都是基于DGN格式；各專業(yè)軟件建立的模型包含屬性信息，可以很好滿足設(shè)計(jì)需求。另外，針對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)，Bentley推出了GC。Bentley圍繞Microstation的基礎(chǔ)平臺(tái)可以很好解決全行業(yè)全生命周期設(shè)計(jì)需求。

C——CATIA，CATIA采用模塊化定制，全模塊CATIA可以滿足各行各業(yè)設(shè)計(jì)需求，本身就是一個(gè)完整軟件，專業(yè)整合最好，但文件格式無法被其他軟件直接打開和編輯。如果對(duì)模型進(jìn)行分析或者導(dǎo)入其他軟件使用，CATIA支持一些接口來輸出模型，如stp格式和igs格式等等。

CATIA最初用與設(shè)計(jì)有大量復(fù)雜曲面的飛機(jī)和輪船等。CATIA平臺(tái)里集成了眾多專業(yè)應(yīng)用模塊組，如基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)和知識(shí)工程等十幾個(gè)模塊組，每個(gè)模塊組又包含多個(gè)具體的功能模塊，各模塊組的功能模塊可以組合使用，三維建模能力非常強(qiáng)，并且是原生的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)。除了強(qiáng)大的曲面建模能力，CATIA另一種王牌功能就是參數(shù)化和知識(shí)工程。設(shè)計(jì)過程中，通過參數(shù)化和模板等功能，CATIA的模型復(fù)用和適應(yīng)能力對(duì)設(shè)計(jì)人員是非常大的幫助，也是效率的保證。

（二）機(jī)電專業(yè)功能性

機(jī)電專業(yè)主要有大量的管路和設(shè)備需要設(shè)計(jì)和布置，三維設(shè)計(jì)平臺(tái)都有相應(yīng)的軟件或者模塊來完成專業(yè)工作。當(dāng)下最流行和通用的三個(gè)平臺(tái)ABC，在機(jī)電專業(yè)都有相應(yīng)的解決方案。

A平臺(tái)軟件眾多，多個(gè)軟件都可以完成管路設(shè)計(jì)，此處以Revit為例。無論Revit還是AutoCAD，都一個(gè)顯著特點(diǎn)，包含“屬性”面板，在屬性面板上顯示圖元的相關(guān)屬性，顏色、線性和圖層等屬性；且屬性面板自帶編輯屬性按鈕，可以對(duì)圖元的項(xiàng)和屬性值進(jìn)行修改。Revit里自帶了管道、管道占位符和管路附件等功能，可以通過點(diǎn)擊相應(yīng)的功能按鈕來進(jìn)行建模設(shè)計(jì)。Revit自帶許多管道的模板（Revit里稱之為族，以下稱族），可以方便的調(diào)用和修改族，來快速實(shí)例化建模，完成的模型不僅是幾何三維的，并且每個(gè)模型圖元都帶有實(shí)際屬性，如管道屬于水油氣哪個(gè)系統(tǒng)，口徑多大，彎頭標(biāo)準(zhǔn)，管材密度以及流速等等，列表中沒有的屬性可以手動(dòng)添加，還可以自行修改其數(shù)值。設(shè)計(jì)過程中，軟件會(huì)自動(dòng)捕捉相連接管件的屬性進(jìn)行下一步設(shè)計(jì)，方便快捷，設(shè)計(jì)完成后可以輸出各種BOM表和文檔，也可以快速輸出平立剖圖紙。目前在建筑領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

B平臺(tái)在工程設(shè)計(jì)中使用非常廣泛，也有多款軟件可以完成機(jī)電管路設(shè)計(jì)，其中管道設(shè)計(jì)最成熟的軟件當(dāng)屬PSDS。PSDS操作方式同Microstation一致，方便設(shè)計(jì)人員上手。PSDS中可以進(jìn)行各種管道設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行參數(shù)化，可以輸出各種BOM表和文檔，出圖也相當(dāng)方便，各種平立剖圖紙甚至軸測(cè)圖都可以快速輸出，實(shí)際效果很好。PSDS還有一個(gè)特點(diǎn)，參數(shù)化的管道基于SQL數(shù)據(jù)庫，通過安裝SQL Server對(duì)數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行管理和保護(hù)。目前工程領(lǐng)域應(yīng)用不錯(cuò)。

C平臺(tái)過去主要應(yīng)用于飛機(jī)、輪船等機(jī)械設(shè)計(jì)，當(dāng)然，飛機(jī)上也有很多管道，所以CATIA里包含有設(shè)備與系統(tǒng)模塊組，其中的管路設(shè)計(jì)可以滿足專業(yè)需求。CATIAV5版本里管路設(shè)計(jì)模塊定制了一套管道系統(tǒng)，通過軟件自帶功能就可以快速進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)。但是，V5版里管道設(shè)計(jì)模塊的定制是基于后臺(tái)控制文件，而非數(shù)據(jù)庫，使用起來稍有不便，但是可以通過強(qiáng)大的參數(shù)化和模板功能來自定義管道?？梢暂敵霾牧媳淼裙δ埽瑘D紙可以另存為DWG文件。當(dāng)前主要應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)內(nèi)。

三、平臺(tái)綜合評(píng)價(jià)

當(dāng)前，三維設(shè)計(jì)已經(jīng)推廣開來，但是并沒有一個(gè)統(tǒng)一交付標(biāo)準(zhǔn)，市面上各種平臺(tái)都有使用，各個(gè)平臺(tái)也各有優(yōu)缺點(diǎn)，

1）A平臺(tái)有最廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)，二維圖紙的交付標(biāo)準(zhǔn)，這都是得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)；Revit軟件是當(dāng)前建筑領(lǐng)域的No1，伴隨著BIM概念的認(rèn)可，Autodesk和Revit也將繼續(xù)在這個(gè)行業(yè)里稱霸。鑒于當(dāng)前依然以二維圖紙交付為準(zhǔn)，Autodesk依然會(huì)有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但是其軟件過多，整合度不夠，未來可能制約其發(fā)展。

2）B平臺(tái)軟件整合不錯(cuò)，格式與DWG相兼容，工程設(shè)計(jì)行業(yè)綜合應(yīng)用最好，參數(shù)化功能相對(duì)較弱，雖然近幾年在此方向做了不少努力，依然是其一個(gè)短板。

3）C平臺(tái)軟件整合最好，軟件建模功能最強(qiáng)大，但是其默認(rèn)格式不夠通用，同時(shí)，平臺(tái)主要應(yīng)用于飛機(jī)等機(jī)械行業(yè)，針對(duì)國內(nèi)的開發(fā)和定制不足，這些都是不足之處。

綜合的看，當(dāng)前各平臺(tái)和軟件都能完成相關(guān)任務(wù)，只是難易之別。同時(shí)考慮整體性，設(shè)計(jì)人員是否喜歡主要依據(jù)所處的行業(yè)。