火力发电厂汽水管道支吊架数字化设计流程开发与应用

随着设计手段的日益更新，各专业、各环节都在着手实现全面数字化设计的目标。数据是新一轮改革创新的生产资料，软件是生产工具。生产工具之间的数据壁垒是阻碍数据采集应用的障碍，也是传统设计方式的一个痛点。对于火力发电厂汽水管道支吊架设计而言，以往的布置设计是以初步设计为基础，通过在CAESAR Ⅱ中进行管道建模、应力分析验证管道、支吊架布置的合理性。但是，为了实现与各专业间的实时设计协同，势必要求布置模型必须整合在一个数字化设计平台上，对于管道设计人员来说，意味着要在数字化设计平台和分析软件中重复建模，而且需要保证两者的一致性。所以，打通分析软件、支吊架设计软件和数字化平台之间的数据壁垒，是减少反复建模、反复录入数据、保证设计与模型一致性的前提条件。本文将解析如何运用数据接口，实现设计数据的传递与充分利用，组成合理的管道、支吊架数字化设计流程，生成完整的设计图表和数据。

项目目标

第一，通过开发数据接口，打破数据壁垒，帮助设计人员完成设计数据在软件之间的多次传递，减少管道、支吊架反复建模工作量。

第二，模型和设计参数整合到统一的平台，实现各专业协同设计，实现项目整体数字化移交。

开发思路

流程设计

首先在Smart 3D中完成管道建模，包括管道、管件、阀门、仪表、逻辑支吊点。对于不需要做应力分析的管道，直接从Smart 3D中抽取逻辑支吊架的坐标信息、吊架类型，导入Echart软件进行支吊架结构设计；对于需要进入CAESAR Ⅱ做应力分析的管道，以PCF作为数据交换的格式，直接输出管道的PCF文件导入CAESAR Ⅱ中。通过在CAESAR Ⅱ中做静态、动态应力分析，对支吊架点位和支吊形式等参数进行修改，直至满足设计需求。通过插件将逻辑支吊架点位、形式等参数返回到Smart 3D中，替换原Smart 3D中管道及逻辑支吊架的模型。然后，将三维平台中的逻辑支吊架坐标、支吊架设计参数以PCF文件的格式传递给Echart中做支吊架结构设计。通过Import Echart 3D Data 和Location Equipment两个插件把支吊架物理结构设计结果传递到三维平台进行自动组装、定位物理支吊架的工作，并且应用Smart 3D的碰撞检查功能检查碰撞。如果验证方案不可行，则回到起始修改逻辑支吊架重复以上步骤；验证方案可行后，在Smart 3D中生成支吊架点位平面图、支吊架应力分析结果报告、支吊架详细安装图、零部件清册等。

在整个设计流程中，最关键的步骤是数据传递。数据传递的完整性直接影响了设计精度和设计效率。整个流程中有4次数据传递，Smart 3D与CAESAR Ⅱ之间的模型数据双向传递、Smart 3D与Echart之间的数据双向传递。

接口设计

在管道信息从Smart 3D传递到管道应力分析软件和支吊架结构设计软件时，采用了PCF数据传递标准。首先，编译CAESAR Ⅱ安装路径下的PCF配置文件，使Smart 3D中的管件材料、支吊架参数、单位、SIFs因子信息与CAESAR Ⅱ中的参数对应。生成PCF文件时，通过编辑Iso Stress模板，定制输出的属性内容，例如，管道材料、通径、最大运行温度、最大运行压力等，见图1，实际生成的PCF文件中支吊架的参数信息见图2。

由于Smart 3D是设计协同的核心平台，在CAESAR Ⅱ中修改过的管道模型和支吊架点位、参数仍然需要返回到Smart 3D中去更新模型。设计人员也习惯直接在CAESAR Ⅱ中修改模型，因此，我们匹配了两个软件数据库中的参数信息。通过在Smart 3D中运行插件读取CAESAR Ⅱ生成的mdb文件，给管道模型赋予材料、压力等mdb文件中没有的参数（图3），程序自动在Smart 3D上组件管道模型、逻辑支吊架模型，并且将支吊架应力分析结果反馈到逻辑支吊架上。自动组件的管道模型具有连接关系、逻辑支吊架继承应力分析参数，为后续设计出图提供数据基础，效果见图3、图4。

在Smart 3D与Echart数据互导的过程中，也使用PCF文件格式传递数据。Echart会根据PCF文件中Support的数据生成支吊架信息。图5为自动生成支吊架的明细信息，对比图2发现，图5中非零参数均是从PCF文件中读取的，减少二次输入数据的工作。

在这个基础上结合CAESAR Ⅱ的数据进行结构设计，完成结构设计后，需要在Smart 3D中进行检查碰撞、生成安装详图等工作。通过程序读取Echart生成的支吊架3D数据表信息，见图6，数据包括支吊架零部件编号（符合发电厂汽水管道支吊架设计手册D-ZD2010）、尺寸信息、支吊架根部坐标、管部坐标、角度等，对应插件中不同类型的建模代码；实现自动组装，自动定位整体支吊架，免去了支吊架二次建模和定位的工作，为在三维平台生成设计图表提供了数据基础。图7为自动组装定位的支吊架模型，图8为支吊架安装详图。

图1 定义Iso Stress模板

图2 PCF文件中逻辑支吊架的参数信息

图3 CAESARⅡ模型导入Smart 3D界面

图4 CAESARⅡ模型导入Smart 3D效果对比

图5 Echart中的支吊架明细信息

图6 Echart生成的3D数据表

图7 自动组装定位的支吊架零部件

图8 支吊架安装详图

结语

Smart 3D拥有更庞大、更开放的数据库，通过定制各种形式的标签，能定制出符合各种需求的图表模板，如管道布置图、ISO图、支吊架点位图、支吊架安装图、管道材料清册、支吊架清册等。甚至可以根据业主需求，统计某个型号管件的个数、净重、管系、坐标等参数。

完整、强大的数据库为数据应用提供了无限的可能性，但同时也要求设计人员录入更加庞大、精确的数据。遵守数据复用的原则，通过无损的数据接口，可以最大程度地减少设计人员的数据录入量和录入次数。例如，管道的模型信息和逻辑支吊架信息在Smart 3D、CAESAR Ⅱ和Echart中如果能实现实时同步的话，就能减少设计人员的数据手动同步工作。

通过模型数据传递协议、自定义开发接口，将管道设计过程中产生的林林总总的各个阶段的数据汇总到一个开放的数据平台上，实现数据的便捷查看、反复调取，延长了数据的生命周期。未来，我们将会继续以数据为起点，通过数据接口把更多工具软件整合起来，打通传统设计转换数字化设计时产生的痛点，使数据在设计中发挥更大的作用。