管道正等軸測圖的閥門與管件的參數化設計

鄭霞　張燕　屈青英

摘要：管道軸測圖是管道布置設計的基本圖樣之一，軸測圖采用工程圖樣中的特定表達方法，有別于三視圖表達。工程中常用正等軸測圖表達管道布局，其中大量存在的閥門和管件在三個不同坐標軸方位上形狀不同，繪制閥門和管件耗時費力。采用參數化設計技術，將閥門和管件進行分類，引入核心參數的概念，對每一個選定的閥門和管件實現成組一次性繪制，有效提高管道軸測圖的繪圖設計效率。

關鍵詞：管道正等軸測圖；參數化設計；界面設計

中圖分類號：TQ 051 文獻標識碼：A 文章編號：

1671-0460（2017）01-0094-04

在石油、化工以及與之相近的醫藥、食品、輕工業等建設過程中，無論在設計、制造、施工、安裝、試車等不同環節，都要涉及到有關工藝流程圖、設備布置圖、管道布置圖以及設備施工圖等專業圖樣。其中管道布置設計是在施工圖設計階段進行的。它通常以工藝管道及儀表流程圖、設備布置圖以及土建、自控、電氣專業等有關圖樣和資料作為依據，對管道做出符合工藝操作要求的合理布置設計，繪制出管道布置圖、管道軸測圖、管架圖和管件圖。

管道（管段）軸測圖是表達一個設備至另一個設備（或另一個管道）間的一段管道及所附管件、閥門、控制點等具體配置情況的具有立體感的圖樣。管道軸測圖是按照軸測投影原理繪制的管段及其所附管件、閥門等，管件和閥門并非是實物的投影表達，而是按照行業規定的示意圖表達方式繪制的。管道上的閥門和管件種類繁多，同一種類的閥門在管道軸測圖中與X、Y、Z方向相關，表達不盡相同，但是規律性較強。圖1是完整管道軸測圖的部分圖樣，其上除了用直線段和圓弧表達直管道和彎管道，還有連接管道的閥門和管件（三通、異徑管等，細實線圓標示部分），管件繪制在管道軸測圖設計中比較費時耗力。本文在通用CAD軟件平臺之上采用二次開發手段研究快速完成管道軸測圖繪制技術。

1 管道的軸測圖表達

圖1是在AutoCAD系統下繪制的實際管道軸測圖（局部），其上標示出軸側坐標系X₁Y₁Z₁（左上角）以及AutoCAD系統下的世界坐標系OXY（左下角）。軸測圖中的管道一般以直線段表達真實管道的中心軌跡，由圖可見，絕大部分管段平行于軸測軸X₁、Y₁、Z₁。管道上的各管段依靠各類閥門和管件（異徑管、三通、四通等）連接。軸側圖中的閥門與管件在平行于X₁、Y₁、Z₁軸上的表達各不相同。例如，截止閥是廣泛應用于管道上的閥門，其軸測圖如圖2所示，處于不同軸側軸上的截止閥，形狀不同，與三視圖比較圖形會產生錯切。沿不同軸側軸的截止閥其產生錯切參數（系數）不同。由于在管道圖中大量存在閥門與管件，是制約設計繪圖效率的主要因素，本文重點研究參數化設計技術在管道軸側圖的閥門和管件設計中的應用。

2 閥門的參數化分類設計

2.1 閥門的分類及對應的軸測圖表達

閥門是管道輸送系統中的控制部件，具有截斷、調節、導流、防止逆流、穩壓、分流或溢流泄壓等功能。截止閥按用途和作用分類分為截斷閥、調節閥、止回閥、分流閥和安全閥；按通用分類法則分為閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥、隔膜閥、節流閥等。閥門在管道軸測圖上以規定符號按比例繪制。表1是常用的閥門在X₁、Y₁、Z₁上的示意圖結構表達。

2.2 閥門的參數化設計

（1）軸測圖中閥門插入點位置

截止閥是典型的閥門，圖3示出三個Y₁軸方位上的截止閥，不同的是插入點可能為中心點（圖a）、左上部中心（圖b）、或者右下部中心（圖c），在設計中必須分別考慮這三種情況。

（2）參數化設計中核心參數確定

在管道圖中，閥門和管件是以示意圖表達的，各部分結構尺寸按比例繪制，無需繪制真實尺寸。因此確定核心尺寸是軸測圖中閥門和管件繪制的關鍵。圖4是軸測圖中截止閥在平行于Y₁軸方位上的幾何結構，用粗實線表達，圖中的細實線是作圖輔助線和尺寸變量。推導截止閥的各個坐標點坐標是參數化設計的重要環節。B_P（X₀，Y₀）是插入點。圖4示出插入點位于截止閥中心位置時的情況。尺寸L、L₁和H是計算坐標點只，P₂，P₃，P₄，A，B，C和D需要的幾何數據，其核心數據是L通過按比例繪制令L₁=1.25×LH=0.6×L根據幾何推導，得出：A，B，C和D坐標可以同理推導。

（3）參數化程序設計

參數化程序代碼主要分三個部分，核心參數輸入（交互或者缺?。┖捅壤O定的結構參數、坐標點數據獲取、繪圖。截止閥的關鍵程序代碼框架如下：（defun c：jzf（/Bp L L1 H P1 P2 P3 P4 A B C D）；j函數定義（setqBp（getpoint"＼n input a base point："））；插入點參數輸入（setq L（getdist"＼n input L="））；核心參數交互輸入（setq L1（*1.25L）H（*0.6L））；幾何參數比例設定……；坐標點數據計算（command"pline"P1 P2 P4P3"c"）；圖形繪制）；結束

3 閥門選型與功能實現界面設計

3.1 閥門（或管件）選型的界面設計

在AutoCAD環境下采用對話框控制語膏（DCL）編寫用戶界面外觀，VisualLISP語言實施對用戶界面的控制。

圖5是閥門選型的界面外觀，其對應的DCL文件代碼和說明如下：tap：dialog//定義對話框名字flabel="閥門類型選擇"；//標題：row（：image_button{//圖像控件，第一行第一個圖像控件屬性與參數設置key="tap0"；color=0；width=15；aspect_ratio=1；}：image_buttonf…//圖像控件，第一行第2至4個圖像控件屬性與參數設置}：rowf{abel="閘閥 截止閥 旋塞閥 止回閥"；}//上述四個控件的名稱

圖5給出六種閥門類型，余下兩個保留為作增列閥門控件時使用。

圖像控件的圖形是幻燈片文件類型（.sld），在AutoCAD環境下提供制作幻燈片功能。VisualLISP程序設計將幻燈片放置到圖像控件的代碼如下：（setqkey_name（strcat"tap"（itoa n）））（startjmagekey_name）（setqmax_x（dimx_tilekey_name））（setqmax_y（dimy_tilekey_name））（slide_image 0 0 max_xmax_y（strcat"tap：（itoa n）））（end_image）

閥門選型界面要實現的功能是提供設計者根據工程需求選擇閥門類型，確認后激活該閥門的繪圖功能界面。

3.2 閥門在軸測圖中的繪制

圖6為截止閥繪圖功能界面，其設計與圖5類似。布局上分別以軸側軸X₁、Y₁、Z₁方向排列三個圖像控件，每個圖像控件示出該閥門使用時的插入點位置信息，該頁面共九個控件，極大地方便了設計者使用。點擊任意一個控件，確定后直接連接至2.2節中的參數化設計程序，執行后的結果如圖7所示。

本文完成了常用的各類閥門、管件的選型和參數化設計，應用于圖1中的閥門、三通、異徑管（細實線圓標注部分）的繪制中。本研究開發的應用模塊，設計者根據功能需求只需要做選擇操作，無需實際交互繪圖，圖形以成組模式一次性完成繪制，有效避免了設計者的大量重復性設計工作。

4 結論

管道軸測圖是管道布置設計的基本圖樣。管道中的各類閥門和管件的形狀與其在圖中的位置有關，其圖形繪制是管道軸測圖計算機繪制中工作量繁重的設計環節。開發應用模塊，提供給設計者快速選型及繪圖功能已經應用到實際設計中，實踐證明有效提高了設計效率。