國(guó)內(nèi)新建糖廠三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用

李進(jìn)華，覃鍵錦

（中國(guó)輕工業(yè)南寧設(shè)計(jì)工程有限公司，廣西 南寧 530031）

1 概述

我國(guó)的糖廠設(shè)計(jì)由開(kāi)始時(shí)利用板尺進(jìn)行手工繪圖，逐步發(fā)展為使用AutoCAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)。隨著工業(yè)化與信息化深度融合發(fā)展，糖廠設(shè)計(jì)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，傳統(tǒng)的二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在糖廠管道設(shè)計(jì)以及復(fù)雜的碰撞問(wèn)題上已經(jīng)不能滿足設(shè)計(jì)人員的需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)超過(guò)70%以上的企業(yè)因設(shè)計(jì)圖紙表達(dá)不清而增加投資，二維輔助設(shè)計(jì)極大地限制了設(shè)計(jì)效率、增加了設(shè)計(jì)成本。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維輔助設(shè)計(jì)可以有效的避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的碰撞問(wèn)題，解決二維輔助設(shè)計(jì)的難題，提升工程圖紙質(zhì)量和出圖速度。目前，三維輔助設(shè)計(jì)技術(shù)作為提升企業(yè)信息化水平的重要平臺(tái)，已成為國(guó)際高水平工程公司進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工、管理的重要輔助手段。

AutoCAD Plant 3D集多種三維工廠軟件的優(yōu)點(diǎn)，可以與AutoCAD平臺(tái)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)建立，具有建模操作速度快，修改編輯簡(jiǎn)單，使用人員上手快，維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。而且包含支持Revit、Inventor等軟件的數(shù)據(jù)遷移，很適合糖廠的3D設(shè)計(jì)。

本文根據(jù)本公司承接的國(guó)內(nèi)某日處理12000噸的甘蔗糖廠新建項(xiàng)目為背景，重點(diǎn)介紹糖廠澄清加熱蒸發(fā)車(chē)間進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的方法和步驟，為國(guó)內(nèi)糖廠三維設(shè)計(jì)提供基本思路。

2 車(chē)間工藝布置三維設(shè)計(jì)的步驟

利用AutoCAD Plant 3D軟件進(jìn)行糖廠車(chē)間工藝布置三維設(shè)計(jì)，主要可分為5個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 糖廠車(chē)間工藝布置三維設(shè)計(jì)基本步驟

2.1 元件庫(kù)、等級(jí)庫(kù)建立

2.1.1 元件庫(kù)建立

三維設(shè)計(jì)軟件中自帶有管嘴、管道及管件和閥門(mén)等可以體現(xiàn)管道信息的元件庫(kù)，但軟件中自帶元件都是按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)如德國(guó)DIN、美國(guó)ASME等構(gòu)建，因此，針對(duì)國(guó)內(nèi)糖廠項(xiàng)目，必須建立一個(gè)符合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如GB、HG等的元件庫(kù)。國(guó)標(biāo)的元件庫(kù)建立界面，如圖2所示。

圖2 國(guó)標(biāo)的元件庫(kù)建立界面

2.1.2 等級(jí)庫(kù)建立

三維管道模型是由等級(jí)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的，在配管時(shí)，管道等級(jí)庫(kù)能提供材質(zhì)、等級(jí)及連接等詳細(xì)信息。等級(jí)庫(kù)建立根據(jù)管道介質(zhì)特性從多個(gè)元件庫(kù)中提取部分管道、管件、法蘭及緊固件及閥門(mén)組合而成。因而，等級(jí)庫(kù)會(huì)根據(jù)具體項(xiàng)目會(huì)有所區(qū)別。針對(duì)本糖廠項(xiàng)目，建立了10個(gè)等級(jí)庫(kù)，如表1所示。

表1 糖廠項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)等級(jí)庫(kù)說(shuō)明表

2.2 項(xiàng)目建立及設(shè)置

AutoCAD Plant 3D是通過(guò)項(xiàng)目來(lái)管理的，因此首先要新建一個(gè)符合本糖廠車(chē)間的項(xiàng)目，并通過(guò)項(xiàng)目管理器來(lái)設(shè)置項(xiàng)目信息和組織各種圖形文件，如P&ID圖、三維管道圖、正交視圖等。

2.3 設(shè)備建模

糖廠工程項(xiàng)目，其澄清加熱蒸發(fā)車(chē)間主要包括加熱器、蒸發(fā)罐、冷凝器、沉淀池及配套設(shè)備、硫熏器及配套臥式箱體、上浮器及配套箱體、立式箱罐、泵群等主要設(shè)備，以上設(shè)備都為簡(jiǎn)易設(shè)備，都可由AutoCAD Plant 3D利用設(shè)備的二維設(shè)備圖紙或設(shè)備圖片通過(guò)其內(nèi)置設(shè)備完成三維輪廓構(gòu)建，創(chuàng)建為3D模型，建模界面如圖3所示。如需準(zhǔn)確詳細(xì)的外部模型，也可通過(guò)Inventor創(chuàng)建后導(dǎo)入。完成的3D設(shè)備模型可另存為樣板文件，供本項(xiàng)目使用和未來(lái)承接糖廠項(xiàng)目調(diào)用，如圖4所示。

圖3 糖廠項(xiàng)目車(chē)間設(shè)備建模界面

圖4 糖廠項(xiàng)目車(chē)間部分設(shè)備建模樣板庫(kù)

2.4 結(jié)構(gòu)模型

在后續(xù)對(duì)車(chē)間進(jìn)行設(shè)備布置、管道布置、支吊架布置等時(shí)，為檢測(cè)與結(jié)構(gòu)梁、柱等桿件是否存在干涉等問(wèn)題，可以使用AutoCAD Plant 3D創(chuàng)建結(jié)構(gòu)模型，其繪制的三維結(jié)構(gòu)模型為簡(jiǎn)易模型，操作界面如圖5所示。

圖5 三維結(jié)構(gòu)模型操作界面

同時(shí)為提高軟件的交互性，還可將Revit中建立的結(jié)構(gòu)模型保存為dwg格式，導(dǎo)入到AutoCAD Plant 3D中。由工藝專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員使用AutoCAD Plant 3D進(jìn)行簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)模型，供后期管道布置使用。

2.5 車(chē)間三維布置

2.5.1 車(chē)間三維設(shè)備布置

糖廠車(chē)間設(shè)備布置受工藝、土建、自然條件、操作條件等諸多因素影響，布置是否合理直接影響到糖廠能否順利運(yùn)行。

糖廠工藝車(chē)間包括壓榨、過(guò)濾、澄清加熱蒸發(fā)、煮糖、裝包等，通常各個(gè)車(chē)間由不同的設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)，因此為便于后期施工圖的裝配，首先應(yīng)將糖廠總圖附著到項(xiàng)目中，以總圖中的澄清加熱蒸發(fā)車(chē)間作為三維設(shè)備布置的作圖空間。其次將結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入到車(chē)間相應(yīng)位置，完成車(chē)間主體框架的構(gòu)建。最后利用設(shè)備樣板調(diào)用設(shè)備，通過(guò)移動(dòng)等命令完成設(shè)備的精確定位。

2.5.2 車(chē)間三維管道布置

糖廠澄清加熱蒸發(fā)車(chē)間內(nèi)管道主要用于輸送不同錘度的糖汁、糖漿、汁汽、混合蒸汽、冷熱水等介質(zhì)，是工藝之間相互銜接的紐帶，在整個(gè)生產(chǎn)中起至關(guān)重要的作用。三維管道布置是在三維設(shè)備布置圖的基礎(chǔ)上，將設(shè)備之間的相互關(guān)系通過(guò)管道和管件進(jìn)行連接。在布置管道時(shí)，要根據(jù)管道的介質(zhì)特性選擇對(duì)應(yīng)的等級(jí)庫(kù)，并對(duì)管線進(jìn)行命名，然后再進(jìn)行拉管布置。例如，糖汁、糖漿等物料在布管前，應(yīng)選擇10SS1等級(jí)庫(kù)，布管時(shí)軟件會(huì)根據(jù)設(shè)備的管嘴信息自動(dòng)配對(duì)法蘭及緊固件、管道等，而且當(dāng)管道與管道、結(jié)構(gòu)等之間發(fā)生碰撞時(shí)，一目了然，可及時(shí)修改，非常便利。圖6是正在設(shè)計(jì)中的糖廠澄清加熱蒸發(fā)車(chē)間設(shè)備和管道布置局部三維模型圖。

圖6 設(shè)計(jì)中的糖廠車(chē)間設(shè)備和管道三維布置局部模型圖

2.6 碰撞檢查

利用碰撞功能自動(dòng)檢測(cè)是否存在設(shè)計(jì)失誤，可及時(shí)修正，避免設(shè)計(jì)返工或施工費(fèi)用的增加。

2.7 施工圖形的生成

三維設(shè)計(jì)完成后，可根據(jù)需要生成平面布置圖、剖面圖、等軸測(cè)圖（管線圖）等。等軸測(cè)圖是從三維管道模型創(chuàng)建的主要交付文件，通常在項(xiàng)目的最后階段生成最終的等軸測(cè)圖形，其中還包含BOM表。BOM表經(jīng)整理可用來(lái)編制采購(gòu)計(jì)劃、計(jì)算成本等。

3 結(jié)語(yǔ)

相比傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，糖廠車(chē)間三維設(shè)計(jì)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)有如下幾方面。

一是可有效解決碰撞、空間制圖難以表達(dá)、局部作圖困難等空間布置問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)修改，實(shí)現(xiàn)“零”碰撞的目標(biāo)，最終使設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確、更詳細(xì)。

二是具有自動(dòng)關(guān)聯(lián)功能，修改過(guò)程更方便。

三是可通過(guò)協(xié)同工作，同時(shí)設(shè)計(jì)，協(xié)同解決問(wèn)題，縮短設(shè)計(jì)周期，提升設(shè)計(jì)效率。

四是方便用戶更直觀的了解工藝布置情況，及工藝布置和結(jié)構(gòu)、建筑等之間的相互關(guān)系，可快速了解糖廠建成后的具體狀況。

五是AutoCAD Plant 3D三維設(shè)計(jì)技術(shù)在糖廠的應(yīng)用，可保證設(shè)計(jì)和安裝的一致性，實(shí)現(xiàn)管道預(yù)制加工和計(jì)劃的準(zhǔn)確性。

盡管具有以上優(yōu)點(diǎn)，由于國(guó)內(nèi)糖廠項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)才剛起步，因而在設(shè)計(jì)前期的元件庫(kù)及等級(jí)庫(kù)建立、設(shè)備樣板庫(kù)等方面還不太完善，仍需投入大量的工作將其進(jìn)行補(bǔ)充，為未來(lái)國(guó)內(nèi)糖廠項(xiàng)目的承接做準(zhǔn)備，同時(shí)為國(guó)際糖廠項(xiàng)目的承接提供設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。此外，AutoCAD Plant 3D中管道支撐等級(jí)表中的支吊架還無(wú)法根據(jù)管道尤其是熱力管道，來(lái)自動(dòng)區(qū)分支吊架的形式，如導(dǎo)向、固定、滑動(dòng)支架等，因此，在對(duì)支吊架材料統(tǒng)計(jì)時(shí)，還需輔助二維管道布置圖進(jìn)行支吊架圖布置。

總之，相比二維設(shè)計(jì)，使用AutoCAD Plant 3D進(jìn)行糖廠三維設(shè)計(jì)，優(yōu)勢(shì)更為顯著。國(guó)內(nèi)糖廠項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)將是制糖行業(yè)的一場(chǎng)變革，未來(lái)還可通過(guò)三維設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)4D模擬提供基礎(chǔ)。