Intergraph Smart 3D在设计施工管道专业中的应用

面对石油化工建设行业面临的新常态、新形势和新任务，为加速推进标准化、模块化和数字化进程，数字化工厂交付成为未来行业发展的重要趋势。同时，随着项目的全球化、大型化，工程公司(EPCC)要高效、成功地管理及实施项目，就需要在全球范围内寻找合作伙伴，协同完成项目，以满足项目进度及费用要求。以项目数据的复用提高生产效率，成为工程公司追求的目标。智能三维工程设计系统Intergraph Smart 3D是面向数据和规则驱动的软件，可以有效地提高设计效率，提升设计质量。

某项目采用Smart 3D进行多专业协同设计，所涉及专业包括总图、土建（结构）、设备、管道、电气、仪表、暖通、给排水和安全等，模型数据较为全面和细致。同时，通过模型的有效数据可以应用在项目管理、进度控制、费用控制、质量控制、安全管理和信息管理中，实现项目管理信息化和数字化。本文结合项目进行分析，简述Smart 3D在项目全周期的设计和施工两个重要阶段管道专业通过对模型数据的应用，以期为项目管理提供助力。

1.设计阶段

1.1 Smart 3D设计提升

（1）Smart 3D的数据集成和管理，提高设计精度和效率

Smart 3D是土建（结构）、管道、电气、仪表等多专业协同工作的实时模型，模型中包括各专业数据、图纸和报表，可以实现工程数据集成，数据同源共享，全专业设计效果可视化，提高设计质量，节省设计费用。

（2）Smart 3D图纸定制较为方便，提高出图效率

对项目成品图纸的深度定制如单管图、管道平面布置图等，直接用Smart 3D出图，能够大幅减少人工时，并且十分准确。例如，传统布置图的图纸若采用CAD出图，需要修改图框、线性和标注，通过深度定制管道平面布置图电脑直接生成的图纸就可以发布，提高出图质量和效率，项目前期深度定制图纸非常有必要（图1）。

（3）升版图纸自动云线标注变更

该项目采用版次设计，升版图纸需要用云线标注不同，手动标注会花费大量时间，难以满足进度要求，并且由于个人问题或者修改数据库可能会出现漏标的情况，为此开发了单线图自动标注云线功能。通过建立发布数据库，在抽图程序中嵌入自动对比功能，将不同处用云线标注，在很大程度上提高了图纸升版云线的准确度和效率（图2）。

图1 模型自动生成的管道平面布置图

图2 自动画云线的ISO图

图3 Smart 3D导入TAKLE中模型

图4 模型中各种预留空间

图5 模拟吊装

（4）模型碰撞检验，消除现场碰撞

碰撞检查一直是三维设计的重点，随着深化设计的发展，设计精度越来越高，现场碰撞大幅减少。但由于Smart 3D搭建结构节点模型比较困难，致使钢结构模型细节不够精确，主要体现在管道和斜撑、节点的碰撞。而钢结构详细设计软件TAKLE用于结构的二次设计，其模型更细化、精准，通过将Smart 3D导入TAKLE中，便能够解决钢结构和管道的碰撞，这样既可以减少现场返工、控制成本，又能够保证施工进度（图3）。

（5）对现场操作和安装工况进行模拟

模型中，建立了操作通道、检修空间、预留空间和安全通道，使得设计更加合理和人性化，有效避免现场因为无法或者不方便操作而进行修改。另外，模型还对吊车对所有设备和大阀门进行模拟吊装，减小检修吊装难度，优化设计施工方案（图4—图5)。

1.2 Smart 3D数据输出

（1）三维模型输出

Smart 3D实现对设计的模型实时保存、对所有设计模型实时同步，可将整个数据进行直观的三维模型输出，不仅对设计提供很大帮助，对项目全周期的使用也意义重大(图6）。

（2）有效数据输出

整个项目的实施和管理离不开各种统计数据的支撑，具体来讲，需要通过Smart 3D定制各种报告模板，如设备列表、设备管口列表、管道属性、管道材料、焊口信息、支架列表和材料、图纸注释、垫片、盲板开关、仪表列表、防腐和保温等多项内容数据。所有数据均自动生成，能够满足设计阶段和施工阶段需要的所有数据要求，实现对工程量的科学计算。

图6 一套装置的局部图

2.施工阶段

2.1 三维模型施工作用

三维模型对施工的高效实施具有非常重要的意义。

（1）项目实施的规划

对于石化工程来说，项目装置内施工策划一般由施工单位负责，传统模式项目前期规划策划由于资料缺失或对整个装置缺乏了解，常常会导致策划不详细。同时，由于个人理解参差不齐，可能会造成执行不合理，浪费大量人力物力。使用三维模型，能够直观快速地了解整个装置情况，便于现场施工策划的编制和实施，了解施工关注的整个管线数量、焊接量、管廊上的管线、附塔管线和地下管线数等，使策划更加合理。

（2）掌握图纸情况

现场技术人员可以更快、更准确地熟悉图纸，提前发现问题并反馈解决，便于图纸会审、施工交底，有效帮助施工统筹安排。

图7 管道大口径管线的布置和钢结构的预留

（3）施工难点的控制

有了三维模型，对管道的施工难点将更加容易把握，并且可以提前协调多专业配合。例如，大型塔附塔管线一定要提前预制和探伤检测，在设备到场之后应尽快安装附塔管线，做好和塔整体吊装。通过三维模型能够容易地找到附塔管线，并且有助于了解和设备、结构以及电仪的关系，将对施工起到推动作用。对于大口径管线安装和钢结构的预留问题，在框架内安装大口径管线时，往往忽略钢结构的预留，而通过结构和管道图纸确认费时费力，利用三维模型就会变得容易很多，工作效率也可以得到大大提高（图7）。

（4）多专业交叉施工

施工中应尽量减少交叉作业，然而由于石化行业的特点，施工过程中经常会遇到多专业交叉施工。有了三维模型的帮助，便可以很方便地明确专业的施工范围、安全注意事项、各工序应配合要求以及施工场地错开方式等。模型的建立，有助于明确交叉作业通道、落实安全措施，对多专业交叉施工的安全策划非常有意义。

2.2 施工数据应用

（1）单管图数据的传输

传统模式项目只是将不可编辑的单管图提供给施工单位，而该项目单管图图纸和PCF文件一起正式发布，PCF文件是记录单管图所有信息的中间电子文件，大大提高了施工单位对图纸的二次设计效率和质量，对管道的顺利预制将起到极大的推动作用。目前，国内项目设计中间文件很少提供给施工单位。

（2）管道材料和支架的详图材料数据

管道和支架的材料是现场管道施工的重要组成部分，数据的收集和处理直接体现现场的管理水平。项目利用Smart 3D的数据优势，定制了施工单位需要的管道材料表和支架表，管道材料表和支架表细致到每个分区的每根管线上的每个部件，能够为施工单位的备料、配材、预制和基础数据的获取提供很大帮助，加快预制合理性的进程。

（3）其他施工数据

国内传统模式项目施工数据多来源于图纸，统计各种数据需要大量扒图和统计，费时费力，还未必准确。现在，通过数据库可以快速进行分类汇总，这种快速性和准确性是传统施工无法比拟的。具体来讲，就是根据现场施工需要，通过数据库生成了分区的管线数量、各种材质和规格的焊接量、管道油漆保温的量、管线长度清单、支架位置、试压水量、法兰信息（每个法兰对应图纸、PID、螺栓和垫片）、管道上的仪表清单和特殊支架列表等。

2.3 二次设计的意义

管道焊接管理是现场管道施工的重要部分，焊接管道的基础数据的掌握决定着焊接管理的话语权。通过对数据的分析，可以更加准确地了解管道的施工质量和工作完成情况，对于EPC工程总承包可以做到有据可依。虽然Smart 3D可以进行管道的二次设计，能够自动标焊口和分段，自动生成相应标焊口的单管图和预制的分段图，生成相应报告（材料、焊口信息等），分段位置更加合理准确，提高二次设计的水平和效率。但由于目前大多数焊接管理系统的基础数据来源于施工单位而非设计单位，对EPC管理将带来一定的风险。

2.4 现场问题的处理

（1）现场同类问题的处理

现场发现问题后，通过模型数据能够批量准确地找到同类所有问题，这样大多数问题在没有施工前就可以得到解决，做到未雨绸缪。

（2）模型指导施工

在施工现场，Intergraph Smart Review提供的真实的三维模型，可以让施工单位更简单直观地了解设计意图。尤其是，组合支架从单管图上看，比较难理解，但在模型上就很直观，这样就可以帮助施工单位快速了解现场实际情况，有助于施工准备、策划和实施。

（3）模型数据的反馈

通过Smart 3D实时数据可以快速准确统计管道专业的管道材料、焊接量（寸D）、防腐保温量等，对项目的材料控制、进度控制和费用控制等非常有帮助。

（4）手机查阅信息

Smart 3D在赋予权限后，可以实现信息共享，权限可以按照专业、分区进行管理，利用Citrix可以通过远程电脑、手机和PAD进行操作，方便模型和数据查看。

3.结语

Smart 3D在项目全周期的应用意义重大，能够对传统模式设计所缺失部分进行有效弥补。在项目策划和实施过程中更加准确，可以减少大量重复工作，提高完成标准；在施工过程中数据的有效传输解决了大量时间的浪费，这种快速性和准确性是传统施工无法比拟的。数字化的应用对企业发展的影响深远，项目管理信息化和数字化是未来行业发展的必然趋势，不仅可以实现降本增效，而且有助于提升管理水平，增强企业核心竞争力。