SmartPlant 3D在压力管道图纸复原项目中的应用

刘方龙

(中蓝长化工程科技有限公司，湖南长沙 410116)

1 SmartPlant 3D介绍

SmartPlant 3D是由美国Intergraph公司推出的新一代三维设计软件。它与传统二维设计软件相比有着鲜明的特点，目前已经广泛应用于工程设计行业。SmartPlant 3D使用独立的数据库，通过设置不同的task模块，能够实现多专业、多人协同设计，使得各专业之间及时协调成为可能。同时，该软件在为用户提供三维建模、设备及管道布置、仪表及桥架布置等功能外，还提供碰撞检查、材料统计、成品图绘制等服务[1-3]。在压力管道项目的设计过程中，SmartPlant 3D软件相比于传统的二维软件有着更为直观、易懂，问题暴露更明显，碰撞发现更及时等特点，从而在一定范围内缩短设计复核周期，提高工程设计质量[4]。

2 压力管道复原项目简介

湖北某化工公司(以下简称“公司”)是湖北省重点企业，隶属于中国海洋石油总公司，注册资金11亿元，是一家以兼磷矿开采、加工、销售，磷肥、磷酸生产、销售为一体的大型企业。公司一期于20世纪90年代设计，并于2005-04建成投产，主要生产磷肥及复合肥，实现产能50万t/a。由于一期设计时间年代久远，施工图纸均为手绘，图纸质量相对较差，加上该公司的二期改造过程中对图纸多次使用，使得一期部分图纸出现损毁，遗失等情况。与此同时，公司对一期管道进行多次改造，改造后现场管道实际情况与图纸有较大差异，使得该公司在对管道进行压力管道年审及备案的过程中遇到重重阻碍。为实现压力管道的重新备案，该公司计划复原现有厂区一期压力管道所有图纸。

3 压力管道复原项目中SmartPlant 3D的优势

该项目的设计思路采用现场实际测量，并在SmartPlant 3D中建模的方法实现模型复原，在此基础上实现图纸复原。该方法与传统二维设计在此类设计中有着明显的优势[4]：

(1)SmartPlant 3D建模更为直观。如果将现场的实测数据变为传统的二维管道图纸，不仅需要设计人员有良好的空间思维能力，还需要有着良好的观察力和敏锐的洞察力，能将测量数据准确无误的转化为二维管道图。同时，此过程还需要一段时间的理解和转化，使得整个设计周期较长；而使用SmartPlant 3D进行设计，则可省略思维转化过程，直观地在模型中表达现场实际情况。

(2)SmartPlant 3D建模反馈更及时、更直接。使用SmartPlant 3D进行建模，可以实现将测量数据及时转换为实体模型，现场的数据可以非常生动的在模型中进行展示，使得设计人员以及现场测绘人员在第一时间就能将模型与现场实际情况进行对比，发现模型中的问题，分析其是否为测量的原因或是设计的原因，及时进行复测并对模型的修改。确保模型与现场实际情况相一致。

(3)SmartPlant 3D能够及时处理管道碰撞。在传统的设计中，无论是新建项目还是改扩建项目，管道碰撞问题时有发生，这其中就包括管道与管道碰撞 ，管道与建筑物碰撞等，主要原因在于传统的设计手段中无法实现自动检测碰撞，完全依赖设计人员自身的细节把握程度。同时，不同专业的图纸往往不在同一张图纸上体现，对于专业与专业之间的碰撞则难以发现。而SmartPlant 3D可以很好的解决这一问题，它的协同设计模块正是为了处理这种情况而设计[3]。项目中，由于测量本身的误差，测量原点的选择、以及改造后设备发生微小位移、地势发生轻微下沉等众多因素，使测量数值本身与一期图纸有差异，很多管道的测量数据本身即存在碰撞。在进行三维建模后，这一系列的问题逐一显现，通过对于问题较大的管道选取相同原点进行复测，实现了模型对实体的正确复原，避免了碰撞情况的发生。

(4)SmartPlant 3D在材料统计方面的巨大优势。在传统设计中，管道材料统计往往通过设计人员的图纸进行累加统计，耗时巨大且准确度低。项目中，由于现场实际使用管道材料数量巨大，需要现场进行人工统计几乎不可能，SmartPlant 3D很好地解决了这一问题。SmartPlant 3D有着自己的数据库，待将基础数据库建好后，就可以根据模型自行统计材料，极大地节省了设计难度和设计周期。相关资料显示，只要模型和现场实际相符，SmartPlant 3D将得出与现场实际相符的材料数量[6]。

4 压力管道图纸复原项目实施

4.1 项目现场测绘

根据项目厂区管道的特点，采用RTK定位技术及全站仪两种测量方法相互配合的方式进行测量，这种方式有利于测量数据的复核，提高数据测量的精度。测量后的数据经过处理，形成初步的管道走向及标高图，作为三维建模的输入资料。测绘坐标及标高图见图1。

图1 测绘坐标及标高图Fig.1 Mapping coordinates and elevation map

4.2 三维建模

利用测绘产生的数据使用SmartPlant 3D软件进行三维建模。

不同于常规设计软件，SmartPlant 3D是基于数据库的设计软件，即它的所有数据均存在于服务器的数据库中，所以在使用过程中也与常规软件有所不同。SmartPlant 3D有一套功能强大的“过滤器”(Filter)系统，每次进行设计时需使用过滤器工具从服务器中调取数据，同时每次完成的过程文件都将储存在服务器中。调取的数据根据所属模块又分为“设备”(Equipment and Furnishings)、“管道”(Piping)、“结构”(Structure)、“电器”(Electrical)等等[5]，该项目主要使用的为设备及管道模块。

通过现场测绘的坐标及尺寸，使用“结构”模块进行设备建模，SmartPlant 3D设备建模采用模块组合的方式，将一个设备细分为不同形状的小模块，对小模块分别进行建模，再进行重新组合，这种化整为零的方式使得任何复杂的大型设备都能通过有效的分解作业实现快速搭建。图2为现场大型球罐实体模型。

由图2可知，此次建模将球罐分解为球体，支撑支腿及附带小型零件，各部分单独建模再进行组合，较好地完成了设备模型的还原工作。

图2 大型球罐实体模型Fig.2 Solid model of large spherical tank

管道建模是此项目的重中之重，SmartPlant 3D拥有一个强大的管道模块，它在管道设计中的虚拟计算、管道元件自动生成、管道材料自主筛选及统计方面有着比较高的智能性[6]。该项目将测绘数据进行整理后进行管道建模，建模后及时与现场实际情况进行比对，及时进行修改和完善，体现了三维设计反馈及时、设计精确的优势。图3为设备管道模型与现场实际情况的对比。

图3 设备及管道模型与实际情况对比图Fig.3 Comparison between equipment and pipeline model and actual situation

从图3可以看出，设备及管道建模工作较好地完成了项目复原工作，使模型能够较好地反映现场真实情况，非常直观地将厂区设备表达在了屏幕上，方便审查的同时也为接下来的出图工作打下了坚实的基础，这些均是传统二维设计所无法到达的。

4.3 成品出图

SmartPlant 3D有着自主的三维向二维图纸转换功能并能自动统计管道材料，其自带的报表(Drawings and Reports)系统可以满足不同输出条件下的应用，基本涵盖国内各种项目的出图需求[6-7]。项目使用管道等级表作为输入文件在软件中形成管道材料库，利用材料库出具管道综合材料表，管道布置图，管道轴测图等文件。表1为管道综合材料表。

表1 管道综合材料表Tab.1 Comprehensive material list of pipeline

管道布置图和管道轴测图在生成以后，由于不同于国内的出图习惯，所以需要使用SmartPlant 3D自带的SmartSketch Dwaring Editor 软件进行编辑，转化为常规设计使用的DWG文件，在对该文件进行习惯化设计修改后，方可进行出图[8]。图4为管道布置图，图5为管道轴测图。

图4 管道布置图Fig.4 Piping layout

图5 管道轴侧图Fig.5 Pipe shaft side view

5 结语

SmartPlant 3D是目前比较先进的三维设计软件，其强大的模块化功能及先进的数据运算储存方式，使得其在数据库编辑、实体建模、成品图纸风格定制、设计碰撞检查、材料统计等方面有着巨大的优势，其自带的编辑模块还支持用户对其进行二次开发，表现出了良好的拓展性和适应性[3]。在图纸复原类似的项目中，其所带来的直观感受及精确表达是其他软件无法比拟的，这给业主方及建设方对图纸进行审查提供良好的平台。同时也确保了此类项目出图的内容符合现场实际情况。随着各工程公司设计水平的不断提升，各大型项目国际化的不断推进，使用好三维设计软件将是未来设计人员的必修课，该软件对于国内工程公司提升设计手段，与国际接轨，不断提升国际竞争力有着重大的意义。