PDMS管架材料自動匹配的研究與實現

謝明明 鄭帥 陳佳麗

中國五環工程有限公司 武漢 430223

隨著項目規模的日益擴大、精細化管理理念的切實貫徹，設計精細化的要求也越來越高。而在化工項目中，管道作為裝置中設備之間物料流通所用主要的連接設備，其架設方式復雜多樣，管道可能承受許多種外力的作用，包括其自身的重量、其內介質流體的壓力作用、風雪載荷、熱脹冷縮引起的熱應力、振動載荷和地震災害等[1]。為了消除震動、扭曲等影響安全生產的隱患,保證管道的強度和剛度，必須設置不同類型的支(吊)架，如活動支架、固定支架、導向支架和彈簧支架等。而管道支(吊)架材料的正確選用是其強度的有效保證。

目前用于工廠設計的主流三維建模軟件基本上都有其對應的管道支(吊)架設計模塊，基本也僅限于管架的實體模型，而對管架材料統計功能卻較為欠缺。一方面，由于各個項目(尤其是不同領域的項目)使用的管道用材料類型差別較大，致使其對應的管架材料也差異甚大，無法做到項目通用，如果按照一個項目一個管架材料庫，勢必造成基礎工作量大、耗時費力、后期維護較為復雜；另一方面，僅在同一項目中，從管道特性、安全及經濟實用性綜合角度考慮，其不同材料等級在管架材料使用方面也存在一些共通之處(如碳鋼類、不銹鋼類、高溫鋼類、低溫鋼類通常會每類分別采用統一的管架材料)。因此如何定制一個可以快捷、通用的批量匹配管架材料的工具十分必要。

筆者借鑒目前流行的三維軟件(PDMS)的工作原理，以化工部管架標準圖冊(HG/T 21629-1999)為例并基于對應的管架開發工具介紹管架材料快速匹配的具體實施思路。

1 設計要求

1.1 管道支架表的精細化要求

無論是從材料的匯總采購還是從現場施工便利角度出發，在管道支架表中的每一子項(無論是標準零部件:如管架標準中的A1～A40類型，還是組合管架中的結構型鋼等)均需要明確其具體的材料規格，這樣才能保證工程設計采購施工的一致性。因此需要在支架表中將具體材料標記到每一子項中。

1.2 項目的通用性考慮

考慮到不同項目的管架材料選用可能不同，這就無法建立一個可以適用所有項目的材料庫。綜合PDMS軟件中的開發過程，將材料作為一個屬性值放入到每個管架子項中，這樣只需要考慮如何應用PDMS開發程序對該屬性值進行批量匹配即可。

2 管架材料匹配實現具體過程

針對任一實體管架，通過管道等級得到等級分組的組別信息進而得到分組材料設定表中縱坐標，匹配實體管架子項的類型得到分組材料設定表中橫坐標，從而交匯得出分組材料設定表中該等級的具體管架材料信息。主要過程示意見圖1。

圖1 管架材料匹配主要過程示意

2.1 等級分組設定

因不同材料等級在管架材料使用方面也存在一些共通之處，將可以統一處理的材料等級按組編號：如碳鋼類(group1)、不銹鋼類(group2)、高溫鋼類(group3)、低溫鋼類(group4)等。程序中首先獲取當前項目的所有材料等級，然后按類型進行分組設定，并將結果在當前項目中新建SITE進行保存便于后期調用。程序設定界面及結果見圖2、圖3。

圖2 程序設定界面

圖3 程序設定結果界面

2.2 分組材料表設定

按規定對設置好的組別中的管架子項材料進行設定，設定后將文件保存在項目數據庫路徑下便于后續程序讀取使用。分組材料表界面見圖4。

圖4 分組材料表界面

其中，可能存在區分考慮的情況，如對于管架用的管材，在同類材質時可能對于不同口徑，有的規格采用無縫形式而有的規格采用焊接型，故此可能需要按照口徑對其材料描述進行額外區分，此時需要在程序中進行額外設定，如表4中Tube所在行所示的350/300/200三個值分別對應相應組別中管架中所用管道材質分界的臨界口徑，20#|Q235B、A312.TP304-S|A312.TP304-W、06Cr19Ni10(PA)| 06Cr19Ni10(VI)則分別對應臨界口徑以下及以上范圍內對應的材料取值。

2.3 程序匹配

按照設計流程可以分為兩種模式：預設定模式及后期修改模式。

如果項目初期可于管架創建之前完成上述準備工作，則可以在創建實體管架時直接使用設定中的材料而無需后期修改；如果于實體管架創建之后方才設定或是存在修改，可以使用后期修改模式進行管架材料批量修改。

主要程序偽代碼：

get_spec() /*獲取等級與分組對應關系的兩個數組

input_filefullname() /*自動獲取當前項目配置文件

read_file(filefullname) /*獲取項目分組材料設定數組

for i=0 to flines.size

{

checktype[i] /*管架子類型數組

checkmat[i] /*已設定分組材料數組

}

input_attaref() /*管架類型

input_line() /*管架初始描述

get_attaspec(attaref) /*獲取對應管道等級

match_group(fgroup,num) /*匹配管道等級得到組別信息

mtype =get_subtype() /*得到實體管架子項的類型

num = find_first(mtype) /*匹配實體管架子項的類型得到橫坐標

num1 = checkmat(find_first(fgroup)) /*匹配級別信息得到列坐標

if mtype<> 'Tube' /*管架子類型非管材

{

fmat =replace_mat(num,num1) /*材質替換

}

else /*管架子類型為管材

{

get_tubeod(line) /*得到管架使用管道口徑

check_mat(num,num1) /*得到管道材料的特殊設定

if tubeod > chmat[1]/*判定管道口徑是否大于相應組別中設定的臨界口徑

{

fmat = chmat[3] /*取值臨界口徑以上的管道材料設定

}

else

{

fmat = chmat[2] /*取值臨界口徑以下的管道材料設定

}

}

return rebuild(fmat) /*根據得到管架材料信息重組管架描述

3 運行結果

程序運行結果及生成的管道支架表Excel文件見圖5。

圖5 程序運行結果

4 局限性說明

本文所述內容在很大程度上能夠解決三維建模軟件管架設計中材料選擇所面臨的通用性問題，具有一定的價值，但管架材料的選擇不但與管道自身的材質有關，還要綜合考慮經濟、環境等因素，如低溫塔附塔管線上管架與設備相接觸型鋼因其生根點環境的特殊性，其材質的選擇需要單獨考慮、項目對某些關鍵管線管架的特殊材質要求等，這些特殊規則因項目迥異而不適宜進行程序內置；故此在用本文程序進行通用設置后還需要對特殊的情況進行甄別確認。

5 結語

經程序實際運行驗證，在實際項目中使用本程序，可高效、準確實現相關管架材料信息的通用匹配。同時，本程序的開發思路可對今后相關程序的開發提供借鑒。