化工管道三维物理支吊架的开发与应用

王钰铭　唐玮琪　代国兴

中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院　吉林　132002

化工管道三维物理支吊架的开发与应用

王钰铭*唐玮琪代国兴

中国石油集团东北炼化工程有限公司吉林设计院吉林132002

摘要介绍SP3D软件物理支吊架的优势，分析了三种化工管道物理支吊架库开发形式的特点，总结了开发前准备工作、开发方法与开发应用时的经验教训。

关键词几何形体关键点数据库材料统计

随着信息时代的深入发展，计算机辅助设计日益数据化、形象化、简便化，传统的三维设计软件也进行着全方位的智能演化。Intergraph公司的SmartPlant3D(简称SP3D) 软件与AVEVA公司的Everything3D(E3D)软件是当今世界两个较先进的三维工厂设计系统。以数据为中心，Microsoft类型的操作环境，均有配套的二维系统类设计软件、材料建库及控制管理软件、施工软件在数据信息管理平台上进行数据集成，为设计团队创建智能三维工厂模型并据此制作所有智能工厂的可交付项提供了可能性。吉林设计院为适应市场需求于2008年购置了SP3D软件，并开展了包括化工管道物理支吊架在内的多项二次开发工作。

1SP3D软件物理管道支吊架优势

1.1功能强大

SP3D软件支吊架功能较上一代产品PDS软件更富功能性，不只是管道模块的一个命令，单独成为HangersandSupports模块，与Common(公共环境)、Piping、EquipmentandFurnishings、Structure、DrawingsandReports(图纸与报告)等模块同等级别，并能够相互自由切换，满足管道、电缆桥架、采暖通风管道等各类元件的支撑要求，拥有以PlaceSupportbyStructure(根据建构筑放置支吊架)、PlaceSupportbyPoint(根据点放置支吊架)、PlaceSupportbyReference(根据参照物放置支吊架)等多种放置方法，共9种命令。

1.2兼容性好

SP3D软件改变了以往利用外挂supportmodeler、SofiaSupport工具的形式，稳定性高，兼容性好，不会产生支吊架无故失效的情况。

1.3视图形象

SP3D软件管道物理支吊架形象直观、视图效果优异，可有效地提高三维工厂模型的品质，充分彰显工程公司的信息化水平与设计水平。

1.4操作智能简单

SP3D软件管道物理支吊架非常智能化，用户选择管道和支撑点后，可以根据设定的规则自动推荐符合该情况的支架型号，也可以自行选择，系统根据管径、型钢等环境自动匹配支架规格、高度等参数；支持“智能关联”专利技术，当管道合理的移动后，修改信息会反馈到管道与支吊架的关联模型中，支吊架会自动随之改变；管廊或成排的管道可以连续添加，无需二次选择管道，继续选择下一个支撑点即可，对于支吊架库中没有的特殊支架，可以根据型钢库中的材料自行组装特殊支吊架。

1.5精确的材料统计功能

SP3D物理支吊架可以根据工程公司实际需求定制材料报表与支架详图，将设计过程实际使用的支架分解成型钢、管卡、螺栓等部件，通过HangersandSupport模块全自动生成材料报表，准确统计支吊架材料的数量，有效地解决了三维设计以来无法精确统计支架材料的难题，减少了工程浪费和支架材料缺少对工程进度的影响。

2管道物理支吊架库开发形式

SP3D软件管道物理支吊架一般分为自主开发、委托有经验的软件商开发及两者相结合的开发三种形式。

自主开发要求工程公司IT技术深度高，开发周期长，但是开发灵活、维护方便，适合拥有专门的数字化研发中心的工程公司，如中石化石油工程设计公司、中国石油管道局设计院等。

委托有经验的软件商开发具有开发周期短、不需要有编程经验，可用性高，但是价格高昂，一旦委托开发后支吊架后期维护比较困难，适用于没有精力开发且急于应用的公司。

两者兼顾是非常好的形式，先委托开发商做出一部分支吊架，然后通过培训来自行开发剩余的部分，但是对开发能力的要求很高，需要专门的团队攻关，对急于应用的用户会有一定的风险。

三种方式各有利弊，工程公司需要根据自身的实际情况做出选择，吉林院最终采用两者兼顾的形式，大部分由DCC(鹰图的数据转换中心)开发，准备经过培训、技术支持自行补充一部分。

3管道物理支吊架库开发前准备

物理支吊架开发是个复杂而零散的功能定制项目，每个工程公司的支吊架少则几十个，动辄数百个，开始只能提出一个大概、模糊的功能，只有经过长时间的反复认识才逐步明确，需要做好充分的准备工作，主要有支吊架图册选择与修订、支吊架几何形体分解两部分工作[1]。

3.1支吊架图册选择与修订

图册是支吊架开发的重要依据，吉林院是以石油化工为主营，70%的项目都与化工有关，适合的国家标准为《管架标准图》HG-T21629 ，由于发布的时间久远，很多架型已经无法完全适应项目需要，且该套标准的支架数目过多，成本太高，不适合开发。2008年，我院在吸收国内外经验的基础上自行编制了一套支架图册，一直与HG-T21629并用，此图册比较新，数量合理，适合开发，但是很多内容不全，需要补充。

3.2支吊架几何形体分解

支吊架几何形体分解是开发过程中的本质内容，直接关系着材料的统计方式以及工程管理方式，一般可分以架形、全部分解至型钢，除管夹、紧固件外分解至型钢三种类型，以架形分解将有非常大的局限性，材料只能按套统计，代码量大，支架采购成本高，而全部分解成型钢不符合现阶段工程管理方式。管夹、紧固件等细小繁琐的工序均由施工单位加工会耗费较长的工期，管夹、紧固件外分解至型钢虽然需求分析较为复杂，但长远考虑，可节约采购成本，又不增加施工难度，是非常合适的选择。吉林院最终采取了这种分解方式，将所有架形分解为68个组件，三种类型的优缺点见表1。

表1　三种类型分解方式优缺点对比表

4物理支吊架的开发

4.1数据库建立与数据库调取

SP3D软件是以数据为中心的，所有模型参数、属性都是以Excel的形式存于后台，并通过VB程序驱动调取，支吊架的开发也是如此，以ST-001,U型螺栓为例，图例见图1。

首先应建立一个数据库Excel文件，每个sheet为一个组件，并将其命名为组件名称，组件名称单元格命名为JiLin_Part_ST.001，并将几何尺寸按管径做成数据库，编制程序时调出这两处的名称，即可调用出支吊架的几何尺寸信息，并根据管径赋值，程序编译如下：

OptionExplicit

PrivateConstMODULE= "ST-001"

PrivateConstm_progID= "JiLin_Part.ST-001"

Privatem_SymbolFactoryAsNewIMSSymbolEntities.DSymbolEntitiesFactory

Privatem_SymbolDefinitionAsIMSSymbolEntities.DSymbolDefinition

Privatem_outputCollAsIJDOutputCollection

Privatem_oCodeListDataAsIJDCodeListMetaData

PrivatesqlqueryAsString

PrivatevarOutputAsVariant

PrivateoIJPartSelHlprAsIJHgrPartSelectionDBHlpr

ImplementsIJDUserSymbolServices

ImplementsIJHgrSymbolBOMServices

PrivateSubIJDUserSymbolServices_InitializeSymbolDefinition(pSymbolDefinitionAsIMSSymbo-lEntities.IJDSymbolDefinition)

ConstMETHOD= "IJDUserSymbolServices_InitializeSymbolDefinition"

图1　ST-001支架图例

ST-001支架数据表见图2。

图2　ST-001支架数据

4.2几何形体构建

物理支吊架在中国石油企业标准《三维设计导则》定义为模型中的实体支吊架，可以理解为具有物理属性的几何形体，与其他三维模型一样都是在平面二维系统中加入了一个方向向量构成的空间系，三维即是坐标轴的三个轴，即X、Y、Z轴，X表示南北空间，Y表示上下空间，Z表示东西空间，这样就形成了人的视觉立体感，需要注意的是所设计的物理支吊架的坐标系应与SP3D模型中的一致[2]。

几何形体由面组成，面由线组织，线由点组成，关键点起着至关重要的作用，是贯穿支吊架空间联系的纽带，包含管道与支吊架的关联点，支撑点、构成组件中圆、长方体等基础几何形状的连接点、组件装配连接点、特殊界限点五种，一般起始点以管道与支吊架的关联点为对象计算得知的，程序编译如下：

AddPoint"Route", 0, 0, 0,_1, 0, 0,_0, 0, 1,m_outputColl, "Route",arrayOfInputs(1), "Route"

ST-001支架可以进一步拆解为两个1/4圆形实心圆钢、两根直线实线圆钢、两个六角螺栓构成，为简便六角螺栓用空心圆柱代替，根据所加载的关键点，开始绘制几何形体，见图3。

ST-001中的部分几何形状程序编译如下：

'Elbow

AddElbowdST001_D1 / 2,c/ 2, 180, "ROTZ(90)",m_outputColl, "Elbow"'Bolt

AddCylinderWP0,c/ 2, 0, 0,c/ 2, -(dS001_H1 -dS001_R-dS001_L1),dS001_D1 / 2,m_outputColl, "Pin1", "Pin1"

AddCylinderWP0,c/ 2, -(dS001_H1 -dS001_R-dS001_L2), 0,c/ 2, -(dS001_H-dS001_R-dS001_L+dS001_L1),dS001_D3 / 2,m_outputColl, "Pin2", "Pin2"

AddCylinderWP0,c/ 2, -(dS001_H-dS001_R-dS001_L1 +dS001_L2), 0,c/ 2, -(dS001_H1 -dS001_R),dS001_D2 / 2,m_outputColl, "Pin3", "Pin3"

上述代码对应的几何形状见图4。

所有几何形状构建完毕后生成dll(动态链接库)文件，加载到SP3D软件，通过HangersandSupports模块，即可画出ST-001物理支架，见图5。

图3ST-001基本几何图形分解图4上述代码对应的几何形状

图5　ST-001支架三维模型图

5支吊架应用

吉林院历时一年时间，开发出第一批120多套架形的物理支吊架库，并应用于某石化MTBE项目中，首次摆脱了虚拟的逻辑支架，参与到碰撞检查中，精确抽取了材料表，取得了良好效果，同时也吸取了支吊架添加与材料统计两方面的教训。

支吊架添方面的问题主要体现在支撑物的选择上，支吊架识别结构模型中的建构筑物是没有问题的，但是“门”型支吊架本身也是可以作为支撑点，见图6。最初设计时没有考虑支架本身的组合问题。

图6　支吊架作为被支撑物

支吊架材料统计的问题主要体现在：

(1)支架图册不同架形的材质和型钢型号书写不规范，如角钢∠100×100×8与L100×8是同种角钢，材料赋值时也是不同的格式，致使料表中的材质与型钢型号五花八门。

(2)螺栓与螺母统计方法应按套，而实际缺分开统计的。

(3)支吊架几何形体分解，只考虑到U型螺栓、管卡等细小的成套部件，保冷管托据业主反馈施工单位加工非常困难，分解成型钢很不科学，但直接实现保冷管托成套统计支架库后台将有颠覆性的改动。

针对支吊架统计的问题采取了相应补救措施，将型钢表示方法与材质表示方法进行了统一，修改了后台程序的属性赋值；将螺栓与螺母两个基本部件合为一个部件；而对于管托类的部件修改进行了评估，得出修改源程序的代价过高，最终采取了处理数据方式，将管架表中的管托解析出形式、规格、数量信息，计算出散材的数量，在管架材料表中去除，并添加上管托成套统计内容，由于处理数据过程采用了SP3D软件DrawingsandReports模块拓展编程实现，支吊架材料抽取方法与之前一致，相当于增加了一套支吊架材料模板，没有给设计人员附加额外工作量。

6结语

物理支吊架库的开发有利于提升三维模型的整体品质与三维成品的质量，是三维设计发展的新里程，同时物理支吊架库的开发亦是长期复杂的过程，需要做好细致的需求分析，确保开发工作的顺利进行。

参考文献

1黄文豪.基于工业流水线控制系统的软件模块化研究与设计. [D]. 广州:华南理工大学,2012.

2师涛. 三维动画理念对现代电影审美价值提升性的研究. [D]. 西安: 西安美术学院,2008.

(收稿日期2016-03-25)

*王钰铭：工程师。2011年毕业于长春工业大学高分子化学与物理专业获理学硕士学位。主要从事石油化工配管设计与计算机辅助设计研究工作。联系电话：18643222932，E-mail:jly_wym5195@petrochina.com.cn。