三维设计软件在工厂埋地管网设计中的应用与展望

成丽春 肖 芳 宋光红 霍 静

中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041

0 前言

随着计算机技术的不断进步和设计理念的不断提升,在石油化工工厂设计过程中,越来越倾向于借助三维设计软件进行设计、施工和验收[1]。各种三维设计软件虽然开发平台不同,但中心理念都是数据集成:纵向贯穿工厂的设计、施工和生产维护等全生命周期的各类数据,横向贯穿设计、施工、采购、验收、生产的各专业及各参与方的协同数据,真正实现数字化工厂设计[1-2]。工厂埋地管网实现三维设计从原始的绘图板方式,到AutoCAD电子图板,再到三维工厂设计,工程设计最终发展成工厂全生命周期设计模式,但始终存在设计周期短、改动频繁以及平面图标注繁琐等缺点,本文论述了在PDMS(Plant Design Management System)平台下的工厂埋地管网如何快速、高效、准确地进行工厂数字化设计[3-5]。

1 三维设计软件在工厂埋地管网设计中的应用

工厂埋地管网主要包括消防水、新鲜水、中水、循环水、生产污水、检修污水、事故污水、生活污水和雨水[6]。工厂埋地管网地下设施较多,设计中存在大量交叉,且涉及多个专业,因此,管网受制约的设计因素包含地理环境、地上设备、管道规划、设备和管廊架基础、电缆沟、高杆灯和通信线路云台等[1,7-8]。由于工厂埋地管网包含水系统多,需接收相关输入条件后才能开展工作,但现场施工却是和土建基础、电缆沟等一起最先施工,设计时间短,质量要求高,同时受众多因素影响而变化,存在工作量大和变化频率高与设计时间短的矛盾。

数字化设计的最大优势为多专业协同设计,在统一的平台下工作,数据实时更新,使得不同专业间交接和碰撞检查贯穿于设计整个过程,从根本上避免了埋地管道与其他管道、基础等的碰撞,提高了设计质量,减少了现场施工返工现象,同时遵循了数字化油气田“时效+协同”的特征[9-13]。PDMS软件在绘制含检查井管线过程中,存在绘图、改图工作量大,平面图需手动标注坐标及标高,效率低等特点；而PDMS二次插件,具有绘图、改图工作量小,同时可以自动生成带坐标及标高的平面图,效率高等优点。结合PDMS软件和PDMS二次插件的各自优势,将含检查井管道由PDMS二次插件设计,含管件管道由PDMS软件设计,大大提高了设计效率和质量。以下介绍三维设计软件在某工厂埋地管网设计中的应用。

1.1 PDMS软件在含管件管道中的应用

含管件的工厂埋地管道统一用PDMS软件的Plant Design模块进行建模,用Review进行碰撞检查以及模型审查,最后抽取单管轴测图(Isometric Drawing Manager，ISO)、平面图、管道综合材料表和管道安装材料表。

1.1.1 PDMS软件建模

用Pipework Design模块进行管道建模,管线中的元件根据实际尺寸添加到数据库中,设计人员在相应等级中调取画出(如消防炮),见图1。

图1 消防炮三维示意图Fig.1 3D schematic diagram of firefighting gun

1.1.2 ISO图

在Isometric Drawing Manager模块中,可以根据需要批量出ISO图,见图2。ISO图中包括管线走向,管道和管道元件的公称直径及材料描述,关键点坐标及标高,管道的切管长度以及相连接的管线号等内容,方便施工人员领取材料以及现场预制,减少现场施工工作量。

图2 ISO图示意图Fig.2 ISO diagram

1.1.3 平面图

工厂埋地管网平面图不同于工厂装置平面图,主要用于施工开挖和放线,按阶段分为管沟开挖图和管道平面施工图,管沟开挖图需在总图基础上显示出埋地管道的走向,管道平面施工图需在总图上标识位置和高度,见图3。

图3 压力流管道平面施工图Fig.3 Construction drawing of pressure flow pipeline

1.1.4 材料表

PDMS软件本身可以进行材料统计,但为了方便校审检查和材料采购,更为了方便施工现场材料管理,引入了材料编码系统ERM(Enterprise Resource Management),对每种材料进行编码,一种材料一个编码,使其具有唯一性和可追溯性。同时根据采购和施工不同用处，分为管道综合材料表和管道安装材料表。

1.2 PDMS二次插件在含检查井管道中的应用

PDMS二次插件是基于PDMS软件设计平台开发的,主要功能有总图数据导入、管道设计、建构筑物设计以及出管道平面图和材料表等,推进了管道三维数字化协同设计,提高了设计效率和质量。

1.2.1 总图导入

PDMS二次插件可在二维总图中识别道路、道路中心线、建构筑物、雨水口和高程点等,输出中间文件,然后导入PDMS软件生成对应的总图数据对象,并通过地形网格工具将导入的高程点进行三角划分,构造地形网格,生成三角面实体,便于埋地管网高程设计。

1.2.2 含检查井管道的布置

排水管道设计包含雨水管道设计和污水管道设计。首先可以用PDMS二次插件在二维图形中识别雨水口和检查井,分别输出中间文件,然后导入PDMS软件生成雨水口和相应介质下的检查井实体,见图4。雨水管网通过划分汇水面计算检查井节点流量,然后进行管网水力计算,实现管径自动设置。结合总图地形网格、最小管顶覆土深度要求、检查井流入流出管道内顶平接,自动计算出管段上下端管底高程和检查井深度。同时检查井类型和尺寸可根据标准图集进行筛选,在道路上的检查井井盖可设置为重型井盖,其余井盖设置为轻型井盖,便于后期统料,见图5。

雨水管径计算和雨水管道布置在同一平台上进行,避免出现改错、改漏的现象,同时PDMS二次插件可以自查管道标高和管道坡度是否满足设计要求,使设计更智能化。污水管网通过输入管径值进行布置,管道布置同雨水管网。

图4 雨水口与雨水井三维示意图Fig.4 3D schematic diagram of rainwater inlet and rainwater well

图5 检查井井盖类型显示Fig.5 Type display of inspection well cover

1.2.3 含检查井管道平面图和井表

利用PDMS二次插件抽取管道平面施工图,包括井坐标,管道起点和终点管底标高以及介质流向和井编号信息,不用设计人员手动标注,减少了出图工作量,见图6；同时,每口井还有对应的高程表,方便现场施工,减少施工单位的工作量,见表1。

图6 雨水管道平面施工图Fig.6 Construction plan of rainwater pipeline

1.2.4 含检查井管道材料

PDMS二次插件所抽取材料包含了管道材料、不同规格下的检查井数量,重型和轻型井盖的数量等,改善了以往手动数井和区分重型与轻型井盖的繁琐工作,减少了人为误差。

表1 雨水管道高程表

Tab.1 Elevation of storm water pipeline

编号图示d 1d 2管径/mm管底标高/m管径/mm管底标高/m地面标高/m井底标高/m井深/m井中心坐标/mAB检查井尺寸/mmRA1-MH 01300312.55200312.80313.60312.35-1.251 169.00802.001 000RA1-MH 02300312.80200313.08313.90312.60-1.301 337.20802.001 000RA1-MH 03300312.28200312.53313.33312.08-1.251 207.40659.401 000

2 三维设计软件在工厂埋地管网中的展望

工厂软件设计中,所有建构筑物、基础、设备、管道及元件等均以实际尺寸建模,提供了真实的工厂环境。工厂建设过程中,以现场施工为准,及时修正模型,保证数据的准确性、实用性。最后,通过数字化移交,工厂使用方拥有真实、准确的数据,在今后改造过程中,可以减少施工对地下管网的影响。今后,工厂埋地管网还可通过PDMS二次插件进行水力计算与综合检查,使三维设计与工艺计算校验在同一平台下进行,同时也使管道间距检查等更准确,为数字化移交提供了更精准的信息[14-19]。

2.1 埋地管道综合检查

目前,PDMS软件可以直观地通过Review模型检查与其他建筑物、设备、管道和基础等的碰撞,能够从总体和部分检查工厂布置,减少施工现场返工情况[20]。基于工厂埋地管网的特殊性,设计要求不仅仅局限于无碰撞,还需满足许多规范要求(如管道间距等),可利用PDMS二次插件程序自动搜索管线、建构筑物、地形道路,实现管线与管线间距检查、管线与建构筑物间距检查、管道埋深检查、室外消火栓布置检查、消防管网及阀门检查、排水检查井布置检查、跌水井设置检查和雨水口布置检查等。

2.2 污水系统管网水力计算

污水系统管网如同雨水管网,同样用PDMS二次插件进行管网水力计算,生成计算书。对于单体建筑物生活污水排水,通过输入卫生器具数量等计算节点流量,各装置生产、检修排水,则通过输入节点流量值进行计算。

2.3 给水管道设计

给水管道设计可以在PDMS软件原有管道布置的基础上,将给水管道、中水管道、室内消防给水管道和室外消防给水管道的水力计算集成于PDMS软件,通过加载管网,输入节点流量进行水力计算,校验流速,实现工厂管段流量检验计算。

3 结论

通过PDMS软件和PDMS二次插件的结合使用,在工厂埋地管网设计中发挥各自优势,提高了设计效率和质量,在一定程度上解决了设计质量和项目进度要求的冲突。材料物质编码的使用,为数字化建设提供了有效的数据源,完整的物资材料属性和编码,让三维协同设计更好地服务于工程采购与施工环节等。特别是PDMS二次插件的使用,实现了总图信息的导入,智能化的布置含检查井的管道、标注平面图和自动生成井表,从根本上解决了设计人员工作量大的问题,也为施工单位提供了方便,雨水计算和雨水管道布置在同一平台上进行,简化了设计与检验过程,使工厂埋地管网设计在项目数字化协同设计中起到了推进作用。