三維配管軟件在醫(yī)藥化工設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王文鑫 顏虎 許啟超

1. 山東省醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)院有限公司 山東 濟(jì)南 250000

2. 上海漢智工程設(shè)計(jì)與顧問有限公司 上海 200000

引言

醫(yī)藥化工行業(yè)我國經(jīng)濟(jì)體系中的重要一員，更是保障人民身體健康、改善各類疾病患者身體問題，提升人民群眾生活品質(zhì)，確保社會和諧發(fā)展的重中之重。醫(yī)藥化工行業(yè)更代表著一個(gè)國家的科技力量和醫(yī)學(xué)藥學(xué)實(shí)力。由此可見，醫(yī)藥化工相關(guān)的工程設(shè)計(jì)，其重要性不言而喻。在科技不斷進(jìn)步的當(dāng)下時(shí)代，三維配管軟件自誕生以來不斷更新發(fā)展，在醫(yī)藥化工工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，得到無數(shù)學(xué)者和設(shè)計(jì)人員的認(rèn)可，大幅度提升了設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)度、效率和整體質(zhì)量，為醫(yī)藥化工的發(fā)展提供著源源不斷的動(dòng)力。

1 三維配管軟件介紹

目前世界領(lǐng)先的三維工程設(shè)計(jì)類軟件開發(fā)商，其產(chǎn)品種類豐富繁多，較為常見的有：

英國AVEVA公司開發(fā)的PDMS軟件、瑞典鷹圖公司開發(fā)的SmartPlant 3D軟件、CAD worx Plant Professional軟件、美國Autodesk公司開發(fā)的AutoCAD Plant 3D、3DS MAX、德國Bentley公司開發(fā)的Auto Plant Piping。

以上三維配管軟件彼此之間都有著自己的優(yōu)勢和特點(diǎn)，供各個(gè)行業(yè)、不同深度設(shè)計(jì)人員的使用。

1.1 PDSoft 3DPiping簡介

北京中科輔龍計(jì)算機(jī)技術(shù)股份有限公司是國內(nèi)最早研發(fā)三維配管軟件的公司，PDSoft 3DPiping是其打造的三維工廠管道設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)。由于是國內(nèi)開發(fā)的，更加注重本土化，對使用者更有親和力。研發(fā)之初就是基于國人的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和習(xí)慣，軟件操作符合國內(nèi)客戶的設(shè)計(jì)習(xí)慣，用戶易于掌握。

PDSoft是一個(gè)較為全面且智能化的電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)軟件，通過PDSoft軟件的合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)成果的最優(yōu)化，該軟件可以大幅度縮減工程設(shè)計(jì)的成本造價(jià)，減少費(fèi)用，提升產(chǎn)值。同時(shí)，也能有效縮減風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)的有效防范，保留各項(xiàng)具備價(jià)值的數(shù)據(jù)。

PDSoft能夠創(chuàng)建流程工廠中的建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、儀表、電纜橋架等可視化、信息化三維模型，同時(shí)提供強(qiáng)大的只能化的三維模型編輯、碰撞檢查、設(shè)計(jì)規(guī)則檢查、數(shù)據(jù)一致性檢查等功能，自動(dòng)生成并自動(dòng)標(biāo)注平立剖面圖、ISO圖以及客戶個(gè)性化的材料報(bào)表，勝任管道專業(yè)的設(shè)計(jì)要求。

PDSoft共有3個(gè)子系統(tǒng)和6個(gè)功能模塊，其中3個(gè)子系統(tǒng)有工程數(shù)據(jù)庫管理（EDB）、圖形庫管理（Gmanager）及表格模板定制（TempEdit）；6個(gè)功能模塊有三維建模（Model）、ISO圖自動(dòng)生成（ISOGEN）、平立剖面圖生成（PlanGEN）、材料統(tǒng)計(jì)（BOMGEN）、消隱（Hiding）、渲染（Shading）。

1.2 PDSoft數(shù)據(jù)庫

PDSoft軟件當(dāng)中的核心是對管道的設(shè)計(jì)，而PDSoft的數(shù)據(jù)庫又是實(shí)施管道設(shè)計(jì)的前提與基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)中心的合理設(shè)置是確保軟件可以正常運(yùn)行工作的保障，關(guān)乎整個(gè)醫(yī)療化工項(xiàng)目設(shè)計(jì)，乃至項(xiàng)目整體的成功與失敗。其融括項(xiàng)目的全部規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，包含所有管道材料等級表當(dāng)中的管道材料、配件、閥門等等元件。數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的準(zhǔn)確性能夠以最直接的形式影響模型建立的質(zhì)量，也會影響材料匯總的精準(zhǔn)度。

2 PDSoft在醫(yī)藥化工設(shè)計(jì)中的合理運(yùn)用

2.1 數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

對于醫(yī)藥化工工程的設(shè)計(jì)工作來說，設(shè)計(jì)人員必須充分明確具體工程的設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，繼而構(gòu)建管道等級庫與管道元件庫[1]。PDSoft軟件具備相對健全完善的規(guī)范元件庫與管道等級文件，包含了GB、HG、SY等一系列的國內(nèi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，及ASME、ANSI、DIN、JIS等歐美主流標(biāo)準(zhǔn)。對于特殊要求或非標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)人員可進(jìn)行增加和修改，自定義工程項(xiàng)目管道等級文件及元件中心。

材料等級庫方面，主要包括兩點(diǎn)。第一，材料等級文件定義每一種材料等級的具體名稱、代碼、溫度臨界表、壓力臨界表、腐蝕裕度等一系列內(nèi)容；第二，管道配件材料定義文件可以定義一種材料等級所需要用到的全部管件屬性。

管件物理尺寸庫方面，可以定義所有管道配件，例如閥門的長度和寬度等等。每一個(gè)管件所需的格式與表格均能夠在相關(guān)參考書籍當(dāng)中查詢到。在組合管件程序庫方面，這一數(shù)據(jù)庫對連續(xù)放置多個(gè)管件的程序進(jìn)行了定義。例如，放置閥組能夠定義一個(gè)放置閥組組合管件程序，輸入命令便能夠?qū)㈤y組整體放置完成。

PDSoft根據(jù)設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)性質(zhì)來確定材料、管道壁厚、法蘭類型、閥門及附件類型，并將其分類成不同等級[2]。編入同一等級的管道使用相同材質(zhì)、型號或形式的管子、閥門和附件，這樣可以統(tǒng)一各種管道的設(shè)計(jì)要求，而且可以用簡潔的方式在圖紙上表達(dá)各種必要的信息。

2.2 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的管理

相對機(jī)械等領(lǐng)域，PDSoft屬于規(guī)模較大的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的軟件，因此必須要確保數(shù)據(jù)的完整和安全。依照每一個(gè)項(xiàng)目的差異性要求，把各種不同的等級文件存儲在同一項(xiàng)目指定的文件夾里面。在需要進(jìn)行一個(gè)全新的項(xiàng)目設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)計(jì)人員能夠依照項(xiàng)目基本要求，合理選擇與之相應(yīng)的等級文件儲存在指定的文件夾里面，繼而有效避免由于人員操作問題而導(dǎo)致的全部等級文件損壞。全部等級庫的文件存儲在服務(wù)器的另外一個(gè)邏輯盤當(dāng)中，只有軟件管理員才可以對其進(jìn)行訪問。

2.3 設(shè)備的模型建立

PDSoft軟件當(dāng)中配有建模模塊，設(shè)計(jì)人員能夠利用搭積木形式生成設(shè)計(jì)所需的各類容器與設(shè)備，如換熱器、泵、管道等等。設(shè)計(jì)人員對設(shè)備尺寸的定義，比如設(shè)備筒身的寬度、長度，設(shè)備管道的半徑和方位，設(shè)備支架的高度等等的定義，均能夠高質(zhì)量、高速率的對工程項(xiàng)目所需設(shè)備實(shí)施模型建立。通過PDSoft軟件設(shè)計(jì)完成的各類設(shè)備，可以該軟件獨(dú)特的形式儲存為擴(kuò)展名為GLE的電子文檔，在接下來的結(jié)構(gòu)模型建立完成之后，能夠以參照的形式把各個(gè)不同的設(shè)備導(dǎo)入到模型設(shè)計(jì)文件當(dāng)中。設(shè)計(jì)人員在PDSoft中對設(shè)備模型文件實(shí)施更改，修改完成以后的設(shè)備在接下來的管道建模過程中便可以生成。

容器、反應(yīng)釜、換熱器、塔器等當(dāng)代醫(yī)藥化工領(lǐng)域非常常用的設(shè)備。PDSoft軟件自帶了非常多的設(shè)備模型，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)項(xiàng)目中設(shè)備的具體尺寸要求，通過簡單的幾個(gè)參數(shù)的調(diào)整來得到所需尺寸的設(shè)備模型并快速導(dǎo)入到模型設(shè)計(jì)文件中。

2.4 管道的模型建立

不同于國外軟件煩冗的導(dǎo)入程序（管道模型建立以前，需要把項(xiàng)目前期構(gòu)建的數(shù)據(jù)文件全部導(dǎo)入到該項(xiàng)目的項(xiàng)目文件當(dāng)中），在設(shè)備模型的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)人員可隨時(shí)進(jìn)行管道模型的建立[3]。設(shè)計(jì)人員在建立管道數(shù)據(jù)庫，對相應(yīng)管道的等級、壁厚等基本數(shù)據(jù)實(shí)施準(zhǔn)確的定義之后，便可以通過搭積木的形式開始繪制，生成準(zhǔn)確的管道模型。在管道拐彎的時(shí)候，軟件能夠自動(dòng)增添彎頭、法蘭等一系列必備元件，整個(gè)模型的構(gòu)建非常方便、快捷，對于復(fù)雜管道線路設(shè)計(jì)繪制來說具有較大價(jià)值，能夠提升管道設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，省去大量人工成本，也能減少人工設(shè)計(jì)的遺漏和失誤，更加準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)工程建設(shè)的整體成本費(fèi)用。

2.5 建筑物等其他相關(guān)模型的建立

醫(yī)藥化工項(xiàng)目的建筑物設(shè)計(jì)分兩部分：一部分是土建專業(yè)根據(jù)設(shè)備及管道的荷載要求設(shè)計(jì)的建筑和結(jié)構(gòu)組件，另一部分是管道安裝所需要考慮的一些支吊架、平臺、樓梯。建筑物設(shè)計(jì)需要體現(xiàn)的其他一些元素，PDSoft軟件也均能滿足，包括軸網(wǎng)、框架結(jié)構(gòu)、樓板及開孔、樓梯、欄桿、墻及門窗等。

由于建構(gòu)筑物是為完成工藝目的來進(jìn)行配套的，因此以上組件模型與設(shè)備模型、管道模型不在同一層，而是在做完模型后通過插入的方式引入后者的模型。另一方面，我們也可以將別的軟件制作的建筑模型、暖通風(fēng)管模型等（如天正建筑、天正暖通做出的模型）插入到我們的設(shè)備管道模型中，即提升了工作效率，也體現(xiàn)了專業(yè)軟件做專業(yè)工作的精神。

2.6 碰撞檢測

醫(yī)藥化工工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是，建筑、結(jié)構(gòu)模型復(fù)雜，工藝、給排水、電氣、暖通等各專業(yè)管道相對煩瑣復(fù)雜，管道線路繁多且長度較大。故其配管工作必須詳細(xì)且精準(zhǔn)，不可以有任何差錯(cuò)，必須盡可能地防止非必要的碰撞出現(xiàn)，反之則會影響整個(gè)工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量，延誤工期、提高成本[4]。PDSoft軟件針對設(shè)計(jì)人員的上述需求，配備了智能化的碰撞檢驗(yàn)?zāi)K，在設(shè)備和各專業(yè)管道線路模型構(gòu)建完成之后，可以以動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)化的形式自動(dòng)實(shí)時(shí)進(jìn)行管道/設(shè)備、管道/結(jié)構(gòu)等的碰撞檢測，在檢測工作完成以后，如果存在非必要性碰撞，便會自動(dòng)彈出碰撞警示，便于工程設(shè)計(jì)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，并對錯(cuò)誤采取相應(yīng)的整改措施，提升其工作質(zhì)量和效率。

2.7 出圖

在醫(yī)藥化工工程的管道模型構(gòu)建完畢后，PDSoft軟件可以自動(dòng)為設(shè)計(jì)人員生成軸測圖、立面圖與剖面圖。設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)生成內(nèi)容的差異性，選擇PDSoft軟件當(dāng)中不同大小的圖框[5]。對于較長管道的軸側(cè)圖，PDSoft還可以自動(dòng)將管道分段呈現(xiàn)在多張圖紙中并分別進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)，從而避免圖紙描述不清的問題。不過，因?yàn)獒t(yī)藥化工工程普遍設(shè)計(jì)難度較大，管道線路煩瑣復(fù)雜，其所生成的管道平面圖相對于實(shí)際的出圖標(biāo)準(zhǔn)可能仍然存在一些差距，不可避免的需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行后續(xù)一系列的圖紙優(yōu)化處理工作。

2.8 材料報(bào)告

在一個(gè)工程項(xiàng)目的管道模型建立完畢以后，設(shè)計(jì)人員可以在PDSoft軟件的材料統(tǒng)計(jì)模塊中進(jìn)行材料的匯總與統(tǒng)計(jì)，軟件可以依照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的具體數(shù)據(jù)，并按照材料報(bào)告格式文件的基本要求，以自動(dòng)化的方式快速生成文本形式的材料統(tǒng)計(jì)報(bào)告[6]。材料匯總的過程當(dāng)中，可以依照本工程項(xiàng)目的實(shí)際需求生成全裝置、分模型、分區(qū)的材料統(tǒng)計(jì)。甚至單根管道的材料也可以獨(dú)立呈現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)本單位或業(yè)主方的具體要求調(diào)整材料統(tǒng)計(jì)表格模板并按其要求生成相應(yīng)表格。其方式極為靈活快捷，匯總材料的整體工作簡單便捷。

3 結(jié)束語

綜上所述，三維軟模型設(shè)計(jì)方法是當(dāng)今世界流程工廠設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種趨勢，其優(yōu)點(diǎn)已在實(shí)際工程中得到體現(xiàn)。在眾多三維配管設(shè)計(jì)軟件當(dāng)中，PDSoft整體性能雖然算不上最優(yōu)秀，但是特點(diǎn)顯著：界面友好、操作便捷簡單、易于掌握、靈活多樣、本土性強(qiáng)；工程數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)齊全；編輯功能強(qiáng)大；表格定制靈活。因此越來越多醫(yī)藥化工工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域人員開始使用PDSoft。通過PDSoft軟件，能夠有效提升醫(yī)藥化工工程設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，減少不必要的成本與人力資源浪費(fèi)，確保工期，為設(shè)計(jì)人員提供便捷的服務(wù)。