基于PDMS的配管自动化设想与研究

靳 嘉，刘 璇

（中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京 100028）

基于PDMS的配管自动化设想与研究

靳 嘉，刘 璇

（中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院，北京 100028）

配管设计具有面宽、量大的特点，设计人员工作强度较大，目前所使用的PDMS软件虽然能有效提高设计效率，但也有一定的局限性，文章讨论了在PDMS平台上进行二次开发以实现部分功能自动化的必要性和可行性，并讨论了在管路布置和料单抽取方面进行功能扩充的基本思路。研究实践表明，对PDMS进行二次开发能有效提高配管自动化程度，提高设计质量和设计效率。

配管设计；自动化；PDMS软件；二次开发

配管专业作为海洋平台设计的后期专业具有工作量大和设计内容繁琐等特点。中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院 （以下简称工程设计院）2008年引入PDMS软件，配管设计进入三维仿真阶段，对提高配管设计质量和设计效率起到了良好的促进作用。但是，由于软件开发商考虑到产品的通用性，在专业化程度上还有许多有待深入之处。不过，作为弥补，PDMS捆绑了用于功能扩展和二次开发的PML语言，这为提高计算机辅助配管设计的自动化程度提供了基本条件。

1 配管自动化的必要性与可行性

以冀东NP1-29项目为例，配管专业在详细设计阶段完成管道三维图1 100多张，其中涉及到各种配管材料302种，共计11 633项，此外，配管设计还涉及到材料选择、管壁计算、应力分析和加工设计等内容，设计工作量非常大。同时，大量的工程实践表明，配管设计具有很多内在规律性，在进行料单统计和管理方面具有非常清晰的数据来源和统计方法，而且在管道设计的过程中有很多固定组合和重复操作，都可以通过计算机辅助完成，以降低设计人员的工作强度。

同时，工程设计院目前所使用的PDMS软件内嵌有用于二次开发的PML语言，该语言与PDMS无缝结合，既可以调用操作PDMS模型中的所有对象，也可以直接引用PDMS中的已有的功能模块，还可以调用执行其他语言编写的可执行程序。因此，使用PML语言和其他计算机语言编写程序并在PDMS中调用执行，将一些繁琐的操作程序化从理论上讲是完全可行的。

2 基本分析与构想

配管设计主要工作内容是根据工艺P&ID对管道进行合理连接、布置，并最终以管道三维图和配管料单的形式体现设计成果。因此，本文主要从管路布置和料单生成两个方面对配管自动化进行研究。

2.1 管道布置计算机辅助分析

管道走向布置一般应遵循以下几个原则：符合P&ID工艺流程要求；方便维修、操作；经济实惠；兼顾美观。因此，要实现配管自动化就要相应地从以下几个方面着手：P&ID图纸的读取与识别；配管规定，经验做法和标准图的逻辑化、程序化；最优路径的选择。至于管路的美观，则需通过后期调整优化实现。

实际上，要实现管道完全自动布置是一件非常困难的事。绝大多数情况下，都需要经验丰富的配管工程师进行仔细地设计，反复调整优化，才能达到较为合理的设计结果。目前，国际上三维设计软件提供商所能做到的是根据P&ID图纸对管道的设计情况进行检查，查找是否有漏项、错项。因此，本文仅将研究范围限于局部功能自动化和辅助设计上。

一般来说，PDMS二次开发可以通过两种方式来实现，一是通过使用PML语言编写宏程序来调用PDMS内部功能模块，从而将繁琐的操作过程自动化，提高工作效率，实现 “模拟操作”，如坡管自动连接；二是将具有清晰逻辑过程的操作程序化，即编写程序拓展PDMS功能，如高低点查找、管道重心计算、配管经济预算等。

2.2 配管料单自动生成分析

料单文件是配管设计的重要设计成果，主要用于配管材料的购买和施工申领。一般来说，配管料单中的每一条记录描述都应指向一种独一无二的配管材料。因此料单记录中应包含有材料名称、尺寸、磅级、端面形式、结构形式、材质描述、引用标准和数量等基本信息。其中，材料名称、尺寸、磅级、数量都是PDMS模型中的基本信息，可以直接从模型中读取。而端面形式、结构形式、材料描述以及引用标准等信息一般可从阀门数据表或配管材料规格书中读取。实际上，在创建PDMS元件库时，即可为元件指定材料描述和详细描述，详细描述中可包含参考标准、端面形式、结构形式等信息，因此，如果元件库创建较为完善，配管料单所需所有信息都可以从PDMS中读取到。

获取到以上数据后，根据专业规范及质量体系规定进行分类并有序写入文件中即可，部分材料可以根据现场情况及习惯做法在统计数量的基础上，适当打取余量。

3 实践研究

基于以上分析，工程设计院PDMS工作站从管道设计辅助工具和配管料单自动生成工具两个方面进行了深入研究和具体实践，先后开发了高低点自动查找、坡管自动连接、管道系统重心计算、配管经济概算、配管料单自动生成等辅助工具。本节将选其中几个进行简要介绍。

3.1 管道设计辅助工具

3.1.1 高低点自动查找工具

如果管道中出现高点或者低点，在试压和生产过程中会造成积水或者气塞，对调试、生产造成影响，因此，常常需要在高低点分别安装高点放空和低点排放。由于海洋平台上空间限制较大，管道绕弯的情况也较多，因此，常常需要逐根管道查找是否有高低点存在。实际上，利用PML语言可以方便地读取到管道上每个管件的坐标值，因此完全可以通过程序判断是否有高低点存在。而且，高点放空和低点排放都有制作标准图，可以将其程序化，以实现自动连接。图1为所编写高低点自动处理程序的执行情况。

3.1.2 坡管自动连接工具

在海洋平台上，如开排系统等重力管道在设计、安装时，都要求设置有一定的坡度。而在PDMS中坡管连接是比较困难的，需要比较繁琐的操作过程。但是，坡管连接的操作流程非常固定，因此，可以使用PML语言逐步调用PDMS功能模块来实现坡管连接，从而减少设计人员的劳动强度。程序执行界面如图2所示。

此外，工程设计院PDMS工作站还开发了管道重心计算程序性、配管经济概算程序，目前正处于调试修改阶段，不再一一介绍。

3.2 标准料单自动生成

根据前面的分析，配管料单的生成过程主要是一个统料、分类汇总和文件写入的过程。实际上，考虑到非专业人员阅读料单的方便，还需要将从PDMS模型或数据表中读取的数据进行转化、完善，以通俗易懂的形式写入料单。

由于阀门料单中所包含信息较多，PDMS模型和数据库中信息不完善，部分信息需要从阀门数据表中读取。在PDMS数据库中，每一类阀门都具有独一无二的阀门代号，根据这一代号可以在阀门数据表中检索到该类阀门的全部信息，再加上从PDMS模型中统计出来的阀门数量，即可组成一套完整的阀门料单记录。执行框图如图3所示。

图3 阀门料单信息提取框图

对于一般的管件，由于所需的信息量相对较少，端面形式、结构形式、材料描述以及引用标准等信息也都可以写入元件库的Detail Text和Material Text两个属性中，抽取料单时，直接从中读取即可。

由于元件的Detail Text属性中包含有多项信息，因此，抽取关键料单时的一项重要工作就是信息的分离和提取。需要注意的是，同一信息对于不同管件的具体表现形式可能不同，但却属于几种固定的形式。因此，可以考虑使用正则表达式进行模糊识别。以壁厚为例，管道或管件的壁厚描述可能会以现厚度值或壁厚等级的形式出现，如4.5 mm、STD、SCH40、 XS、THK=5 mm等。使用如下正则表达式即可从Detail Text属性中提取到不同形式的壁厚信息：

（SCH.?s?d{2,}w?）|（STD）|（XS）|（XXS）|（d{1,}.?d?mm）|（THK=d{1,}.?d?（mm）?）

如要提取阀门或者管道的参考标准信息，则可使用以下表达式：

（SCH.?s?d{2,}w?）|（STD）|（XS）|（XXS）|（d{1,}.?d?mm）|（THK=d{1,}.?d?（mm）?）

通过以上讨论可知，各种阀门管件既具有一些基本的共同特征，也具有不同于其他管件独特之处。为了便于处理，可采用面向对象的编程思想进行处理。首先，将各种阀门、管件的共同特征概括抽象为一个母类，然后创建子类，分级继承，逐级添加个体特性。

实际上，PML本身的数据处理能力有限，通常需要借助外部程序的协助才能完成整个抽料、统料、分类写入料单以及打印存盘等整个工序。这里仅使用PML进行抽料操作并直接存盘，然后再编写程序，读取存盘数据，分类统计，写入文件。程序执行界面如图4所示。

该料单自动生成程序是在PDMS 11.6 SP4、PML2和Visual Studio.Net 2008环境下编译调试的。实际测试表明，该程序能明显提高统料速度和精度。以NP1-29项目为例，详细设计阶段使用PDMS自带统料程序进行统计，然后人工整理、分类，填写料单文件，其中共有两名成熟的配管设计人员参加，用时近4天。使用所编写程序自动出料时，仅需要1名设计人员，大约10 min即可完成，同时避免了统料过程中低级错误的发生，提高了统料的准确性。

4 结论及展望

PDMS作为优秀的三维工程设计软件，在海洋工程行业应用广泛，而且具有良好的可拓展性和二次开发性能。目前，工程设计院PDMS工作站先后开发了高低点处理、坡管自动连接、管道系统重心计算、配管经济概算、配管料单自动生成等程序。实际测试表明，这些应用程序能有效提高设计效率，降低设计人员劳动强度，具有良好的实用价值。同时也应看到，作为良好的信息化平台，工程设计院对PDMS软件的开发使用深度还不足，应继续加强软件的二次开发，充分发挥软件优势，为设计院业务发展作出更多更大贡献。

[1]张琳.VANTAGE PDMS 数据库应用[J].科技创新导报，2009，（21）：13-14.

[2]朱春田.石油化工多专业三维协同设计与设计模式变革[J].石油化工设计，2006，（23）：3-6.

Study on Automatic Piping Design Based on PDMS Softrare

JIN Jia（Engineering Design Institute of China National Petroleum Offshore Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100028， China）,LIU Xuan,HAN Yan-feng

Piping design is an onerous work in the detailed engineering of offshore platform.The introduction of 3D modeling software PDMS brings much convenience for the design work,but the generality consideration to the software makes it necessary to carry out customization and redevelopment on the software.This paper discusses the necessity and feasibility of secondary development based on software PDMS to realize partial function automatization and the basic thoughts about function expansion in piping layout and material list choosing.The study shows that the secondary development of PDMS can raise the automatic piping level,design quality and efficiency.

piping design;automatization;software PDMS;secondary development

TE951

B

1001－2206（2011）增刊－0052－03

靳 嘉 （1981-），男，天津人，工程师，2004年毕业于辽宁石油化工大学，现从事石油化工管道设计工作。

2011-08-23