國內新建糖廠三維設計的應用

李進華，覃鍵錦

（中國輕工業南寧設計工程有限公司，廣西 南寧 530031）

1 概述

我國的糖廠設計由開始時利用板尺進行手工繪圖，逐步發展為使用AutoCAD軟件進行計算機的輔助設計。隨著工業化與信息化深度融合發展，糖廠設計行業競爭日益激烈，傳統的二維計算機輔助設計在糖廠管道設計以及復雜的碰撞問題上已經不能滿足設計人員的需求。據統計超過70%以上的企業因設計圖紙表達不清而增加投資，二維輔助設計極大地限制了設計效率、增加了設計成本。近年來，隨著計算機技術的發展，三維輔助設計可以有效的避免設計中出現的碰撞問題，解決二維輔助設計的難題，提升工程圖紙質量和出圖速度。目前，三維輔助設計技術作為提升企業信息化水平的重要平臺，已成為國際高水平工程公司進行工程設計、施工、管理的重要輔助手段。

AutoCAD Plant 3D集多種三維工廠軟件的優點，可以與AutoCAD平臺實現無縫集成，支持數據庫建立，具有建模操作速度快，修改編輯簡單，使用人員上手快，維護成本低等優點。而且包含支持Revit、Inventor等軟件的數據遷移，很適合糖廠的3D設計。

本文根據本公司承接的國內某日處理12000噸的甘蔗糖廠新建項目為背景，重點介紹糖廠澄清加熱蒸發車間進行三維設計的方法和步驟，為國內糖廠三維設計提供基本思路。

2 車間工藝布置三維設計的步驟

利用AutoCAD Plant 3D軟件進行糖廠車間工藝布置三維設計，主要可分為5個階段，如圖1所示。

圖1 糖廠車間工藝布置三維設計基本步驟

2.1 元件庫、等級庫建立

2.1.1 元件庫建立

三維設計軟件中自帶有管嘴、管道及管件和閥門等可以體現管道信息的元件庫，但軟件中自帶元件都是按照國外標準如德國DIN、美國ASME等構建，因此，針對國內糖廠項目，必須建立一個符合我國國家標準如GB、HG等的元件庫。國標的元件庫建立界面，如圖2所示。

圖2 國標的元件庫建立界面

2.1.2 等級庫建立

三維管道模型是由等級庫驅動的，在配管時，管道等級庫能提供材質、等級及連接等詳細信息。等級庫建立根據管道介質特性從多個元件庫中提取部分管道、管件、法蘭及緊固件及閥門組合而成。因而，等級庫會根據具體項目會有所區別。針對本糖廠項目，建立了10個等級庫，如表1所示。

表1 糖廠項目三維設計等級庫說明表

2.2 項目建立及設置

AutoCAD Plant 3D是通過項目來管理的，因此首先要新建一個符合本糖廠車間的項目，并通過項目管理器來設置項目信息和組織各種圖形文件，如P&ID圖、三維管道圖、正交視圖等。

2.3 設備建模

糖廠工程項目，其澄清加熱蒸發車間主要包括加熱器、蒸發罐、冷凝器、沉淀池及配套設備、硫熏器及配套臥式箱體、上浮器及配套箱體、立式箱罐、泵群等主要設備，以上設備都為簡易設備，都可由AutoCAD Plant 3D利用設備的二維設備圖紙或設備圖片通過其內置設備完成三維輪廓構建，創建為3D模型，建模界面如圖3所示。如需準確詳細的外部模型，也可通過Inventor創建后導入。完成的3D設備模型可另存為樣板文件，供本項目使用和未來承接糖廠項目調用，如圖4所示。

圖3 糖廠項目車間設備建模界面

圖4 糖廠項目車間部分設備建模樣板庫

2.4 結構模型

在后續對車間進行設備布置、管道布置、支吊架布置等時，為檢測與結構梁、柱等桿件是否存在干涉等問題，可以使用AutoCAD Plant 3D創建結構模型，其繪制的三維結構模型為簡易模型，操作界面如圖5所示。

圖5 三維結構模型操作界面

同時為提高軟件的交互性，還可將Revit中建立的結構模型保存為dwg格式，導入到AutoCAD Plant 3D中。由工藝專業設計人員使用AutoCAD Plant 3D進行簡單結構模型，供后期管道布置使用。

2.5 車間三維布置

2.5.1 車間三維設備布置

糖廠車間設備布置受工藝、土建、自然條件、操作條件等諸多因素影響，布置是否合理直接影響到糖廠能否順利運行。

糖廠工藝車間包括壓榨、過濾、澄清加熱蒸發、煮糖、裝包等，通常各個車間由不同的設計人員負責，因此為便于后期施工圖的裝配，首先應將糖廠總圖附著到項目中，以總圖中的澄清加熱蒸發車間作為三維設備布置的作圖空間。其次將結構模型導入到車間相應位置，完成車間主體框架的構建。最后利用設備樣板調用設備，通過移動等命令完成設備的精確定位。

2.5.2 車間三維管道布置

糖廠澄清加熱蒸發車間內管道主要用于輸送不同錘度的糖汁、糖漿、汁汽、混合蒸汽、冷熱水等介質，是工藝之間相互銜接的紐帶，在整個生產中起至關重要的作用。三維管道布置是在三維設備布置圖的基礎上，將設備之間的相互關系通過管道和管件進行連接。在布置管道時，要根據管道的介質特性選擇對應的等級庫，并對管線進行命名，然后再進行拉管布置。例如，糖汁、糖漿等物料在布管前，應選擇10SS1等級庫，布管時軟件會根據設備的管嘴信息自動配對法蘭及緊固件、管道等，而且當管道與管道、結構等之間發生碰撞時，一目了然，可及時修改，非常便利。圖6是正在設計中的糖廠澄清加熱蒸發車間設備和管道布置局部三維模型圖。

圖6 設計中的糖廠車間設備和管道三維布置局部模型圖

2.6 碰撞檢查

利用碰撞功能自動檢測是否存在設計失誤，可及時修正，避免設計返工或施工費用的增加。

2.7 施工圖形的生成

三維設計完成后，可根據需要生成平面布置圖、剖面圖、等軸測圖（管線圖）等。等軸測圖是從三維管道模型創建的主要交付文件，通常在項目的最后階段生成最終的等軸測圖形，其中還包含BOM表。BOM表經整理可用來編制采購計劃、計算成本等。

3 結語

相比傳統二維設計，糖廠車間三維設計應用的優點有如下幾方面。

一是可有效解決碰撞、空間制圖難以表達、局部作圖困難等空間布置問題，發現問題可及時修改，實現“零”碰撞的目標，最終使設計更準確、更詳細。

二是具有自動關聯功能，修改過程更方便。

三是可通過協同工作，同時設計，協同解決問題，縮短設計周期，提升設計效率。

四是方便用戶更直觀的了解工藝布置情況，及工藝布置和結構、建筑等之間的相互關系，可快速了解糖廠建成后的具體狀況。

五是AutoCAD Plant 3D三維設計技術在糖廠的應用，可保證設計和安裝的一致性，實現管道預制加工和計劃的準確性。

盡管具有以上優點，由于國內糖廠項目的三維設計才剛起步，因而在設計前期的元件庫及等級庫建立、設備樣板庫等方面還不太完善，仍需投入大量的工作將其進行補充，為未來國內糖廠項目的承接做準備，同時為國際糖廠項目的承接提供設計優勢。此外，AutoCAD Plant 3D中管道支撐等級表中的支吊架還無法根據管道尤其是熱力管道，來自動區分支吊架的形式，如導向、固定、滑動支架等，因此，在對支吊架材料統計時，還需輔助二維管道布置圖進行支吊架圖布置。

總之，相比二維設計，使用AutoCAD Plant 3D進行糖廠三維設計，優勢更為顯著。國內糖廠項目的三維設計將是制糖行業的一場變革，未來還可通過三維設計為實現4D模擬提供基礎。