浅谈Inventor三维设计在烧结烟气脱硝工程设计中的应用

宋丽娜

宝武水务科技有限公司

0 前言

目前，各钢铁企业烧结机已基本建成脱硫项目，同时陆续进行烧结烟气脱硝改造工程。改造项目因受到工艺、场地、费用等因素的制约，随之而来产生的问题普遍为施工改造难度大，工期紧。从项目投标、可研设计、初步设计、施工图设计、设备管道安装、调试运行到交付使用，整个项目周期仅约半年时间。

由于每套机组设计条件、项目用地都不同，即便是规模相同的机组，工艺的选择，设备相互间的布置顺序，以及连接各设备之间的烟道，能介的路由等都会随着项目用地、空间狭小程度而形状各异[1]。如何能够快速有效地利用相似规模的项目图纸，进行相对简单的调整和修改以实现工程设计，达到更高的设计效率，Inventor三维设计是理想的辅助设计途径。

Inventor是AutoCAD公司开发的一款三维软件，是目前市场上与DWG兼容性最好的三维平台，与CAD相似的用户界面[2]，对于CAD用户非常的友好，操作简单，易学、易用，在与CAD的无缝衔接上，有着其他三维软件不可替代的显著优势。

1 前期投标

项目前期，接到设计委托书后，对于工艺专业而言，不仅要快速给出工艺布置方案，而且要为各个配套专业提供委托和设计依据资料。业主往往会要求设计单位给出几个方案以供他们进行比选。相同的设备，不同的布置，在以往的二维平台，设计人员只能中规中矩地绘制二维图，先进行平面设计，将设备相应布置后再设计连接烟道，让整个系统贯通，然后对应画出各个方向视图。换一种方案后，设备位置改变，相应的连接烟道尺寸、方向、支架位置、数量等也会改变，这将导致设计人员必须投入大量的时间在二维平台上进行方案调整，重复工作量大，整体设计效率较低。

相对而言，在三维设计平台设计就轻松许多。Inventor具有强大的装配功能，在部件环境中自顶向下先进行框架搭建，充分调用以前项目中的三维资源，按专业划分各个模块，在各个模块中再细分主体设备、相关配管等子模块，然后划分到各个专业进行子模块的细化。换一种方案后，仅需要主体专业在总装配图中调整各个模块间的装配关系，即可快速生成新的方案。图1是作者在某钢厂烧结烟气脱硫脱硝改造项目中的三维建模思路。

图1 自顶向下的框架搭建模式

Inventor可以直接将三维模型转换成二维工程图，在工程图中生成基础视图，再相应投影出立面图、轴测视图，一步到位。也能转换成＊.dwg文件，通过AutoCAD软件结合其他专业的资料对图纸作进一步的细化调整。凭借直观的三维可视化，三维模型可以清晰地展示工艺设备布置、配套管道路由、电缆桥架的敷设等内容，让各专业设计人员及业主在最短时间内捕捉到大量信息，熟悉和掌握设计人员的整体思路，了解项目方案的技术优势。

图2为某钢厂2号和3号烧结机烟气增设脱硝装置的前期三维建模，由图2可见，两台烧结机虽然规模相同，但因场地不同，从而设计出两套不同布置的烟气脱硝装置。作者利用以前相似规模的项目模型进行修改，先进行2号烧结机烟气脱硝装置的三维建模，然后在此基础上再进行3号烧结机烟气脱硝装置的三维建模。由于有了之前的设备模型数据，再结合调用相似规模的三维设备模型，得益于三维建模的参数化设计，有些设备仅需修改模型中几个关键零件的尺寸即可，为三维快速建模提供了便利。整个建模周期到投标图纸的完成，仅2天左右时间，大幅提升了工作效率。

图2 某钢厂2号3号烧结机烟气增设脱硝装置的三维模型

2 初步设计

在开始进行初步设计时，对于工艺设备的布置要求不仅要“快”，更要“准”。要求每个设备精准定位，需要设计人员对现场进行勘察，查阅大量以前项目的施工图纸，理清地面上下各类现有建筑物及管线等，并尽可能地把这些二维图进行三维建模，将难以目测到的工程内容模拟出来，为施工图设计中避让、搬迁各种管线提供依据。在这期间设备选型基本完成，工艺设备就位后，各配套专业的委托资料工作相应展开。工艺专业先初步规划公辅管道、电缆桥架的路由走向。工艺、燃气、热力、水道、电气、仪表、通信等各个专业设备与设备之间、设备与管道、设备与电缆桥架等之间是否会碰撞，特别是地面以下的管道和基础等，需要工艺专业根据每个专业设计人员的返资，进行组合，汇总到项目总体三维中。至此，三维可视化的优势得到体现。经过观察与分析，很容易找出设计中存在的不足和缺陷，哪些设备相互干涉了，哪条管线敷设得不合理，哪些设备、支架的基础不能布置，等等，在三维软件中一目了然。图3即为建模过程中发现的各种碰撞之一，早发现早解决，及时纠正设计中存在的问题，减少在施工图详细设计中的反复工作，避免了施工阶段的变更费用，提高工程设计质量，减少施工成本。

图3 建模过程中的各种碰撞

3 施工图设计

施工图设计阶段，除了做到快与准，施工图设计更多需要在“精细”上下功夫。在前期方案阶段，烟道设计比较简单，矩形烟道或者圆烟道，仅需要外形即可。但在施工图阶段，施工图需要体现设备本体、加固肋、内贴角钢、内支撑、托座等[3]，强调工程装置的制作和安装细节的体现。在二维设计中，除了绘制三视图、剖视图，填充尺寸，添加必要的节点详图及说明，还需要计算材料用量，制作材料明细表，包括：所需要钢板、加固肋的各种规格、材质、数量、重量等。如果涉及烟道修改，如此繁杂的工作又将重复一次，还可能出现漏改错改的现象。而使用Inventor将令这些变得简单易行，三维的最大优势在于所见即所得，模型建成即能精准地表达零部件的特性，自动生成面积、质量、体积等数据。制作二维工程图时，仅需调用三维模型，生成基础视图，根据需要可投影出立面图、侧视图、轴测视图、斜视图、剖视图等各种视图。调用BOM表可直接生成材料明细表，省去了繁杂的材料统计工作。如果烟道需要修改，仅需要在三维模型中修改三维实体，工程图中会相应更新。当然，个别尺寸可能会稍有出入，微调即可。明细表中的数据也会自动更新，杜绝了漏改错改的现象，保证了图纸的设计质量。图4为某6号烟囱入口前烟气联箱改造图，分别对应前期建模、施工图三维设计、二维成品图。

图4 烟气联箱建模-三维设计图与二维成品图

4 施工

在施工环节，施工单位接收到施工图后，施工人员须快速消化和熟悉图纸，了解整个项目安装内容和安装顺序。由于工程限制，留给施工人员熟悉施工图的时间很短，为保证施工的质量和进度，设计单位也会安排各专业设计人员进行施工图纸交底，通常是由设计经理带队，各主要专业的设计人员到现场，与施工单位相关专业施工人员进行安装内容、重点工序、难点问题等进行介绍，但通常时间较短，难以做到面面俱到，这就需要施工人员有着丰富和相似工程的现场经验及较强的识图能力。如果采用Inventor三维软件进行的施工图设计，三维模型会让这一切变得直观而简单，三维模型除了具有绚丽的色彩，更有直观的装置效果和逼真的质感，能让施工人员直接看到完工后的效果，可以得到完整和全面工程内容，从而能够从安装施工的角度去思考和策划，保证工器具的科学有效选配、安装工序的合理安排以及施工进度计划准确把控。

图5分别为国内首套宝钢股份四烧结增设烟气脱硝装置的三维设计图与安装完成实体照片图，三维效果图完整直观地展示了脱硝装置全貌，并且通过三维模型的旋转、缩放等功能，全面而细致地体现脱硝装置的各细节，为安装人员的快速学习和掌握安装内容提供便利。该脱硝装置仅主体支撑钢结构就需约1 200 t型钢，安装工作约4个月，作为无任何工程经验借鉴的首台套工程，三维模型的设计是快速完成安装的重要保障。目前该装置已连续稳定运行超过4年，系统稳定可靠。

5 结语

本文介绍了Inventor三维设计在烧结烟气脱硝工程设计过程中的应用，从项目前期的开展，初步设计及施工图阶段的设计，到安装施工完成，三维设计软件相比二维软件，在设计质量、设计效率上都会有质的提升，是工程实施的理想辅助工具。

Inventor可生成＊.stp文件，以供低版本的In‐ventor软件使用，弥补了Inventor软件低版本不能打开高版本的遗憾。也能生成＊.sat文件，该文件能被BIM软件直接使用，可供施工单位进行施工进度模拟，通过动画展示施工规划，让施工人员提前了解施工难点，便于施工组织安排，为施工单位人员对施工内容学习和模拟带来便利。