三維軟件管道設計在化工領域的應用

陳旸

摘 要：現今時代，各種先進技術層出不窮。其中，三維軟件具有較強的三維沉浸感和交互性，對于現實仿真和場景模擬具有重要的意義。地下管網是城市規劃、建設和管理的重要基礎信息，也是城市基礎設施建設管理工作中尤為重要的一環。管網三維自動建模能夠快速構建三維場景，逼真地展現管網的形態和地下分布，對于管理和維護管網設施具有重要作用。因此，快速精細地構建大范圍的地下管網三維虛擬場景顯得尤為重要。

關鍵詞：三維軟件;管道設計;化工領域

0 引言

在化工裝置建設過程中，相對于設備、電儀等其他專業，管道安裝涉及到大量的材料、焊接、檢驗等信息，信息的準確性及前后邏輯關系嚴密，管理難度比較大。當前，國家關于建筑業三維技術的推廣力度正在不斷加大，如何借助該技術，結合信息化管理手段，將兩者應用于后續施工階段管理，不僅可以進行數據信息間的高效傳輸，同時以實現施工可視化管理為目標，成為了我們的研究方向。

1 三維管道設計軟件優勢

1.1 擁有自主數據庫

國外軟件往往提供少量的標準件，而其他規格的管道配件則是需要大量工時建模的特殊件。而國內軟件則良好地實現了配件的客制化、國標化，建模快捷迅速，參數修改方便，減少了設計建模的工時。

1.2 實時漫游技術

SPDA等國產軟件配備有強大的模型漫游技術，可以從任意視角實現對三維管線模型的檢查，防撞評估等，直觀地反映了工程設計的整體思路，有利于減少實際施工中出現的各類風險。

2 三維軟件管道設計在化工領域的應用

2.1 工程數據處理

三維配管軟件通常帶有強大的數據管理庫，通常包含標準化和客制化的元件庫，管道等級庫和圖形庫等，主要負責統籌各類管道的碰撞條件、單位制度，元件的類型（緊固件、標準件、客制化特殊件、管道件等），并且配合圖形庫的強大輸出調用功能實現從元件數據到建模調用的無縫銜接和直觀對應。工程數據庫的建立，保證了各類元件在其參數、特殊功能、規格上的可溯源性和一一對應，從而實現了配管施工過程的精準度和高效性，保障了施工的質量安全，減小工程的整體風險。

2.2 工程構筑物及設備建模

這一過程需要預先進行軸網圖的生成，為構筑物模型搭建、設備定位和進一步的管道建模提供基準化的參考，保證了后續施工的參數一致性。構筑物建模過程主要是實現管道布局過程中各管道之間空間關系的確立，對后續的碰撞檢查實現了有據可查。工程設備建模是利用軟件自帶標準設備庫和可編輯的客制化特殊設備庫數據，即時生成標準模型和非標準的拼接模型，確立插件的具體參數，通過設備模型插入，模型參數修改，設備管嘴調整等工序實現對管線布局設備進行精準的定位。

2.3 三維管道建模

三維管道建模是利用軟件的P&ID模塊繪制或者導入PID圖，根據不同的管道參數和管道信息，以工程設備建模中的管嘴為起始點和終止點進行逐條配管。通常三維管道建模軟件提供手動和自動配管兩種模式，通過鏡像、復制等操作實現快速配管，并且通過軟件相關的管道數據編輯器對已配管的管件實現各類參數的操作修改及刪除等功能。三維管道建模軟件在配管過程中，能夠充分考慮管道布局的美觀性、經濟性、易操作性、安全性和易維護性，對比傳統的配管方式，極大提高了配管效率和配管質量，且能配合三維管道建模軟件實現模型的驗證和瀏覽功能。

2.4 模型驗證

經過三維管道建模軟件的配管工序，需要對模型進行多方面的質量檢查，主要包括管道碰撞檢查，管件數據檢查，模型設計檢查以及應力計算等方面。管道碰撞檢查是結合構筑物建模，通過預先設定的各類管件碰撞條件和構筑物建模的空間關系，經過數據初始化后對已經完成的三維管道建模進行檢查，對不滿足碰撞要求的部件進行報錯，提醒設計人員進行相關參數的修改或者模型的重建;管件數據檢查主要是對管件數據進行核實，自動糾正數據偏差;模型設計檢查保證了管件之間連接邏輯的合理性、管件和連接件之間參數的匹配性以及墊片壓力等配管邏輯的檢查。部分配管軟件如SPDA還提供了模型應力的計算接口，通過導出模型至專業的應力分析軟件CAESARⅡ，對模型的應力情況進行分析。經過模型驗證之后，對各管道參數實現了修正和改良，生成了最終的管道建模。

2.5 工程圖紙輸出

三維管道建模軟件能夠根據上述工序中涉及的管件參數和模型設計即時輸出需求的管道工藝平面（立面）圖、ISO單線軸側圖、管件數據和綜合材料表等。極大減少了人工參與度，為實際施工提供了標準化參考。軟件可以根據建模參數，逐層對模型進行剖切，自動標注各類圖紙的材料統計表等參數。其輸出時間短、繪制精確度高，極大減少了設計工序的時間消耗。

3 結語

三維軟件管道設計在化工領域展示了強大的建模能力，其模型的準確性、安全性、高效性和經濟性相較于傳統人工設計都有著極大的進步，推動了管道工程現代化、數字化的進程，極大減少了配管工藝的設計成本和設計風險。隨著人工智能技術的發展，三維管道設計軟件將進一步擴展其潛力，使得配管工藝更加科學化、智能化。

參考文獻：

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