三维软件在泵站设计中的探索

曾 飞， 李鹏涛

(1.陕西省水利电力勘测设计研究院， 陕西 西安 710001； 2. 陕西省计量科学研究院， 陕西 西安 710000 )

1 泵站设计现状

泵站基本由进水部分、主副厂房部分、出水部分及厂区生活部分等组成，各部分设计各具特点，核心部分为主副厂房设计，该部分不仅含有水泵、电机等泵站核心设备而且还包括进出水管路系统、排水系统、供电线路系统、冷却供水系统、供油系统、压缩空气系统、起重设备及机修设备、采暖通风设备及消防设备等。由于这些复杂的管路及设备都集中在相对狭窄的主厂房内，给设计带来了非常多的问题，采用现有CAD二维设计经常会出现相互交叉碰撞等一些问题且不易被发现，设计工作量较大。采用CAD三维设计操作复杂，且不具备参数化设计功能，不易修改，模型不能重复利用等。

泵站设计也有特点：近些年卧式离心泵市场需求量增加，这类泵站其厂房布置基本类似、只是由于其流量和扬程变化导致机组台数、机组间距、管径、厂房跨度等有所变化，采用现有CAD二维设计，平面、剖面总图、细部结构等方案变更或调整设计工作量大，易出现漏改或错改。带着这些问题泵站设计人员也进行探索和研究，一直想找到一种解决办法，能把设计人员从大量的画图工作中解放出来，集中精力对站址、泵型、总体布置等其他方面进行优化设计。

2 泵站三维设计的探索和应用

随着设计院对三维设计的推广，泵站专业先后在引汉济渭工程和榆神供水工程中进行了试点应用，分别采用了Revit和 CIAIT 两个软件搭配对泵站进行三维设计，下面就分别对这两个软件在泵站设计中的基本思路、优点及小技巧做简要介绍。

2.1 Revit和 CIAIT 两个设计软件简述

(1)Revit是 Autodesk公司开发的基于建筑信息模型的系列软件，它包括 Revit Architecture 、Revit Structure及Revit MEP三个产品[1]。Revit是建筑、结构和机械及电气专业的设计平台。Revit三维设计只需建一个模型，可轻松提供任意剖面、平面的图纸，并且实现了一处修改处处修改的功能，省时省力，提高出图效率。并且可以自动统计工程量、生成列表。

(2)CIAIT是由法国达索 ( Dassault)飞机公司开发的高端辅助、制造、分析软件。它以其强大的曲面设计和参数化设计功能在机械、飞机、 汽车、 造船等设计领域得到了广泛的应用。CATIA 软件智能化程度高、功能强大齐全, 可以将原有二维设计变为三维仿真设计, 并将分析计算、加工、装配、动态模拟仿真、数据库集成到一起。近些年也被国内几家大的水利水电设计院引进和使用。

2.2 Revit三维设计软件在汉济渭三河口卧式泵站设计中的应用

(1)设计基本思路。在引汉济渭三河口卧式泵站站址、平面布置形式、泵型等方案确定的基础上，还需要对泵站进行分解，根据三河口泵站特点将其分为：进水池部分、主厂房部分和副厂房部分及水机管道部分。 首先要建立统一的轴网，它的作用主要是控制平面位置，保证各设计者设计的统一性。根据泵站的特点轴网多采用厂房中心线、机组中心线及进出水池中心线等。然后建立统一的标高，它主要是控制高程位置，标高线多采用厂区地坪线、室内地坪线、基坑地坪线、屋顶高程线等。搭好骨架后可分发给各设计人员分别对四部分进行建模。

建模工作主要应用Revit软件自带的族通过移动、对齐、复制、阵列镜像等命令进行建模，如果软件中没有对应的模型也可通过族编辑通过画图、拉伸、融合、放样、旋转等命令重新编辑。最后用插入文件命令将四部分模型拼装为一体。在模型建立好后可以进行碰撞检查，工程量、材料量统计，也可以生成三视图，并且在任意位置进行剖切，最终形成可供用户使用的图纸。

图1 三河口卧式机组方案(Revit设计成果)

(2)Revit软件的优点。谈到Revit就不能不说“族”，它是构成Revit的基础，就像小时候大家都玩过的积木一样的一个族就是一块积木，Revit的优势就在于它对建筑结构研究的非常细致，从梁、板、柱、门、窗、楼梯等，建立了完整的族系统，可供选择的模型很多，大大缩短了建模时间，在设计建筑方面优势很大。

以下结合榆神供水工程碛棱一级泵站设计，着重介绍CIAIT三维设计软件的应用。

2.3 CIAIT三维设计软件在榆神供水工程碛棱一级泵站中的应用

(1)CIAIT设计基本思路。CIAIT的设计是基于一个水平面和两个分别前、后垂直和左、右垂直于该水平面的三个平面进行形成三维空间骨架，通过这三个平面可以任意生成空间上所需要的控制面，通过控制面及草图命令可以绘制不同形状的线或面，再通过凸台(拉伸)、旋转、肋(放样)等命令生成单个的零件几何体，CIAIT的基础就是这些零件几何体，一个几何体就相当于一块积木，通过不同几何体进行装配就实现了整个模型的建立。

图2 榆神供水工程碛棱一级站主厂房

图3 榆神供水工程碛棱一级站水机设备

(2) CIAIT基本操作。运用CATIA 设计时，必须切换根据不同的工具台来完成相对应的设计，以下对5种最常见的工具台进行简要介绍：

① 草图设计(轮廓设计)工作台。生成带约束的二维轮廓，供三维造型；

②零件几何体工作台。主要用实体的造型设计；

③创成式外形设计(曲面设计)工作台。生成各种复杂曲线，曲面供三维特征使用；

④装配设计工作台。利用各种约束，及特征定义将不同实体总装成装配文件；

⑤二维图设计工作台。根据实体或者装配体生成二维图。

其中草图绘制是创建模型的根本，单击工具栏中的“草图 (Sketch)”图标 进入草图绘制界面，即在特定的二维平面上绘制的线性结构图元，如圆 、直线 、圆弧 、矩形 等，退出草图绘制界面后将草图产生的图元以旋转 、拉伸 、肋 、凹槽 或多截面实体 的方式，建构出实体模型及零件几何体。对于复杂的零件我们可以采用创成式外形设计工作台中的 曲线、 投影、 扫掠、 填充、 桥接等命令绘制出复杂零件。绘制好的不同零件可以通过装配设计工作台进行拼接，拼接是应注意多利用约束命令，将各个零件的定位轴线或特征线按照空间尺寸拼接，就可以得到总装后的模型。

由于现阶段，施工单位还是需要设计方提供二维图纸，故CIAIT软件也可以实现二维出图，可以出三视图，也可以在任意位置进行剖切生成剖面图。(3)CIAIT软件的优势及设计技巧。CIAIT软件的优势就在于它能给这些平面和草图加约束，而且可以实现对约束的参数化，当改变参数时，几何体的空间位置就会随着改变。在碛棱泵站的设计中大量的采用了这一功能，例如：最基础的厂房长度参数的变化，由于厂房长度取决于水泵长度、电机长度、水泵台数及机组间距等参数，所以随着这些参数的变化厂房长度经常会相应调整，对应常规CAD设计包括Revit设计这些变化修改起来很麻烦，特别是CAD设计要改了平面，再改剖面，还会影响其他专业图纸，对于这些修改CIAIT的优势就非常明显，他可以把影响厂房长度的参数编写一个公式，当这些参数变化时厂房的长度会随之变化，对于修改非常方便。再如碛棱一级泵站还存在4台机组和5台机组的方案比较，以前采用CAD设计时，需要在4台方案基础上增加1台机组，修改厂房长度、机组间距、管径、阀件尺寸、柱距等，工作量大而且繁琐，使用CIAIT软件后只需要设计1台机组，采用装配模式中的矩阵命令并且将矩阵个数、间距参数化，这样只需要在模型参数表里面修改机组台数和机组间距两个数字就能将4台变成5台。另外，CIAIT还可以把进出水管道直径、阀门、基坑深度、机组间距、厂房高度、厂房跨度等全部实现参数化，并且可以将这些参数倒进Excel表格中，修改表中数字模型就会跟着变化，并且在其他类似工程设计中也能很快通过参数调整完成泵站的设计。在模型建立好后也可以进行碰撞检查，工程量、材料量统计，也可以生成三视图，并且在任意位置进行剖切生成二维图像，这些功能与Revit基本类似。

3 结 语

通过CIAIT和Revit在泵站设计中的搭配应用，让设计者从二维设计跨越到了三维设计，它直观、快捷，过去需要几天工作的内容，现在只需要几分钟就能轻松完成。它模板化、参数化、可视化的特点，让画图和校审变得更加轻松，它更能为设计者提供更加精细优化的设计方案。上述三维设计的体会及方法可以对设计者的学习和应用有所帮助，CIAIT和Revit的设计和技巧还有很多，设计者可以在以后的应用中继续发现，共同提高。

参考文献：

[1] 王君峰，廖小烽．Revit2010建筑设计火星课堂[M]．北京：人民邮电出版社.2010.

[2] 许晓会，周景华，郭正组．榆林能源化工基地榆神工业区供水工程可行性研究报告[R]．西安：陕西省水利电力勘测设计研究院.2011.

[3] 常恩科. 关于综合提高水泵站效率若干问题的探讨[J]. 杨凌职业技术学院学报,2012,(2).