三維軟件在大運量、長距離輸煤管道設計中的應用

黃孟， 涂照妹， 田達理， 王倩

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司， 湖北 武漢 430064)

三維軟件在大運量、長距離輸煤管道設計中的應用

黃孟， 涂照妹， 田達理， 王倩

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司， 湖北 武漢 430064)

針對采用二維軟件進行工藝管道布置存在的工作量大、易出錯等問題，分析了國內設計領域所使用的各種三維軟件的優缺點，并提出將Solidworks軟件應用于大運量、長距離輸煤管道設計中，詳細介紹了Solidworks軟件在輸煤管道方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段中的應用。

輸煤管道； 三維軟件； 輔助設計； Solidworks

0 引言

管道輸煤在中國煤炭輸送領域的應用越來越廣泛，但采用傳統的二維軟件進行工藝管道布置和方案設計具有以下缺點：① 對于輸煤管道設計而言，管道支架具有種類多、造型多樣、力學計算繁雜等特點，采用二維軟件設計工作量較大。② 管道和設備空間位置關系復雜，傳統二維設計無法直觀地檢查干涉，導致設計修改和設計返工的工作量加大。③ 對于管道軸測圖繪制而言，傳統二維設計存在繪圖工作量巨大、易產生錯誤等問題。三維軟件的應用能夠較好地克服上述缺點。國內設計領域所使用的三維軟件種類繁多，各軟件的優缺點見表1。

表1 不同三維設計軟件的優缺點

分析表1可知，Solidworks優勢明顯，因此，本文將Solidworks應用于大運量、長距離輸煤管道設計中。輸煤管道設計分為方案設計、初步設計、施工圖設計3個階段。

1 三維軟件在輸煤管道方案設計中的應用

設計輸煤管道時，首先應設計制漿工藝、泵輸工藝和脫水工藝等主要工藝方案；然后確定設備選型，通過Solidworks建立三維設備模型，再進行三維設備及廠房布置；最后通過專家論證分析，對技術方案進行比選和優化，確定最終的設計方案。

在方案設計階段，三維設計的主要任務：① 建立三維設計平臺。通過三維設計平臺可以實現各專業交互式設計，設計人員可以調用并實時更新設備三維模型數據庫，大大簡化了資料傳遞工作和后續設計工作。② 對技術方案進行三維展示。在進行方案匯報和審查時，可通過三維軟件繪制透視圖和鳥瞰圖，展示設計方案。

棒磨機是水煤漿制備車間的主要設備，在確定設備型號后，通過設備廠家提供的圖紙和相關資料，建立棒磨機三維模型[1]，如圖1所示。在設備布置和方案優化的過程中，可以直接調用該模型，簡化設計流程。另外，該模型可以直觀展示設備檢修空間和設備間距，在滿足規范要求的前提下，快速完成車間布置，從而確定廠房大小。

根據水煤漿制備工藝流程的需要和空間布置的特點，完成制備車間的設備布置，如圖2所示。在后續方案修改的過程中，可以對設備模型直接進行修改，修改后車間布置會自動重新生成。

圖1 棒磨機及獨立基礎三維模型效果

圖2 水煤漿制備車間三維布置效果

2 三維軟件在輸煤管道初步設計中的應用

輸煤管道初步設計階段是最終設計成果的準備和實施階段，在該階段，一些設計難點和重點需要借助三維設計的優點進行攻克[2]。該階段三維設計的主要任務：① 輔助設計。② 完成主要設備及材料的統計。通過三維設計可自動生成材料清冊，完成消耗材料統計，便于計算初步設計階段工程造價。

大型儲罐是輸煤管道中重要的煤漿儲存設備。依據工藝特點和使用需要，對其罐頂的要求如下：具有保溫效果；自重小；造型美觀；價格低廉。因此，采用輕型罐頂代替傳統罐頂，即采用檁條和巖棉夾芯板代替焊接鋼板，將儲罐罐頂自重降低50%以上，帶來顯著的經濟效益。在布置檁條時，通過三維輔助設計可以精確地表達出每個節點的位置關系[3-4]。輕型罐頂檁條布置三維效果如圖3所示，施工后現場安裝效果如圖4所示。

圖3 輕型儲罐罐頂檁條布置三維效果

圖4 輕型儲罐罐頂檁條布置現場安裝效果(局部)

3 三維軟件在輸煤管道施工圖設計中的應用

輸煤管道施工圖設計階段是最終出設計成果的階段。該階段需要出大量的設計圖紙，除了建筑總平面圖、建筑施工圖外，還包括大量的設備安裝布置圖、管路的軸測圖和支架安裝圖。該階段三維設計的主要任務：① 生成支架安裝圖紙。② 生成設備布置圖，進行干涉檢查。③ 生成管道安裝軸測圖。

3.1 支架安裝圖紙生成

輸煤管道設計中存在大量的管道支架，而標準圖集常滿足不了現場施工要求。在施工圖繪制階段，往往支架局部有一點改變就需要重新繪制圖紙，工作量大。而采用三維設計時，可以根據設計需要對管道支架進行靈活修改，然后生成工程圖紙，簡單、快捷。以煤漿制備車間中匯漿管路的支架為例，其三維設計模型如圖5所示。依據三維設計模型轉換成的工程圖紙如圖6所示，可以自動標注尺寸和生成材料清冊。該支架現場安裝效果如圖7所示。工程圖紙可準確地指導現場安裝，體現了三維設計的準確性和實用性。

圖5 管道支架三維模型效果

圖6 管道支架工程圖紙

圖7 管道支架現場安裝效果

3.2 設備布置圖生成

管道輸煤施工圖設計階段中包括大量的設備布置圖。在傳統平面設計過程中，由于設備和管路等空間結構復雜，容易發生干涉，從而導致現場施工變更甚至返工，最終影響施工工期，造成施工成本上升。三維軟件帶有干涉檢查功能，利用該功能可以簡單、快速地發現施工圖中不易發現的車間、廠房設備布置中的碰撞和干涉問題[5]及檢修、安裝空間不足的問題，有效減少施工過程中的返工，減少“三查四定”的工作量，提高設計質量和水平，減少現場施工管理的工作量。

在傳統二維設備布置圖(圖8)的設計過程中，對棒磨機出料口法蘭和設備土建基礎之間的位置關系缺少詳細的描述，不易發現存在干涉的情況，如圖8中畫圈部位所示。而利用三維設備布置圖(圖9)可以直觀地發現法蘭與設備基礎發生干涉，如圖9中畫圈部位所示。根據圖9對設備基礎設計進行修改，修改后的現場實際效果如圖10所示。

圖8 傳統二維設備布置

圖9 三維設備布置

圖10 棒磨機出料口安裝效果

3.3 管道安裝軸測圖生成

采用傳統二維設計方法繪制管道安裝軸測圖相當困難，不僅要占用大量的設計資源，而且容易發生錯誤，影響管道正常施工。而采用三維設計時，在完成車間管路布置后，可以直接利用三維管路模型抽出軸測圖，不但避免了繪制錯誤，而且提高了設計效率，節約了大量的設計成本。

4 結語

分析了采用二維軟件進行工藝管道布置存在的問題，對國內設計領域所使用的各種三維軟件進行了對比，并選用Solidworks軟件進行輸煤管道設計；詳細介紹了Solidworks軟件在輸煤管道設計3個階段中的應用，即方案設計階段、初步設計階段、施工圖設計階段。三維軟件的應用能夠減少設計和施工返工，提高設計水平，帶來顯著經濟效益，對于設計單位而言，Solidworks等三維軟件的應用和推廣也將是快速響應個性化市場需求、提高市場競爭力、降低設計和施工成本的有效手段。

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Application of 3D software in design of large capacity and long distance coal pipeline

HUANG Meng， TU Zhaomei， TIAN Dali， WANG Qian

(CCTEG Wuhan Design and Research Institute, Wuhan 430064, China)

In view of problem of large work amount and error-prone of pipeline layout using 2D software, advantages and disadvantages of 3D software used in domestic design field were analyzed, and Solidworks software was proposed to apply to design of large capacity and long distance coal pipeline. The application of Solidworks software in schematic design stage, preliminary design stage and construction drawing stage of coal pipeline was introduced in detail.

coal pipeline; 3D software; auxiliary design; Solidworks

2016-10-20;

2016-11-01；責任編輯：胡嫻。

中國煤炭科工集團有限公司青年基金項目(2014QN039)。

黃孟(1986-)，男，安徽六安人，工程師，現主要從事長距離管道輸煤設計研究工作，E-mail:563417937@qq.com。

1671-251X(2016)12-0092-04

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.12.020

TD58

A

時間：2016-12-01 11:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20161201.1100.020.html

黃孟，涂照妹，田達理,等.三維軟件在大運量、長距離輸煤管道設計中的應用[J].工礦自動化，2016,42(12)：92-95.