PDMS在海洋平臺HVAC專業三維設計中的應用與開發

張 凱

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

PDMS在海洋平臺HVAC專業三維設計中的應用與開發

張 凱

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

海洋平臺設計中HVAC專業在PDMS三維建模、系統布置圖繪制等環節需要耗費大量的設計工時。為了提升PDMS在海洋平臺HVAC系統設計中的應用水平,提高設計效率和設計質量,以現有PDMS的設計能力為基礎,優化專業設計流程。通過對PDMS進行二次開發,完善了系統元件庫和等級庫,開發了出圖工具,實現了利用PDMS出HVAC系統布置圖、剖面圖,生成材料表等功能。經實際項目驗證,出圖工具的使用節省了大量設計工時,可顯著提高HVAC系統的設計效率和設計質量。

PDMS；二次開發；元件庫；等級庫；出圖工具；HVAC

0 前言

Plant Design Management System(簡稱PDMS)由于三維設計和數據庫管理功能強大、操作簡單等特點[1],已在海洋平臺設計過程中廣泛應用并發揮了重要作用[2]。海洋平臺空間相對狹小,設備、管線、托架等布置緊湊,在三維環境中實現多專業的協同合作[3],用三維設計方法建立的管道[4-6]、設備[7]、結構[8]、電纜橋架、暖通系統[9]等三維模型,能直觀、真實地反映其在平臺中的空間關系,利于設計中選用最優的布置方案[3]。根據項目的不同需求進行軟件的二次開發,實現建模、抽圖、出料等功能[10-12],可極大地提高設計質量和設計效率。由于海洋平臺詳細設計階段周期短,且多專業協作工作量大,HVAC專業PDMS三維建模、系統布置圖繪制等各環節均需要耗費大量的設計工時[13]，為了提高PDMS在海洋平臺HVAC專業的應用水平,提高設計效率和設計質量,需以三維模型為中心,對專業設計流程進行優化,并進行軟件的二次開發等相關工作。

1 PDMS應用現狀

圖1 常規HVAC系統設計流程

常規海洋平臺HVAC系統設計過程中使用PDMS的主要功能是三維建模和檢查碰撞。將暖通空調的設計三維建模,可以直觀地檢查與其它專業的相互位置和關系,檢查碰撞,實現各專業的空間設計優化。常規HVAC系統設計流程見圖1。設計過程中,對平面文件進行修改后,還需在三維模型中進行修改。若在三維模型中出現碰撞,則在三維模型中修改后還需在平面文件中進行修改,二維設計與三維建模出現脫節,不但設計效率較低,而且平面文件和三維模型不同步,容易出現錯誤。整個設計過程中PDMS僅僅作為檢查碰撞的工具,沒有充分發揮其三維設計的能力。

2 PDMS的二次開發

為了提高HVAC系統設計的工作效率、簡化設計流程、提高設計質量、充分發揮PDMS的設計能力、加強專業間的協同設計能力,以現有PDMS的設計能力為基礎,加深PDMS在HVAC系統的設計能力,對軟件進行二次開發[14-17],以實現采用三維設計的新方法進行HVAC系統設計,加深PDMS在HVAC系統設計中的應用程度,提高HVAC系統設計的效率。

2.1 PDMS的應用前景

在PDMS中進行HVAC系統三維設計的方法使設計流程發生了根本變化,其過程可總結為:在設計計算完成后,經過空間規劃,直接在PDMS中進行風機、風管、風閘等系統元件的布置設計,同時可以實時檢查與其他專業的交叉碰撞問題,及時協調解決碰撞。然后從三維模型中切出平面布置圖。其設計流程見圖2。

圖2 HVAC系統三維設計流程優化

HVAC三維設計方法的采用,充分有效地利用了PDMS的三維設計能力,大大加強了對PDMS的使用深度。與現行設計方法相比,直接在PDMS中進行系統的三維設計,實現了三維模型與平面文件的完全統一。利用出圖工具,可以從三維模型中直接定制、抽取系統布置圖及局部詳圖,減少了人工利用AutoCAD軟件繪圖出圖的過程。同時,系統可自動提取元件的相關信息并統計生成材料報表,減少了元件和材料統計的工作量。此外,隨著出圖工具的強化,支架圖及安裝詳圖的出圖工作也可在軟件中實現。因此采用三維設計的方法大大減小了HVAC系統設計的工作量,顯著提高設計效率和設計質量。

2.2 二次開發的主要工作

為了實現HVAC系統三維設計的功能和要求,需要在軟件現有功能的基礎上對軟件進行二次開發[18],細化元件的參數設置,完善HVAC系統數據庫,開發出圖工具。

2.2.1 HVAC元件庫的梳理

梳理HVAC系統元件庫的數據層次,整理HVAC系統設計中常用元件的種類及各元件的特征參數。掌握如何創建暖通元件、元件描述,數據集的定義和使用,元件設計參數的定義,暖通等級庫的建立,調用程序的建立與編輯。

2.2.2 HVAC系統標準元件庫的建立

2.2.2.1 修改元件描述

在目前HVAC元件庫中,元件的描述都是默認的,為了配合出圖及材料統計的要求,必須根據需要修改元件描述。

2.2.2.2 增加新元件

雖然PDMS自帶的元件庫中包含許多常用的元件,但遠不能達到HVAC材料統計和HVAC出圖及標注的要求,所以根據海洋石油平臺的需要在軟件自帶元件庫的基礎上進行細化,新建了一批元件并對原有的元件進行維護,如對風閘進行細化,在防火風閘的基礎上建立了重力風閘、止回風閘、容積風閘等。

2.2.3 HVAC等級庫的完善

為了達到出圖要求及設計要求,需要完善海上平臺風管的材料種類和等級,細化風管的規格、厚度、標準長度、連接型式等參數。

2.2.4 HVAC出圖工具開發

在現有出圖工具的基礎上進行開發,實現局部詳圖、材料表、標高、元件編號等功能,達到出圖要求。

3 HVAC系統元件庫的完善

PDMS是以數據庫為基礎的三維設計軟件,而三維建模,最終成品的正確、可靠,以及設計效率的提高,都建立在完整的元件庫和等級庫基礎之上。建立通用的元件庫和等級庫,以便在所有的工程中得到利用,隨著三維設計的積累,元件庫、等級庫不斷的完善,設計效率將會得到極大的提高。因此,標準元件庫的建立是進行二次開發的一項重要內容[19]。

3.1 Paragon模塊介紹

Paragon模塊用于建立元件庫的維護,在可視化環境中可以定義各種復雜的元件,特殊元件的建立不需要編程。Paragon的“所見即所得”功能,可以立即看到每一次改變后的效果；特殊元件的建立不需要編程；創建等級,包括管道等級、管嘴等級、電纜橋架等級和鋼結構等級等所有的PDMS等級。

3.2 建立新元件

3.2.1 項目建庫過程

項目建庫過程,一般在建立模型之前啟動進行。其主要步驟為:

1)確定建庫內容,參考項目總料單。

2)元件編碼和連接形式代碼。

3)元件描述格式。

4)準備相關數據表。

5)創建項目元件庫。

6)生成等級,測試完善元件庫。

元件庫的維護將一直延續到項目結束。

3.2.2 生成元件的標準步驟

1)生成管理層次。

2)確定參數。

3)生成元件,輸入參數。

4)生成點集。

5)生成型集。

6)創建詳細描述。

7)創建材料描述。

3.2.3 元件的命名

PDMS要求數據庫中的每一元素有且只有唯一的命名,需要在PDMS提供的標準編碼規則的基礎上對元件的命名進行擴展,創建符合命名規則的元件。

3.2.4 元件描述

元件描述主要用于描述元件的幾何形狀和特性,在生成等級、材料報表、Isodraft料單中都要用到,涉及到出圖表達的正確與標準。PDMS保留了3個屬性用于元件描述,分別是RTEXT、STEXT和TTEXT。在本項目中主要是在RTEXT與STEXT,RTEXT中寫入描述字符串,三個屬性的用法完全一樣。需要確定本項目ISO圖、等級列表和材料報表中所用的屬性,保證所用到屬性的正確完整描述。在ISO中缺省使用的是RTEXT,INTERFACE B對應STEXT,INTERFACE C對應TTEXT。

3.2.5 特殊元件的添加

根據工程所需添加一些特殊元件,此類元件可能存在較多的PPOINT點,在元件建立過程中,盡可能將元件PPOINT點歸類,只設置兩個關鍵點,其他的點作為輔助點來考慮。另外,需要注意此類元件的SKEY(Symbol Key)的選用或定制,保證ISO出圖符號正確。

3.3 建立新元件

獨立創建新元件的過程比較復雜,需要單獨創建等級、點集、型集,添加描述等一系列操作,而大部分需要生成的元件都可以找到與之相近的元件,只要在已有元件的基礎上進行修改即可建立完全參數化的元件。例如系統的元件庫已有防火風閘,我們在建立重力風閘、止回風閘、容積風閘時只要將防火風閘的等級和元件進行復制,在防火風閘的基礎上進行適當修改即可,避免了大量的重復工作,提高了工作效率。

3.4 創建數據文件

新元件在創建完元件庫和等級后,還需要修改并創建新的數據文件,將新生成的元件加入到PDMS中。需要修改的數據文件包括元件分類文件、子類型文件、參數賦值和等級調用函數、元件創建函數、圖片信息調用文件、元件修改文件、元件創建和修改的窗口文件等。PDMS中數據文件都是用PML編程語言進行開發的。

3.4.1 PML編程語言介紹

Programmable Macro Language(簡稱PML)是功能強大的可編程宏語言,PML 2基于面向對象(Object Oriented)概念的編程語言,支持用戶可自定義對象類型(Object Types)。該語言簡單易學,可實現與PDMS無縫連接,且其包含豐富的內置函數,方法及對象,是最簡單的對話框、菜單編寫語言。

3.4.2 修改及新建的數據文件

數據文件的主要功能是將新元件添加到PDMS的創建與修改菜單中,并對相關數據進行定義。需要修改及新建的數據文件存放地址為軟件的安裝文件夾下AVEVAPdms 11.6.SP 4pdmsuideshvacadv。新建一個元件至少需要修改4個數據文件及新建4個數據文件。

數據文件創建完成后,進入Design->HVAC模塊,選擇Create->Rect->Options或在下拉菜單中都可看到新建的元件,說明新元件創建成功。

使用相同的方法,創建了A型、B型、C型法蘭,矩形止回風閘、重力風閘、容積風閘,圓形止回風閘、重力風閘、容積風閘,矩形穿艙件,圓形穿艙件,矩形不銹鋼絲網,圓形不銹鋼絲網等元件,大大豐富了HVAC元件庫的類型和功能,為實現HVAC系統的平面出圖和材料清單做好了準備。

3.5 建立新元件的注意事項

1)建立新元件時,一般選擇與生成元件相近的元件修改得到,這樣便節省了創建點集跟型集的過程,大大加快了生成新元件的速度。

2)修改數據文件時,應注意修改的內容只局限于與元件和元件數據文件相關的內容,不可擅自修改其它的數據格式和數據定義。

3)非標準元件根據項目的實際情況進行特殊設計。在元件庫中先添加一個類似的元件,同時在描述中加以注釋,得到廠家提供的資料后再對元件庫中此種元件的屬性數據進行修改,保證了元件數據的準確性。

4 出圖工具的開發

4.1 目前應用狀況

目前,PDMS提供的基本出圖功能[20]可以實現HVAC風管布置、設備剖切及投影,繪制二維圖形,使用Symbol符號標注,對不同的View提供單獨的draw list。

4.2 開發需求

根據HVAC系統設計的需求,對出圖工具的主要要求為:

1)需要出圖的圖紙為帶MTO的HVAC系統布置圖;

2)出圖方式為按區域劃分出圖區域;

3)確定圖面內容深度以及局部詳圖的出圖位置及出圖區域大小;

4)布置圖出圖內容包括風管布置主視圖、局部剖面詳圖、材料表等,圖面細節包括主視圖及局部詳圖中材料表對應的元件編號、元件替代符號、流向符號等;

5)材料表可以與上一版次作對比進行保留材料序號的更新,圖上FLANGE、BOLT、NUT信息由客戶提供對照表生成材料表行;

6)材料表所統計材料根據客戶提供的分層信息進行統計。

4.3 出圖功能簡述

使用出圖工具,用戶可以通過交互式操作實現出圖。其可實現的功能有:

1)PDMS出標準圖。利用PDMS標準功能,用戶通過設定Drawlist、選定Style和Hatching Rule等,生成HVAC系統平面布置圖。

2)局部詳圖。通過此功能可以實現抽取局部詳圖,用戶可在標準圖上使用鼠標點選剖切面和輸入標高范圍并確定局部詳圖大小以及位置,并對標高進行標注。此項功能可以大大簡化局部詳圖的出圖過程。

3)HVAC符號替換。為了使設計出圖標準化,用戶從設計詳圖及局部詳圖中使用Symbol模板標注HVAC。需要在出圖時使用符合替換的元件包括風機、熱風機、防火風閘、止回風閘、重力風閘、容積風閘等,目前已完成元件替換符號的開發。

4)生成材料表。通過上述已出的布置圖,依據建模過程中選擇的角鋼、用戶提供的法蘭、螺栓、墊片對照表統計材料。此項功能可以實現材料統計的自動化及材料統計的精細化管理。

5)標記元件序號。在統計得到的材料表中按元件對應序號標注設計詳圖、局部詳圖的序號。此項功能可以實現元件標注的自動化。

6)更新材料表。用戶可以在DESIGN模塊修改后選擇重新統計或依據上一版材料表進行更新材料表,更新后材料表序號標記如e所述。此項功能可以實現圖形升版時材料表的自動更新統計。

5 結論

通過學習PDMS在其他相關專業的先進應用經驗,結合軟件的功能對HVAC專業的設計流程進行了優化,并根據項目要求完善了軟件的元件庫和等級庫,制定了可行的元件建立規則,開發了出圖功能,可出標準圖、剖面圖、料單等。通過項目實踐證明,新開發的系統元件庫和等級庫可滿足項目精細化建模的要求,實現模型與實物的對應。抽圖工具可快速抽取HVAC系統布置圖,并附帶自動統計料單,實現了二維圖紙與三維模型的同步更新。極大地提高了HVAC系統的設計效率和設計質量,值得進一步推廣應用。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.014

2015-12-16

張 凱(1982-),男,山東鄒平縣人,工程師,碩士,主要從事海洋石油平臺HVAC系統及機械專業研究與設計工作。