水利工程Bentley OpenPlant软件等级库定制

邹凯宁，陈 堃

（安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088）

BIM（建筑信息模型）是工程设计行业发展的最前沿领域，国内BIM软件处于发展起步阶段，目前市场上用的较多的有国外的Bentley、Revit、CATIA等。以Bentley软件为例，该软件是工程建设行业应用较多三维设计软件，旗下Openlant Modeler是一款基于ISO 15926标准的管道三维工厂设计和建模软件，与其他软件比功能更多效率更高［5］。OpenPlant软件提供等级库模型数据构架，使用Access工具可对工作空间的等级库文件进行直接编辑，与其他国外商业软件一样，软件自身提供的等级模型数据不符合我国的国情和规范要求，尽而影响全生命周期应用。使用国外软件首先要实现本地化，建立起标准化设计体系，才能不断提高设计质量和设计效率。本文以常见的水利工程大型泵站为例，从国内外标准体系出发，充分结合设计需求，探索定制符合国标规范的企业等级库。

国内外管道组成的公称压力基本可以分为两个系列，即美洲系列和欧洲系列。美洲体系是世界上通用的、系统性强的完整标准，欧洲系列在前苏联及东欧影响较大。国际化标准组织考虑现状，制定了相应折中的标准，以期与这两个体系都能配伍。

国内压力管道及其元件有国家标准（GB）、化工（HG）、石油（SH）、机械（JB）等行业标准体系，行业标准受两大标准体系的影响较大，目前国内许多标准还处于新旧交替阶段。近些年国家质监总局与国家标准委员会发布的一系列国家标准（GB）规范与国际ISO标准体系较贴近，石油化工行业全过程安全完整性基本框架已经建立，因此相应的标准规范较符合企业自身等级库的定制要求。

1 公称压力

1.1 公称压力

管道系统等级库定制首先要确定压力等级。最新的管件元件编制GB／T 1048-2005《管道元件—PN（公称压力）的定义和选用》采用 ISO／CD 7268；1996，对于德标和美标class体系纳入统一的公称压力PN定义和选用，同时明确PN与管道系统元件的力学性能相关、用于参考的字母和数字组合的标识，公称压力详见表1。

表1 管道元件公称压力系列

1.2 影响因素

除了标准体系外，影响公称压力的其他因素还有管道材料、操作介质、介质温度及管系附加力等。水利工程管道系统介质通常在常温下工作，最高温度油系统不超过100℃，在此温度范围内的材料许用应力影响很小，如图1所示。

图1 温度对材料许用压力的影响

某大型泵站管道系统站内设置多套辅助系统，主要设计压力、公称压力、管道直径见表2。

表2 某大型泵站管道系统

2 管子等级库

管子等级库需要完善管子材质、工艺、外径、壁厚等关键信息。使用Access软件对OpenPlant工作空间下Specs Databases文件夹内的mbd文件相关信息。

2.1 标准规范

管道现存小外径系列和大外径系列公制管。大外径、小外径是国外标准体系影响的结果，美国标准ASME 10M、ASME 19M、国际ISO均采用大外径的尺寸。定制等级库采用的国家质检总局与国家标准化委员会发布的国家标准（GB），采用大外径系列，采用的标准见表3。

表3 国内钢管标准体系配伍

2.2 材质与工艺

工程上以常用的碳素钢、合金钢为主，比如Q235。高合金材料虽然具有良好的综合性能，但价格较高。管道常用的材质信息见表4。

表4 常用钢材及使用温度

有缝管一般用于输水、煤气、压缩空气等低压流体，能够承受的最大使用压力在1.6MPa以内。无缝管可以承受超高压，其壁厚也会随之增加当然价格也要高些，对于使用的高压管道系统采用无缝钢管。工程上对于使用压力可以选择有缝钢管。

2.3 壁厚

2.3.1 计算方法

（1）根据 SH／T 3059-2012《石油化工管道设计器材选用通则》提供的方法确定壁厚

式中，S0—直管的计算壁厚，mm；P—设计压力，MPa；D0—直管外径，mm；［σ］t—设计温度下直管拆料的许用应力，MPa；φ—焊缝系数，对无缝管，φ＝1。

选用的直管的壁厚为

式中，S—包括附加裕量在内的直管壁厚力，mm；C—直管壁厚的附加裕量，mm；Y—温度修正系数。

（2）根据美标计算壁厚式中，Sch—管子标号，经过圆整的数值；P—设计压力，MPa；［σ］t—设计温度下的许用应力，MPa。

表5 美标ASME钢壁厚标准

2.3.2 表示方法

管道壁厚的表示方法有3种，分别以管子表号（如Sch）、管子重量（如STD）、钢管壁厚值表示，详见表5。新的国内标准石油化工钢管尺寸系列SH／T 3405-2013《石油化工钢管尺寸系列》使用Sch，等级库信息上采用“Sch+壁厚值”形式来表示公称壁厚，录入的部分信息如图2所示。

2.4 连接形式

压力管道常用的连接方式有焊接连接、法兰连接、螺纹连接、热熔连接等。焊接连接是金属压力管道过程中应用最广泛最可靠的连接方式。因此定制本地等级库连接方式以焊接为主，低于DN50采用螺纹连接。

3 法兰等级库

3.1 法兰体系

目前国际上有两大通用钢制法兰体系，见表6，一是以EN 1092为代表的欧洲管法兰标准体系、二是以ANSI／ASME为代表的美洲管法兰标准体系。这两大系列的法兰在材料、尺寸、压力—温度等级等各方面都有明显差异，在实际应用中不能互换使用。目前国家标准（GB）法兰体系包含美洲体系，欧洲体系两个体系，因而适应性较好。

表6 法兰标准体系

3.2 法兰形式

按照法兰与管子连接形式分螺纹法兰、平焊法兰、对焊法兰、承插焊法兰、松套法兰。其中平焊法兰、对焊法兰较为方便。平焊法兰又分为板式平焊钢制法兰、带颈平焊法兰，板式平焊钢制法兰宜用在1.0MPa以下低压管道。带颈平焊法兰公称压力可以由低到高，范围较广，不适用温度循环的管道。对焊法兰则承载条件更好，适合压力温度波动大、高压、低温管道。定制的等级库依照板式平焊钢制法兰。

3.3 密封形式

凸面密封面（RF）使用最广的，为美式法兰、欧式法兰；凹凸面（MF）密封面用在欧式法兰PN40以上。榫槽面（TG）密封面，使用在高温、高压或者两者均高的条件。等级库内法兰密封面采用凸面密封面（RF），录入的部分信息如图3所示。

3.4 螺栓、螺母、垫片

等级库选用的螺栓、螺母、垫片的材质、使用范围见表7，法兰录入的信息如图3所示。

图2 管子等级库录入部分信息

表7 材质规格信息

4 管件等级库

4.1 标准体系

等级库采用的钢制管件标准体系配伍见表8。

表8 管件应用标准体系配伍

4.2 连接形式

对焊管件通常用于管径≥DN50mm，对焊管件包括弯头、三通、异径管、管帽等，有连接可靠、施工方便、价格便宜、没有泄露的特点。

承插焊管件通常用于≤DN40以上，管壁较薄的管子和管件，有连接可靠、施工方便、价格便宜、没有泄露的特点。承插焊是插口与承口之间的连接，使用时考虑搭配组合及所需空间

螺纹管件多应用于DN40以下，管壁较薄的管子和管件，常用于不宜焊接或需要可拆卸的场合，与焊接比，接头强度低，密封性差。有连接可靠、施工方便、价格便宜、没有泄露的特点。

等级库依照设计常用通用做法DN50以上的管道多采用对焊连接管件，小于DN50采用螺纹连接。

4.3 管件类型

主要的管件类别和规格见表9。

5 其他元件

泵站管道系统还包括阀门、伸缩节、仪表仪器等，详细见表10，等级库的后期建模应用如图4所示。

表9 阀门等其他规格信息

表10 管件类型及规格

图4 大型泵站管道系统建模图

6 结论

（1）当今国家标准已经与美国、欧盟、国际标准体系接轨，OpenPlant软件本地化等级库定制应重视规范体系建设，参照现有标准与国际各大标准体系的关系。

（2）等级库定制过程应与实际设计结合，等级库应充分反映管道选型原则、管道工艺、计算方法等，方便设计人员后续使用。

（3）国内石油化工等行业标准对企业管道等级库的定制具有重要的借鉴意义。

随着工程领域的发展，越来越多企业会走出自身行业跨领域发展，并走出国门参与世界工程。标准体系对跨行、走出国门的企业发展影响十分重大。BIM技术具有广阔应用前景，国外设计软件的本地化定制过程要充分考虑这一问题，不断探索尝试，吸收其他先进的成果，才能促进BIM技术在多领域的进一步的发展应用。

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