自控专业对Intergraph Smart® 3D的再开发应用和设计流程优化

■ 东华工程科技股份有限公司 姚怡君

1.引言

Smart 3D是海克斯康PPM出品的一款智能且较全面的计算机辅助设计和工程设计软件。它以独立的数据库为基础，帮助用户建立直观、易懂的三维模型，实现工厂设计中多专业、多用户协同设计，避免现场碰撞，提高设计质量。同时，用户可根据国家和行业规范、公司作业文件以及设计习惯，对其再开发，定制各类图纸和报表模板并应用到工程项目中，有效地节约成本、缩减费用。

东华工程科技股份有限公司自2011年起开展了Smart 3D软件开发和应用推广，大力投入、多专业协同，现已具有甲乙酮、乙二醇、热电、硫酸、有机硅等多类项目的成功应用经验。

图1为已建成的某有机硅项目的Smart 3D模型部分截图，从中可以清楚地看到各类设备（塔、储罐、换热器、泵等），管道、风道，电气和仪表设备（桥架、灯具、各类箱体等），以及梁、平台、楼梯、围堰等，非常直观、写实。

图1 某有机硅项目部分装置Smart 3D模型

自控专业着力推进Smart 3D的开发和应用，不仅完善了自控数据库、嵌入各类仪表设备，还针对自控设计的流程和特点对自控系统权限管理进行了规定，就如何优化设计流程、加强设计质量、提高工作效率进行了反复讨论和探索。

2.自控设计流程

Smart 3D是一款工程化设计软件。在此软件平台上，布置管道、结构、自控、电气、暖通等多个专业同时设计，不仅建模时间、空间相互交错，各专业之间的接口条件还需相互往来、多处对接。

为实现进度和质量可控、管理到位、分工明确，首先要对自控专业的整个设计流程进行梳理、分析，化工工程项目的自控设计流程详见图2。

图2 自控设计流程图

通过图2可知，与工厂三维设计相关的自控专业工作主要集中在安装设计部分。在自控WBS分解、提一次条件、统计材料阶段，Smart 3D也可进行部分应用。下一步，需考虑如何在上述工作环节，对Smart 3D原有功能进行再开发和用户个性化定制，尽量将枯燥的数据与直观的模型相结合，实现仪表数据、图形参数的整体导入和输出，以满足自控设计的需要。

3.Smart 3D再开发应用

对Smart 3D进行再开发，需对其系统层级架构、数据库分类定义规则、symbols的调用、能实现的图纸模板和材料报表的内容和形式等非常了解，并熟悉掌握各类仪表、箱体、桥架、保护管等设备、材料的设置规则，还要根据当今形势对国际或国内项目的管理和工期要求进行充分地分析与评估，取其能在实际工程项目中应用的部分，并加以开发和定制，以满足国家和行业规范、本公司作业文件的要求，符合设计人员使用习惯。

3.1 建立自控数据库

经过评估，自控专业在实际工程项目中的建模主要包括仪表桥架和仪表设备两部分。

仪表桥架在“CableTray.xls”中改写数据，添加桥架实体的类别和部件，并对其形式、型号、规格、材质、长度、弯曲半径等进行设定。

另在“ECEC_InstrumentEQP.xls”中分类设定仪表表头、仪表支架、保温箱、保护箱、仪表接线箱、就地控制盘、分析小屋、可燃/有毒气体探头等仪表设备。

图3 Smart 3D中的自控数据库选择界面

上述文件均通过上传的方式（Bulkload）输入至项目参考数据库（Catalog），测试完毕后，仪表设备即可在Smart 3D操作界面调用，详见图3。

因项目工期过于紧迫，仪表电缆和保护管的建模暂未加入工程实际应用。

3.2 定制仪表配管条件表

在工程设计中，因一次仪表和控制阀随管道安装，布置管道专业进行配管设计，故自控专业需向布置管道专业提供配管条件。

仪表配管条件的深度直接影响了布置管道设计的合理性和美观度。而化工工程项目使用仪表纷繁复杂，尤其是流量仪表和控制阀，不仅类型、形式多样，其外形尺寸和与管道连接规格也存在较大的个体差异，故本专业定制了仪表配管条件表模板（表1），要求自控设计人员认真填写流量仪表和控制阀数据、配管要求，并提交至Smart 3D管理员。

表1 控制阀配管条件表示例

通过自定义程序，管理员将仪表配管条件表分类转化为可供Smart 3D使用的Instrument Data.xls文件，再批量导入项目参考数据库。

数据库中的流量仪表和控制阀均按配管要求个体化定制。布置管道专业设计人员只需输入某仪表位号，即可调用该台仪表并进行配管。

3.3 开发仪表点坐标表

Smart3D中的所有模型均在服务器上实时保存，设计人员可随时登录查看所有专业的建模情况，上游专业建模深度一旦满足，即可开展本专业的建模工作。

在布置管道设计基本确定后，自控专业需先在三维模型中对仪表和控制阀的安装情况进行一次检查，再进行二次表和仪表设备的建模、布置。在建模过程中，可能会出现仪表遗漏或命名不正确的现象，为方便检查核对，还开发了仪表点坐标表模板。该模板可将所有仪表的中心点置按全厂或按某一单元抽出，生成一个Excel报表，详见表2。

3.4 开发自控图纸和报表模板

工程公司、设计院用户对三维设计软件要求较高，除了建模，还需要将三维模型批量、高效地转化为各类图纸、表格，进行检查校正和内容补充，并最终做成设计成品提交项目业主方，供施工单位使用。

经过多年测试、摸索，东华工程科技股份有限公司自控专业按照国家和行业规范、本公司作业文件的要求，对图纸和报表的内容、深度进行了反复讨论，在Smart 3D平台上开发出一系列自控图纸和表格模板。

而在项目实际运用中，考虑到人力、时间成本和设计人员使用习惯等因素，在项目实战中仅选取部分图纸和报表模板。

3.4.1 仪表位置图

仪表位置图上含所有仪表的类型图例、平面位置及标高。（图4、图5）

图4 某单元的Smart 3D模型截图

表2 仪表点坐标表示例

3.4.2 仪表桥架平面布置图

因电气桥架和仪表桥架同在Electrical系统下建模，所属类别完全一样，而自控专业图纸仅体现仪表桥架的布置，故采用组合出图（Compose Drawings）的方式，在“Tools-Drawing Console…”菜单下打开图纸进行设置，通过不同Filter将两者区分，抽出满足专业深度要求的图纸。（图6）

3.4.3 仪表桥架综合材料表(见表3)

4.自控设计流程优化

在工程项目开展初期，根据合同要求及项目类型，工程公司、设计院用户一般会根据需求选定工厂模型设计软件平台。与采用AutoPLANT软件、仅靠布置管道专业搭建工厂模型相比， Smart 3D拥有更智能的工厂系统层次架构和庞大齐全的基础数据库，更加强调多专业的协同设计。参与Smart 3D应用的每个专业不再是完全独立的个体，而是必须在Smart 3D平台上遵循其规则进行设计，因此，设计流程会有些许改变。

在Smart 3D系统层次架构和规则下，自控专业经研究、分析，探寻了合适的应用方法并加以推广。下面列举在实际工程中，Smart 3D应用带来的设计流程优化和设计思维方式的变化。

图5 Smart 3D中按图4区域抽出的仪表位置图

图6 Smart 3D中抽出的某单元仪表桥架平面布置图（部分）

表3 仪表桥架综合材料表示例

4.1 工作分解结构（WBS）加强

如今，为实现科学、精细化的项目管理，各工程公司大力推行工作分解结构（WBS ），把项目交付成果和项目工作分解成较小的、更易于管理的组成部分。

Smart 3D的系统构架，是适应该种模式的。Smart 3D系统管理员在搭建工厂系统层级时，可按项目的工作包分解要求，按工厂—项目—装置—单元—各专业层次分解并授权，各类模型建立在各专业层级之上。在专业内部，各专业负责人也可根据需求，制定本专业的设计规则，如自控专业可加强以下方面的管理。

4.1.1 自控系统管理

在Smart 3D中，所有的模型都有指定的建立位置，部件逻辑位置要建在指定的文件夹中。在系统管理员已建立单元—专业级别时，自控专业负责人可根据建模类型，在Task-Systems and Specif i cations中建立桥架、变送器、接线箱、保护箱等系统文件夹，要求设计人员将模型建立在指定位置，便于分类管理和查找。

4.1.2 抽图空间区域管理

模型建立且设计基本完成时，即可考虑如何出成品图。每个单元自控都需交付仪表位置图、仪表桥架图等多种图纸，而为了表达简明易懂、美观，每种图纸又按区域或框架平面出图。Smart 3D中抽图范围是按指定Space的体积分割的，因此自控专业负责人可在Tasks-Space Management下，按主项—专业—图纸类型—区域的层级，建立空间区域文件夹，规范Space的放置。

4.2 设计人员、进度管理可控

Smart 3D软件使用权限组和工厂系统层级相匹配的方式进行控制，每一个模型对象必须属于某一层级，每一层级只有某权限组人员可以控制，系统管理员可以按项目—装置—单元—专业的分级，按项目工作指派的要求，对每个设计人员进行授权。

在已授权的前提下，设计人员才能对本专业模型进行建立或修改，不得修改系统文件或他人工作内容。操作人员的操作信息都全部纪录于服务器，个人操作站不保存所建模型。因此，通过Smart 3D可实现对设计人员的管理可控。

另外，Smart 3D可以通过Filter的设置，实现对模型的可视或屏蔽，且所有模型的建立是实时保存的，故只需系统管理员授权，设计经理或计划工程师均可了解项目模型建立情况，实现对项目进度的直观掌控。

4.3 设计交接便捷、修改透明

正因为各单元、各类模型的可视和实时保存，Smart 3D平台上的专业内部、各专业之间设计交接十分便捷。尤其在各主项与全厂外管廊交接时，能非常便捷地做到无缝对接，。

模型及相关数据均保存在项目服务器上，设计人员将模型刷新，即可看见最新的建模情况，上游或其它专业的模型增加或修改均一目了然，能减少由于设计修改传递不及时而造成的现场施工错位、碰撞的发生。

5.总结

Smart 3D应用于化工工程项目，不仅有利于项目统一管理和对项目设计进度进行监督，其有效的权限管理亦提高了多专业间协同作业的安全性。基于统一数据库基础，同规模同产品的项目间的复用、多项目间的数据库共享较容易实现。

Smart 3D模型可在工厂全生命周期中保存和交付业主，并能通过虚拟网连接的方式，在现场施工、项目改造阶段，异地、实时地进行模型修改。通过Smart 3D加强项目控制管理，能有效低减少建模人员的工作量，将三维设计与平面图纸相结合，做到对设备、仪表、材料等的精准定位，减少人力、材料成本。

Smart 3D对项目系统管理员有较高的能力要求，设计人员对全三维的操作环境还比较陌生，需要加强操作培训。用户也应加大推广力度，并及时梳理设计流程和更新作业文件。

从V2009升级到V2011，再到V2014，Smart 3D的各项功能也在不断地发展与完善。作为用户，希望Smart 3D的基础数据库更加详实、开放，操作界面更加简单、友好，适应当前项目工期较为紧迫的需求。