三维设计在有色冶炼工程中的应用

杨 垒， 姚 亮

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

三维设计在有色冶炼工程中的应用

杨 垒， 姚 亮

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

结合三维设计在实际工程中的应用，介绍了三维设计的流程及特点，总结了其功能优点，以推进三维设计在有色工业领域的发展。

三维设计； 数据库； 碰撞检查； 协同工作

0 前言

近年来我国有色行业迅速发展，随之而来的是激烈的市场竞争，如何在保证设计质量的前提下提高工作效率，减少施工设计图中出现的问题，是充分利用工程资源，提高各阶段效率的重要方法。

工程设计从最初的手工制图，到计算机二维制图，其工作效率提高数倍。三维工程设计的实施与协同设计平台的使用为设计工作者打开了一扇新的高效能窗口[1-3]。其具有二维制图所难以比拟的优势，如数据性概括性，配置及材料统计准确性，设备及空间布局真实性，及各专业工作的协调同步性等。

1 常用三维软件的特点

目前市场上的三维软件类型众多，特点不一，需参照行业特点、用户需求、成果等多方面，充分行进调研，确定合适的软件。

(1)行业特点：单从工业行业来看，就有冶金、化工、煤炭、矿山、石化、钢铁、制造等多类，有通用的三维软件，也有为各行业量体打造的三维系统。

(2)用户需求：即用户使用该三维软件的目的，或用于环境模拟，或用于力学分析，也可用于成本核算和进度管理等方面。

(3)成果：成果可用于展示、宣传、介绍、科普等，在工程设计中，更多的是通过对三维含属性部分的描述来指导施工。

2 三维软件在有色工程设计的应用

中国恩菲工程技术有限公司化工事业部结合具体项目的实施，应用某三维软件完成了烟气脱硫项目、污酸污水处理项目、硫磺制酸厂项目等的三维设计，总结出了一套适用于有色冶炼行业工程设计的三维设计方法。

2.1 设备模型建立

在三维设计中，设备模型的制作深度不同，可简单示意，用于总平面定位，确定管嘴位置，携带设备属性信息；也可制作精细化设备，除具备以上设备简图的功能外，对设备外形细节有更细致的描述，见图1。

图1 液下泵模型

设备模型表述程度的差别，并不影响设备、材料统计，但对于需要突出效果的用户来说，精细化设备更能展现设备部件或机构特点，设备材料统计只与本项目所建三维数据库有关。

2.2 数据库建立

三维设计中的管道、管件、法兰、阀门、非标件以及材质、所参照标准都是重要的采购、施工、管理、检查参数，都通过早期的数据库来定义，准确完整的数据库是三维设计实现精细化的前提。

为特定项目建立的数据库具有针对性，符合项目特点及要求，符合设计单位的设计规范及要求，便于查询和使用。表1摘取了一部分数据库源数据，工程师根据工艺确定输送各类介质的管道及相关标准，并将此信息以列表或PID图的形式表述，作为数据库内容提纲。

根据表1所列清单，将不同规格的各种管件及材料的详细数据录入，多数材料的规格特性有国标、行业标准的支持，包括公称直径，压力等级、材料代码、标准代号、连接形式，法兰端面等，如表2。

表1 项目所需材料及标准清单

表2 输入数据内容

其中的材料代码依据各行业或企业自定的管段编码原则而定，用于同类材料统计和采买、施工。管段编码包含物流代号、管段序号、管道等级、压力等级等信息，管道规格描述格式，以及其他特殊要求，是设计文件和图纸的说明书。

由于项目数据量大，必须对输入的数据进行严格的分类审核，审核通过后才能用于工程。

在三维配管过程中，工程师在确定管线连接走向时，选取带属性的管道，为了便于选择，可设置筛选条件，通过专业代号、物流介质等进行筛选。

在经筛选设置后的工作界面下，只需确定尺寸(Size)，管线号(Line No)及保温厚度即可，减少了设计者的重复选择，提高了工作效率。上述数据可重复利用，因此必须保证数据库内容准确，及时更新，定期进行系统数据库完善和维护。

2.3 模型碰撞检查

三维模型的一个重要功能就是可通过模型碰撞检查，发现问题，提出解决方案，特别是多专业在有限厂房空间内协同工作时，设备管线及结构件等可能产生位置冲突，轻则动工修改，重则大拆重建，费时耗财。模型碰撞检查可避免此种情况的发生。 示例见图2。

图2 不同专业间的管道碰撞

界面中看到碰撞提示信息，如PIPE-EA12-01与PIPE-EA11-03碰撞，设计者便可及时定位管道，做出修改和调整。

2.4 施工图的生成

三维设计所产生的施工图具有准确、精确、表述清晰的特点。图纸名称按企业设计规范确定，并规定切图原则，包括剖视位置、角度、深度、颜色、线性、可视度等，生成平面配置图，见图3。

图3 最终平面图

经剖切之后生成的平面配置图包含图框、项目信息等内容，只需修改部分标注及图面问题就可以出图。

单管图是施工图的重要内容之一，大部分施工图文件都用于描述管道和管件，需对单管图的出图规则做详细设置，使图纸规格及深度满足施工要求。

iso图中所示管件阀门等外在形式，可以通过对前期源文件设定，标注形式可通过出图配置修改。

图框的定制可在项目前期完成，形成模块后插入所需要的图纸中即可。

最终的单管成品图中，材料表由三维软件生成，内含材料规格及属性，可自动归类统计。这是三维设计优势之一，实现材料精确统计，管件阀门图例可进行修改，以满足出图要求。

3 协同工作平台

为增强项目各参与部门、各阶段、各专业间的实时沟通，三维软件中固化了协同工作模块，可监管项目全生命周期，平台内文件具有权限限制，相关人员既能分享又不越权。图4为协同平台关系。

图4 协同平台关系图

4 三维设计的投入

4.1 前期投入

前期工作包括投标、竞争展示、可研等。前期任务为基础建模阶段，未涉及到数据库，主要是设备建模、总平面布置、效果展示。根据项目的规模、工艺复杂程度、设备量、要求达到深度等确定。实际出图效果根据具体要求而定。

图5是某项目的轴测图，可清晰直观看到各设备的外形规模及整体布局，还可展示设备间、设备与构筑物物间的关系。

图5 某项目收尘系统轴测图

4.2 施工图阶段投入

施工图阶段任务量大，必须建立完整的项目级数据库，并输入准确的设备参数。若项目前期就已经采用三维建模，则可减少20%～30%的工作量，但以下工作是必须要开展的：(1)建立、审核所用标准及数据库，建立非标设备库及相关材料库，相关专业均需参加。(2)完善项目三维模型，进行模型检验，将各专业模型汇总后统一测试。

4.3 用于交付的图纸

以某已完成的污酸污水处理车间三维设计为例，采用“粗化建模，细化管道”设计思路，从数据库录入到最终出图严格遵循上述三维设计要求，如图6。

图6 某项目污酸污水处理车间三维模型

5 总结

中国恩菲化工事业部根据业务范围、专业特点开展了多个项目的三维设计，验证了三维设计在有色冶炼、化工、环境工程领域的实用性。总结如下：

(1)三维设计对项目前期具有强大的支持性，

可系统展示核心设备和工艺流程，还原工厂全貌，提高企业前期运作的竞争力。

(2)在施工图阶段，可精确统计材料用量及规格，提高工作效率，保证工程质量，降低实际成本及损耗。

(3)促进部门、专业、设计、采购、施工等各方面协同工作，及时沟通，纠偏查错，在施工前发现并解决问题。

(4)三维软件仍存在一定缺陷，如与其它分析软件接口粗糙，定制效果较差等，制约了软件的使用范围，需要软件技术人员与设计者充分沟通，进行二次开发，以满足设计需求。

[1]庞可.三维设计技术应用及前景展望[J].电力建设，2003，(5):4-7.

[2]胡龙.三维管道设计软件在氧化铝工艺设计的应用[J].中国有色冶金，2008，(5) :21-24.

[3]尚建忠， 孟凡磊 ， 唐力，梁科山. 基于三维CAD平台的实时协同设计方法[J].机械设计， 2005，(8):43-45.

Applicationof3Ddesigninnonferrousmetallurgyproject

YANG Lei, YAO Liang

Combined with the application of 3D design in practical project, the flow and characteristics of 3D design were introduced, and its function advantages were summarized to propel the development of 3D design in nonferrous industry.

3D design; database; collision check; cooperative work

杨 垒(1985—)，男，河南新乡人，大专学历，工程师，从事三维设计工作。

B

TU273；TF02