SketchUp软件在石化建设安装工程中的应用

韩胜国

(洛阳隆惠石化工程有限公司，河南 洛阳 471012)

0 引言

近几年三维信息化建模设计软件在建筑行业以及石油化工装置设计行业应用越来越广，PDMS、CADWORX等三维工厂设计软件已经成为大部分石油化工装置设计和施工过程中使用的主流三维设计软件。

石化装置中静置设备、工艺管道及金属结构在整个项目投资占比往往超过60%，特别是塔器、反应器、加热炉、储罐、气柜等大型非标设备往往为装置的关键设备，这些具有创造性和单一性的关键设备的制造及建造工序也往往是整个装置建设项目的关键路径。随着石油化工装置的处理量大幅提升，静置设备及金属结构越来越趋向于大型化和复杂化，传统的二维平面三视图越来越难以直观地表现新建关键设备及结构的各部件在立体空间中的具体形态、位置关系、施工顺序、重点难点、设计意图等影响整个项目建设的关键信息。

石化装置安装工程中大型静置设备、金属结构制造及建造的特点有：①大型化、复杂化。此类设备多为各装置的关键设备。为适应各种加工工况和提高工艺效率，设备内部构造越来越复杂，二维设计图纸表征构件形状、相互位置、配合度等信息越来越困难。②非标化、零配件加工量大。无论是设备本体还是内构件，80%以上零配件为非标准构件，三维建模工作量大。大部分零部件需要现场加工、制作、安装，施工难度相较其他专业大，安全质量管控点多、面广、难度大。③唯一化。大型静置设备、金属结构由于各地地形环境不一致，装置建设具有单一性的特点。④紧凑化。不论是设备本身还是设备整体及钢结构布置愈来愈紧凑，施工工序合理安排、安装顺序及现场施工布置越来越重要。二维设计图纸显然无法胜任此项工作，只能靠现场技术人员和施工人员的经验和技术水平，而三维建模仿真施工技术可以“真实模拟”施工。⑤设计图纸剖面视图多。为显示更详细准确的尺寸，二维设计图纸中越来越多出现剖视图、局部详图[1]。

基于上述原因，AutoCAD等二维设计软件不能满足工程建设施工需要(短期内仍占主流)；PDMS、CADWORX等三维工厂设计软件偏向于工厂布置和配管设计的软件，也不适用于石油化工装置建设项目中的静置设备和金属结构的所有组成部件的三维建模工作。

1 工程设计软件SketchUp的优点

笔者接触和使用过的几款石化、建筑行业领域设计软件主要有：压力容器设计类、工厂类(配管)、机械设计类、建筑装修类。通过对比使用，石油化工大型静设备及结构的制造及建造施工三维展示宜选用SketchUp软件，原因如下：①界面简单，命令较少，简单易上手。②与传统的AutoCAD平面绘图软件及新兴的数控加工软件有极好的兼容型。③SketchUp的“群组”“组件”功能同大型设备和金属结构由大大小小不同的部件组成有异曲同工之妙。④剖面功能利于观察实体模型的内部构造及剖切的形状。⑤强大的插件功能，满足多方面的需求，同时会成倍地提升三维建模的工作效率。⑥SketchUp软件不擅长的不规则曲面功能，在压力容器制造以及石油化工静置设备及金属结构的建造施工涉及不多，对建模影响不大。SketchUp软件的精确建模功能可以满足设备及结构的整体或细部的三维图片和三维动画展示。

2 SketchUp在项目建设中的应用

2.1 图纸会审阶段

SketchUp三维模型依据设计图纸进行建模，是对设计图纸的“二次设计”，可以及早发现设计图纸存在的问题，可以进行简单的碰撞检查以及零部件的配合度。直观的三维图可使各专业人员更好地从各专业角度审核设计的标准符合性，并节省大量的审图查图时间，提高图纸会审的效率。

2.2 方案编制及技术交底阶段

依据设计文件绘制大型设备及金属结构的三维模型过程中，有经验的技术人员可以“仿真模拟”完成每道施工工序，在三维立体虚拟空间中完成整个项目的建设。在施工方案讨论过程中，可以在装置内或设备内进行漫游，进行360°全方位和任意剖面的观察。在全面了解施工三维实体模型和设计意图的前提下，进而确定整个项目的施工总体部署，选择最佳的施工工艺，编制资源需求计划，制定包括HSE、质量、进度以及技术、物资、风险、信息等在内的全套施工管理计划，完成施工总平面设计。将有针对性、特殊性的安全、质量管理要求增加到三维模型中，以便于施工现场管控。

借助3D Warehouse中丰富的各种类型的实体模型，可以建立立体的施工总平面布置。对于大型设备及金属结构的安装可以近似进行吊装仿真模拟。

通过直观的三维立体图片和三维动画展示片可以直接将新建设备或装置呈现在一线施工人员的面前，不但可以呈现设备和装置的最终状态，还可以将施工细节、施工工序、施工顺序、重点难点及具有针对性的安全、质量技术措施一并向一线施工人员进行交底。让技术交底由原来低效率的文字灌输变成动态直观、极具冲击力的影像呈现，使所有工程参建方特别是一线施工人员深入了解拟建设备或装置，减少施工出错的机率，提高工作效率。

2.3 投标报价阶段

投标过程中利用SketchUp软件导出的三维图片，生成的三维动画模拟演示工程施工的关键流程和技术要点，实现施工方案的图像化，形成以三维动画为主，二维动画为辅，配以解说、标注、音乐的施工方案动画演示片。以形象直观的视觉效果让业主和专家在最短的时间内了解工程技术方案的核心。三维动画模拟带来的音视觉冲击将极大提升公司的品牌展现力[2]。

2.4 施工阶段

依据施工图建立好所有实体模型后，根据设计图纸将所有模型放置到位，插入其他施工机具及安全防护设施，建立三维的现场场地平面布置，并通过参照工程进度计划，合理调配施工机具和现场半成品及材料的堆放位置形成动态的现场布置，减少二次搬运而产生的费用，提高各项工作效率。

施工过程中，施工人员可利用SketchUpViewer等手机端APP实时全方位查看设备三维模型，熟悉掌握工程施工的关键流程和技术要点。实时检查实体与三维模型是否一致。可以形象地展示出施工的进度，与项目的施工计划进行对比纠偏。质量管理人员可直接检查实体与三维图形的符合性，进行验收。安全管理人员可现场检查落实实体模型上预设的安全防护措施。

2.5 设备运转阶段

利用竣工图绘制的设备及结构的三维模型，可以赋予所有设备零部件的规格、形状、材质、数量型号等信息，便于设备维护使用。对于中小型装置，SketchUp软件也可以完成所有设备、管道及结构的BIM技术管理。装置及设备内部漫游功能可用于新员工培训及演练、技术改造等。

3 工程应用实例

3.1 石油化工装置区三维

SketchUp软件可以用石油化工装置区的3D建模，从规划、设计、制造、安装、运行、维修、检修等各个阶段，均可实现设备选型、场地布置、碰撞检查、模拟巡游、信息查看、BIM信息录入及查看等虚拟实物化呈现。

3.2 石化建设安装过程三维动画展示

SketchUp软件的三维模型动画模拟功能可以1∶1的虚拟真实现场情况，可以完成三维化现场布置、拟建装置的三维建模、立体化呈现施工工序、关键路径和关键控制点设置等诸多以往仅靠经验和感觉完成的项目建设过程，可以使所有建设相关方像参观“样板房”一样对拟建工程项目了如指掌。

某低压储罐建造过程动画如图1所示。

图1 某低压储罐建造过程动画截图

3.3 过程装备三维展示

SketchUp软件生成的压力容器类、机泵类、管道类等过程设备的三维模型可以实现整体结构展示，还可以分拆成每个零部件，以及装配过程的呈现。可以帮助设计师优化结构设计、检查零部件的碰撞和配合、模拟过程工艺流程；还可以用于教学、产品展示、加工制造等多个领域。

3.4 复杂结构件三维展示

某塔(直径5 400/8 700/10 000 mm)塔内件全部更换，新结构采用的槽式分布器+规整填料+升气盘结构，其中槽式分布器和升气盘结构复杂，各种部件达到上百种，配合尺寸关联多，二维平面设计图纸多达200多张。在更换方案讨论和技术交底过程中，技术人员给相关方和施工人员说明和交底时一筹莫展。后采用Sketchup软件建模形成3D立体模型，可360°旋转及任意剖面切开展示任何细节的展示，在施工中施工人员和检查人员还可以通过手机随时查看现场安装尺寸的正确性。

4 结论

通过上述工程实例应用，在项目建设阶段利用设计文件进行精确建模(特别是大型且复杂的钢结构和塔内件项目)，SketchUp软件绘制的三维模型能让项目参与各方更能吃透图纸，加深对图纸的理解，并能直观地展示工程施工的关键流程和技术要点，以及项目实施的重点和难点的对策；依据三维建模编制的施工方案和技术交底在实际工作过程中起到很好的指导作用，对施工企业的管理提升和降低成本有极大的益处，值得推广。