Sm artPlant3D概述及其在化工设计中的应用

耿晶晶

中国石化集团南京工程有限公司 江苏南京 211100

Sm artPlant3D概述及其在化工设计中的应用

耿晶晶

中国石化集团南京工程有限公司 江苏南京 211100

本文简单介绍了Smart Plant系列软件中的Smart Plant 3D模块，并结合笔者所参与设计的某罐区项目，从轴线、结构、设备、管道设计、出图和材料统计等方面描述Sm art Plant 3D在化工设计中的应用特点。

Sm art Plant 3D 三维模型 工厂协同设计

近年来，随着信息化、数字化技术的高速发展，化工设计行业已由单纯的二维绘图系统迈入了以网络技术、数据库技术、人工智能技术、现代管理技术等为基础的工厂协同三维模型设计阶段。与此同时，传统的设计模式已经很难满足设计行业对项目质量控制、进度监督管理和信息交换的需求。鉴于这一现象，国际大型软件开发设计公司陆续推出了多款三维模型设计软件，如早期的英国剑桥CAD中心的PDMS、CV公司的CADDS、Intergrah公司的PDS及Bech tel公司的产品。从90年代中期至今，三维模型设计软件又有了进一步的发展，进入了工厂协同设计系统阶段。它增加了对多专业或多设计者的跨地域、分布式的交互操作的支持，实现了工厂设计软件之间的数据无缝集成和共享。国外比较有代表性的工厂领域内协同设计软件有Bentley公司的 ProjectW iseTM、Autodesk公司的 RevitTM MEP以及Intergrah公司推出的Smart Plant系列软件[1]。本文所讲述的Smart Plant 3D即为Smart Plant系列软件之一。

1 Smart Plant 3D概述

Smart Plant 3D是Smart Plant系列软件的重要组成部分。Smart Plant系列软件是一款基于数据库的设计软件，该软件以区域或系统划分工厂结构（WBS），统一按照设计院的设计规则及工作流程来进行设计，并可进行各模块之间的集成，便于设计信息的查询和管理，贯穿于设计、施工到运营等完整的工厂生命周期。图1为Smart Plant系列软件与整个工厂生命周期的关系简图。

Smart Plant 3D（以下简称SP3D）是面向数据、规则驱动的软件，是基于数据库基础上的一体化多专业集成布置数据库平台，极大简化了工程设计过程，有效使用并重复使用现有数据，图2为SP3D的数据库关联简图。结构、设备、管道建模都在此模块中完成。此外，SP3D还可以通过Smart Plant系列软件中的Smart Plant Foundation接收Smart Plant P＆ID发布的数据，将3D中的模型与P＆ID图纸中的对象进行对比验证，实现设计数据从二维到三维的传递、设计的集成及与P＆ID图纸的一致性校验。

2 Smart Plant 3D(SP3D)的应用特点

进入 SP3D，需要首先定义一个工厂区域（Define Workspace）。通过过滤器（Filter）的设置，选择用户此次进入SP3D所需要显示的范围。SP3D可以保存一个个性化的设置文件（session文件）在电脑桌面上，该文件包含了用户最后一次保存的视图、过滤、菜单、软件设定等。若用户在上次退出SP3D程序时未将最新的视图保存至桌面的session文件，则用户采用桌面session文件快捷方式进入SP3D程序时，必须刷新后才可以得到最新的视图信息。下文结合笔者所参与设计的某罐区项目，从轴线、结构、设备、管道设计、出图、材料统计等方面描述SP3D的应用特点。

2.1 轴线设置

SP3D建模的基础是由单个或多个用户使用绝对坐标将整个工厂的三维模型建立起来。在这个模型中，用户可以很直观地完全预览到整个工厂的模型，及时发现并有效纠正结合部位的错误。石油化工等设计项目的轴网系统非常繁琐，需要用到绝对坐标和相对坐标结合的方式来完成[3]。SP3D可以使用Pinpoint命令来有效地结合使用绝对坐标和相对坐标，并可以定义坐标原点。建立起来的轴网系统可以作为全局的参考坐标和定位系统，极大地简便了后续结构、设备、管道等的布置定位。图3为SP3D建立的几种轴线形式。

在实际项目中，并非所有的轴线都是与设计北向相平行或垂直的，笔者所参与设计的罐区项目既是如此。图4为该罐区中外管廊单元的轴网系统，它有三部分的轴线是倾斜的，与全局坐标(设计北向)有一定的角度。布置倾斜的轴线，可以利用旋转命令将轴线旋转到所需要的角度，或者直接在建立轴线时，在Bearing一栏输入所需要的角度即可。依据管廊和交换站的位置、高度、层高及跨度等结构条件，可以建立不同的坐标系，通过该轴网系统，可以很清楚地知道该罐区外管廊的整体布局，并可方便地确定管廊柱与梁的位置。

2.2 SP3D在结构设计方面的特点

SP3D在结构建模方面最大的特点就是其杆件之间的关联性。失去关联意味着失去基础，对往后的复制、镜像等操作以及输出文件都会造成很大的影响。杆件的复制步骤如下：先选择杆件，确定复制参考点。当选择粘贴命令后，会弹出对话框，根据它与平面、轴线或其他杆件的关联性（这些关联性是在建立该杆件时创建的，因此根据不同的复制需要，用户需选择合适的关联基准），逐一选择目标位置上的关联构件才能确保操作成功。

SP3D中楼板的创建可以采用多种方法，通常用户首先需要选定楼板放置的平面，选择楼板的类型，根据需要修改楼板的相关属性信息，在该平面中选择铺设楼板的边界。用户可以选择事先建立好的轴线系统作为楼板的边界，也可以选择杆件作为边界来定义楼板，此时作为边界的杆件在任一条直线上不能重复，但可以沿着其轴线延伸到相邻的边界杆件，因此用户无需选择楼板边界上的所有杆件。如图5-1所示，用户只需选择高亮部分的杆件作为楼板的边界，即可得到图5-2所示的楼板范围。此外，用户还可以在2D或是3D界面下选择不规则的边界，墙体的边界选择亦是如此。

SP3D对于如楼梯、爬梯、扶手等结构的创建主要基于外型方面的参数设置，用户可以根据设计需要选择合适的类型，并可对相应的参数进行修改。但在该罐区项目中，这些零星结构的设置主要用于示意及检查碰撞，并不作为结构专业的出图标准。

2.3 设备的创建

在SP3D中用户可以放置参数化设备，也可根据需要放置非参数化设备。放置参数化设备相对比较简单，用户在设备的属性页面中可以很直观地查看设备的外型和参数定义，由此用户可以根据设备信息，对SP3D数据库中已有的设备模型进行修改，如定义设备名称，存放的目录，以及修改设备的尺寸、参考点等标准属性。图6为参数化设备的属性页面。

当SP3D数据库中现有的设备模型不能满足用户的需要时，用户也可以自定义设备类型，放置非参数化设备。SP3D还提供了多种体形元件（shapes）供用户选择，如圆柱、圆台、半球体、长方体等等，用户可以借此来模拟一些简易设备的基本外型。

此外，用户还可以导入外部文件来插入设备外形体，但必须是SP3D支持的软件，如SAT格式的文件或是DGN格式的文件。

在设备建模中，管嘴的放置是最重要的部分之一。管嘴有不同的类型及放置方式，但首先都必须在设备本体上定义一个数据点作为管嘴放置的参考点。用户可以利用设备本体自带的数据点，也可以利用Shapes中的Place Patumshape命令(如图7所示)在设备上放置新的数据点，以便更为方便地放置管嘴。2.4管道模型的建立

SP3D中管道模型的建立首先需要充分理解管道的不同属性。在管道模型中，SP3D将管道属性分为Pipeline、Pipe Run、Pipe Features、Pipe Parts、Pipe Port、Pipe Path Leg等，其中Pipeline、Pipe Run和Pipe Features最为常用，这三者在工厂结构（WBS）中的关系示意图如图8所示。

Pipeline是由一系列Pipe Run组成的整体，一个Pipeline可以有若干个Pipe Run。Pipeline的命名一般为流程图中定义的管线号。在Pipeline状态下只可以查看Pipeline的属性或整体删除整个管线，不可以对管线或管段进行复制、修改或移动。

Pipe Run是Pipeline的下一级属性，当管子出现分支、管径改变、流向改变或温度、压力等其它属性发生变化时，Pipe Run也随即改变，即出现新的管段（如图9-1所示）。有时候根据需要，用户也可以人为地增加新的管段，即使新的Pipe Run没有任何变化。 Pipe Run的命名可以根据用户自己的需要来确定，对最终的出图没有影响。

管段时，即是布置管道特性—Pipe Features。如图9-2所示，Pipe Features十分清楚地表现了该管段的空间路径和设计者的设计意图。

在布置管道过程中，SP3D为用户提供了多种方式来布置和测量管道，如管中心、管底、保温/保冷层外径等定位方式。SP3D在布置管道时，利用Offset命令可以很方便地定位管道与相关物体（如柱、梁、轴线或是其他管道）的偏移值，从而简化管道的布置定位。SP3D的另一个特点是在确定位置时，可以先使用鼠标中键确定某一个方向，再使用左键确定最终位置。这一特点使得SP3D的定位极其方便且不易出错。SP3D的管段模型界面可以选择全部以裸管的形式出现，也可以将保温/保冷层显示出来，从而更好地检查是否碰撞。

2.5 管道平面布置图的生成及轴侧图的抽取

数字化工厂最终转化为实际物理工厂需要将三维模型转化为二维图纸，从而直接用于施工方的现场指导。当模型的各项检查完成并修改后，建立合适的Space模块，选取一定的图纸模板，SP3D可自动生成施工所需的管道平面布置图。根据不同的项目要求，SP3D可以设置不同的自动标注类型，大大减少了手工标注的工作量。

SP3D中轴侧图的抽取十分简单，只需选取所需要的管线,软件会自动生成该管线的单线图。图纸上的标注、材料统计等均为自动生成，基本不需要修改，且管线所占的图幅比例能够自动调整，如一张A 3图纸放不下可自动分图。当单线图生成后，用户可以方便地检查图纸中的设计错误，然后进入模型中修改，之后再对该管线进行更新即可得到修改后的单线图。图10为罐区项目的管道平面布置图及轴测图示例。

2.6 材料统计

实际项目中材料统计对于采购和施工影响重大。SP3D的材料统计是其最为节省人力的功能之一，且比手工统计更为准确。SP3D可以生成全局总材料，也可以根据各个单元分区统计材料，甚至生成单根管道材料，从而满足项目的不同需要。

随着全球经济的发展，化工设计行业的竞争日益激烈，工厂协同设计已成为目前化工设计的趋势。Smart Plant系列软件在一定程度上能很好地满足化工行业协同设计的需要，尤其是对于工艺、管道专业，Smart Plant 3D简化了管道专业设计的许多环节，提高了数据的共享性和一致性，相信随着Smart Plant系列软件的进一步推广和完善，其在化工设计行业的应用将会日益广泛。

1 石念峰.流程工厂协同设计系统及关键技术研究.

2 曹玮，贺清.Smart Plant系列软件在电力工艺专业设计中的应用及前景分析.能源工程.2010,2(29).

3 姚伟龙.浅谈Smart Plant 3D(智能工厂三维软件)与Tek la Structure异同.科技创新导报.2010.

TU 17

B

1672-9323（2011）03-0048-04

2011-02-20）