淺談Inventor三維設(shè)計(jì)在燒結(jié)煙氣脫硝工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

宋麗娜

寶武水務(wù)科技有限公司

0 前言

目前，各鋼鐵企業(yè)燒結(jié)機(jī)已基本建成脫硫項(xiàng)目，同時(shí)陸續(xù)進(jìn)行燒結(jié)煙氣脫硝改造工程。改造項(xiàng)目因受到工藝、場地、費(fèi)用等因素的制約，隨之而來產(chǎn)生的問題普遍為施工改造難度大，工期緊。從項(xiàng)目投標(biāo)、可研設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、設(shè)備管道安裝、調(diào)試運(yùn)行到交付使用，整個(gè)項(xiàng)目周期僅約半年時(shí)間。

由于每套機(jī)組設(shè)計(jì)條件、項(xiàng)目用地都不同，即便是規(guī)模相同的機(jī)組，工藝的選擇，設(shè)備相互間的布置順序，以及連接各設(shè)備之間的煙道，能介的路由等都會隨著項(xiàng)目用地、空間狹小程度而形狀各異[1]。如何能夠快速有效地利用相似規(guī)模的項(xiàng)目圖紙，進(jìn)行相對簡單的調(diào)整和修改以實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)，達(dá)到更高的設(shè)計(jì)效率，Inventor三維設(shè)計(jì)是理想的輔助設(shè)計(jì)途徑。

Inventor是AutoCAD公司開發(fā)的一款三維軟件，是目前市場上與DWG兼容性最好的三維平臺，與CAD相似的用戶界面[2]，對于CAD用戶非常的友好，操作簡單，易學(xué)、易用，在與CAD的無縫銜接上，有著其他三維軟件不可替代的顯著優(yōu)勢。

1 前期投標(biāo)

項(xiàng)目前期，接到設(shè)計(jì)委托書后，對于工藝專業(yè)而言，不僅要快速給出工藝布置方案，而且要為各個(gè)配套專業(yè)提供委托和設(shè)計(jì)依據(jù)資料。業(yè)主往往會要求設(shè)計(jì)單位給出幾個(gè)方案以供他們進(jìn)行比選。相同的設(shè)備，不同的布置，在以往的二維平臺，設(shè)計(jì)人員只能中規(guī)中矩地繪制二維圖，先進(jìn)行平面設(shè)計(jì)，將設(shè)備相應(yīng)布置后再設(shè)計(jì)連接煙道，讓整個(gè)系統(tǒng)貫通，然后對應(yīng)畫出各個(gè)方向視圖。換一種方案后，設(shè)備位置改變，相應(yīng)的連接煙道尺寸、方向、支架位置、數(shù)量等也會改變，這將導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員必須投入大量的時(shí)間在二維平臺上進(jìn)行方案調(diào)整，重復(fù)工作量大，整體設(shè)計(jì)效率較低。

相對而言，在三維設(shè)計(jì)平臺設(shè)計(jì)就輕松許多。Inventor具有強(qiáng)大的裝配功能，在部件環(huán)境中自頂向下先進(jìn)行框架搭建，充分調(diào)用以前項(xiàng)目中的三維資源，按專業(yè)劃分各個(gè)模塊，在各個(gè)模塊中再細(xì)分主體設(shè)備、相關(guān)配管等子模塊，然后劃分到各個(gè)專業(yè)進(jìn)行子模塊的細(xì)化。換一種方案后，僅需要主體專業(yè)在總裝配圖中調(diào)整各個(gè)模塊間的裝配關(guān)系，即可快速生成新的方案。圖1是作者在某鋼廠燒結(jié)煙氣脫硫脫硝改造項(xiàng)目中的三維建模思路。

圖1 自頂向下的框架搭建模式

Inventor可以直接將三維模型轉(zhuǎn)換成二維工程圖，在工程圖中生成基礎(chǔ)視圖，再相應(yīng)投影出立面圖、軸測視圖，一步到位。也能轉(zhuǎn)換成＊.dwg文件，通過AutoCAD軟件結(jié)合其他專業(yè)的資料對圖紙作進(jìn)一步的細(xì)化調(diào)整。憑借直觀的三維可視化，三維模型可以清晰地展示工藝設(shè)備布置、配套管道路由、電纜橋架的敷設(shè)等內(nèi)容，讓各專業(yè)設(shè)計(jì)人員及業(yè)主在最短時(shí)間內(nèi)捕捉到大量信息，熟悉和掌握設(shè)計(jì)人員的整體思路，了解項(xiàng)目方案的技術(shù)優(yōu)勢。

圖2為某鋼廠2號和3號燒結(jié)機(jī)煙氣增設(shè)脫硝裝置的前期三維建模，由圖2可見，兩臺燒結(jié)機(jī)雖然規(guī)模相同，但因場地不同，從而設(shè)計(jì)出兩套不同布置的煙氣脫硝裝置。作者利用以前相似規(guī)模的項(xiàng)目模型進(jìn)行修改，先進(jìn)行2號燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝裝置的三維建模，然后在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行3號燒結(jié)機(jī)煙氣脫硝裝置的三維建模。由于有了之前的設(shè)備模型數(shù)據(jù)，再結(jié)合調(diào)用相似規(guī)模的三維設(shè)備模型，得益于三維建模的參數(shù)化設(shè)計(jì)，有些設(shè)備僅需修改模型中幾個(gè)關(guān)鍵零件的尺寸即可，為三維快速建模提供了便利。整個(gè)建模周期到投標(biāo)圖紙的完成，僅2天左右時(shí)間，大幅提升了工作效率。

圖2 某鋼廠2號3號燒結(jié)機(jī)煙氣增設(shè)脫硝裝置的三維模型

2 初步設(shè)計(jì)

在開始進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，對于工藝設(shè)備的布置要求不僅要“快”，更要“準(zhǔn)”。要求每個(gè)設(shè)備精準(zhǔn)定位，需要設(shè)計(jì)人員對現(xiàn)場進(jìn)行勘察，查閱大量以前項(xiàng)目的施工圖紙，理清地面上下各類現(xiàn)有建筑物及管線等，并盡可能地把這些二維圖進(jìn)行三維建模，將難以目測到的工程內(nèi)容模擬出來，為施工圖設(shè)計(jì)中避讓、搬遷各種管線提供依據(jù)。在這期間設(shè)備選型基本完成，工藝設(shè)備就位后，各配套專業(yè)的委托資料工作相應(yīng)展開。工藝專業(yè)先初步規(guī)劃公輔管道、電纜橋架的路由走向。工藝、燃?xì)狻崃Α⑺馈㈦姎狻x表、通信等各個(gè)專業(yè)設(shè)備與設(shè)備之間、設(shè)備與管道、設(shè)備與電纜橋架等之間是否會碰撞，特別是地面以下的管道和基礎(chǔ)等，需要工藝專業(yè)根據(jù)每個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)人員的返資，進(jìn)行組合，匯總到項(xiàng)目總體三維中。至此，三維可視化的優(yōu)勢得到體現(xiàn)。經(jīng)過觀察與分析，很容易找出設(shè)計(jì)中存在的不足和缺陷，哪些設(shè)備相互干涉了，哪條管線敷設(shè)得不合理，哪些設(shè)備、支架的基礎(chǔ)不能布置，等等，在三維軟件中一目了然。圖3即為建模過程中發(fā)現(xiàn)的各種碰撞之一，早發(fā)現(xiàn)早解決，及時(shí)糾正設(shè)計(jì)中存在的問題，減少在施工圖詳細(xì)設(shè)計(jì)中的反復(fù)工作，避免了施工階段的變更費(fèi)用，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少施工成本。

圖3 建模過程中的各種碰撞

3 施工圖設(shè)計(jì)

施工圖設(shè)計(jì)階段，除了做到快與準(zhǔn)，施工圖設(shè)計(jì)更多需要在“精細(xì)”上下功夫。在前期方案階段，煙道設(shè)計(jì)比較簡單，矩形煙道或者圓煙道，僅需要外形即可。但在施工圖階段，施工圖需要體現(xiàn)設(shè)備本體、加固肋、內(nèi)貼角鋼、內(nèi)支撐、托座等[3]，強(qiáng)調(diào)工程裝置的制作和安裝細(xì)節(jié)的體現(xiàn)。在二維設(shè)計(jì)中，除了繪制三視圖、剖視圖，填充尺寸，添加必要的節(jié)點(diǎn)詳圖及說明，還需要計(jì)算材料用量，制作材料明細(xì)表，包括：所需要鋼板、加固肋的各種規(guī)格、材質(zhì)、數(shù)量、重量等。如果涉及煙道修改，如此繁雜的工作又將重復(fù)一次，還可能出現(xiàn)漏改錯(cuò)改的現(xiàn)象。而使用Inventor將令這些變得簡單易行，三維的最大優(yōu)勢在于所見即所得，模型建成即能精準(zhǔn)地表達(dá)零部件的特性，自動生成面積、質(zhì)量、體積等數(shù)據(jù)。制作二維工程圖時(shí)，僅需調(diào)用三維模型，生成基礎(chǔ)視圖，根據(jù)需要可投影出立面圖、側(cè)視圖、軸測視圖、斜視圖、剖視圖等各種視圖。調(diào)用BOM表可直接生成材料明細(xì)表，省去了繁雜的材料統(tǒng)計(jì)工作。如果煙道需要修改，僅需要在三維模型中修改三維實(shí)體，工程圖中會相應(yīng)更新。當(dāng)然，個(gè)別尺寸可能會稍有出入，微調(diào)即可。明細(xì)表中的數(shù)據(jù)也會自動更新，杜絕了漏改錯(cuò)改的現(xiàn)象，保證了圖紙的設(shè)計(jì)質(zhì)量。圖4為某6號煙囪入口前煙氣聯(lián)箱改造圖，分別對應(yīng)前期建模、施工圖三維設(shè)計(jì)、二維成品圖。

圖4 煙氣聯(lián)箱建模-三維設(shè)計(jì)圖與二維成品圖

4 施工

在施工環(huán)節(jié)，施工單位接收到施工圖后，施工人員須快速消化和熟悉圖紙，了解整個(gè)項(xiàng)目安裝內(nèi)容和安裝順序。由于工程限制，留給施工人員熟悉施工圖的時(shí)間很短，為保證施工的質(zhì)量和進(jìn)度，設(shè)計(jì)單位也會安排各專業(yè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行施工圖紙交底，通常是由設(shè)計(jì)經(jīng)理帶隊(duì)，各主要專業(yè)的設(shè)計(jì)人員到現(xiàn)場，與施工單位相關(guān)專業(yè)施工人員進(jìn)行安裝內(nèi)容、重點(diǎn)工序、難點(diǎn)問題等進(jìn)行介紹，但通常時(shí)間較短，難以做到面面俱到，這就需要施工人員有著豐富和相似工程的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)及較強(qiáng)的識圖能力。如果采用Inventor三維軟件進(jìn)行的施工圖設(shè)計(jì)，三維模型會讓這一切變得直觀而簡單，三維模型除了具有絢麗的色彩，更有直觀的裝置效果和逼真的質(zhì)感，能讓施工人員直接看到完工后的效果，可以得到完整和全面工程內(nèi)容，從而能夠從安裝施工的角度去思考和策劃，保證工器具的科學(xué)有效選配、安裝工序的合理安排以及施工進(jìn)度計(jì)劃準(zhǔn)確把控。

圖5分別為國內(nèi)首套寶鋼股份四燒結(jié)增設(shè)煙氣脫硝裝置的三維設(shè)計(jì)圖與安裝完成實(shí)體照片圖，三維效果圖完整直觀地展示了脫硝裝置全貌，并且通過三維模型的旋轉(zhuǎn)、縮放等功能，全面而細(xì)致地體現(xiàn)脫硝裝置的各細(xì)節(jié)，為安裝人員的快速學(xué)習(xí)和掌握安裝內(nèi)容提供便利。該脫硝裝置僅主體支撐鋼結(jié)構(gòu)就需約1 200 t型鋼，安裝工作約4個(gè)月，作為無任何工程經(jīng)驗(yàn)借鑒的首臺套工程，三維模型的設(shè)計(jì)是快速完成安裝的重要保障。目前該裝置已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超過4年，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)語

本文介紹了Inventor三維設(shè)計(jì)在燒結(jié)煙氣脫硝工程設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用，從項(xiàng)目前期的開展，初步設(shè)計(jì)及施工圖階段的設(shè)計(jì)，到安裝施工完成，三維設(shè)計(jì)軟件相比二維軟件，在設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)效率上都會有質(zhì)的提升，是工程實(shí)施的理想輔助工具。

Inventor可生成＊.stp文件，以供低版本的In‐ventor軟件使用，彌補(bǔ)了Inventor軟件低版本不能打開高版本的遺憾。也能生成＊.sat文件，該文件能被BIM軟件直接使用，可供施工單位進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，通過動畫展示施工規(guī)劃，讓施工人員提前了解施工難點(diǎn)，便于施工組織安排，為施工單位人員對施工內(nèi)容學(xué)習(xí)和模擬帶來便利。