PDMS在海洋平台HVAC专业三维设计中的应用与开发

张 凯

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

PDMS在海洋平台HVAC专业三维设计中的应用与开发

张 凯

海洋石油工程股份有限公司, 天津 300451

海洋平台设计中HVAC专业在PDMS三维建模、系统布置图绘制等环节需要耗费大量的设计工时。为了提升PDMS在海洋平台HVAC系统设计中的应用水平,提高设计效率和设计质量,以现有PDMS的设计能力为基础,优化专业设计流程。通过对PDMS进行二次开发,完善了系统元件库和等级库,开发了出图工具,实现了利用PDMS出HVAC系统布置图、剖面图,生成材料表等功能。经实际项目验证,出图工具的使用节省了大量设计工时,可显著提高HVAC系统的设计效率和设计质量。

PDMS；二次开发；元件库；等级库；出图工具；HVAC

0 前言

Plant Design Management System(简称PDMS)由于三维设计和数据库管理功能强大、操作简单等特点[1],已在海洋平台设计过程中广泛应用并发挥了重要作用[2]。海洋平台空间相对狭小,设备、管线、托架等布置紧凑,在三维环境中实现多专业的协同合作[3],用三维设计方法建立的管道[4-6]、设备[7]、结构[8]、电缆桥架、暖通系统[9]等三维模型,能直观、真实地反映其在平台中的空间关系,利于设计中选用最优的布置方案[3]。根据项目的不同需求进行软件的二次开发,实现建模、抽图、出料等功能[10-12],可极大地提高设计质量和设计效率。由于海洋平台详细设计阶段周期短,且多专业协作工作量大,HVAC专业PDMS三维建模、系统布置图绘制等各环节均需要耗费大量的设计工时[13]，为了提高PDMS在海洋平台HVAC专业的应用水平,提高设计效率和设计质量,需以三维模型为中心,对专业设计流程进行优化,并进行软件的二次开发等相关工作。

1 PDMS应用现状

图1 常规HVAC系统设计流程

常规海洋平台HVAC系统设计过程中使用PDMS的主要功能是三维建模和检查碰撞。将暖通空调的设计三维建模,可以直观地检查与其它专业的相互位置和关系,检查碰撞,实现各专业的空间设计优化。常规HVAC系统设计流程见图1。设计过程中,对平面文件进行修改后,还需在三维模型中进行修改。若在三维模型中出现碰撞,则在三维模型中修改后还需在平面文件中进行修改,二维设计与三维建模出现脱节,不但设计效率较低,而且平面文件和三维模型不同步,容易出现错误。整个设计过程中PDMS仅仅作为检查碰撞的工具,没有充分发挥其三维设计的能力。

2 PDMS的二次开发

为了提高HVAC系统设计的工作效率、简化设计流程、提高设计质量、充分发挥PDMS的设计能力、加强专业间的协同设计能力,以现有PDMS的设计能力为基础,加深PDMS在HVAC系统的设计能力,对软件进行二次开发[14-17],以实现采用三维设计的新方法进行HVAC系统设计,加深PDMS在HVAC系统设计中的应用程度,提高HVAC系统设计的效率。

2.1 PDMS的应用前景

在PDMS中进行HVAC系统三维设计的方法使设计流程发生了根本变化,其过程可总结为:在设计计算完成后,经过空间规划,直接在PDMS中进行风机、风管、风闸等系统元件的布置设计,同时可以实时检查与其他专业的交叉碰撞问题,及时协调解决碰撞。然后从三维模型中切出平面布置图。其设计流程见图2。

图2 HVAC系统三维设计流程优化

HVAC三维设计方法的采用,充分有效地利用了PDMS的三维设计能力,大大加强了对PDMS的使用深度。与现行设计方法相比,直接在PDMS中进行系统的三维设计,实现了三维模型与平面文件的完全统一。利用出图工具,可以从三维模型中直接定制、抽取系统布置图及局部详图,减少了人工利用AutoCAD软件绘图出图的过程。同时,系统可自动提取元件的相关信息并统计生成材料报表,减少了元件和材料统计的工作量。此外,随着出图工具的强化,支架图及安装详图的出图工作也可在软件中实现。因此采用三维设计的方法大大减小了HVAC系统设计的工作量,显著提高设计效率和设计质量。

2.2 二次开发的主要工作

为了实现HVAC系统三维设计的功能和要求,需要在软件现有功能的基础上对软件进行二次开发[18],细化元件的参数设置,完善HVAC系统数据库,开发出图工具。

2.2.1 HVAC元件库的梳理

梳理HVAC系统元件库的数据层次,整理HVAC系统设计中常用元件的种类及各元件的特征参数。掌握如何创建暖通元件、元件描述,数据集的定义和使用,元件设计参数的定义,暖通等级库的建立,调用程序的建立与编辑。

2.2.2 HVAC系统标准元件库的建立

2.2.2.1 修改元件描述

在目前HVAC元件库中,元件的描述都是默认的,为了配合出图及材料统计的要求,必须根据需要修改元件描述。

2.2.2.2 增加新元件

虽然PDMS自带的元件库中包含许多常用的元件,但远不能达到HVAC材料统计和HVAC出图及标注的要求,所以根据海洋石油平台的需要在软件自带元件库的基础上进行细化,新建了一批元件并对原有的元件进行维护,如对风闸进行细化,在防火风闸的基础上建立了重力风闸、止回风闸、容积风闸等。

2.2.3 HVAC等级库的完善

为了达到出图要求及设计要求,需要完善海上平台风管的材料种类和等级,细化风管的规格、厚度、标准长度、连接型式等参数。

2.2.4 HVAC出图工具开发

在现有出图工具的基础上进行开发,实现局部详图、材料表、标高、元件编号等功能,达到出图要求。

3 HVAC系统元件库的完善

PDMS是以数据库为基础的三维设计软件,而三维建模,最终成品的正确、可靠,以及设计效率的提高,都建立在完整的元件库和等级库基础之上。建立通用的元件库和等级库,以便在所有的工程中得到利用,随着三维设计的积累,元件库、等级库不断的完善,设计效率将会得到极大的提高。因此,标准元件库的建立是进行二次开发的一项重要内容[19]。

3.1 Paragon模块介绍

Paragon模块用于建立元件库的维护,在可视化环境中可以定义各种复杂的元件,特殊元件的建立不需要编程。Paragon的“所见即所得”功能,可以立即看到每一次改变后的效果；特殊元件的建立不需要编程；创建等级,包括管道等级、管嘴等级、电缆桥架等级和钢结构等级等所有的PDMS等级。

3.2 建立新元件

3.2.1 项目建库过程

项目建库过程,一般在建立模型之前启动进行。其主要步骤为:

1)确定建库内容,参考项目总料单。

2)元件编码和连接形式代码。

3)元件描述格式。

4)准备相关数据表。

5)创建项目元件库。

6)生成等级,测试完善元件库。

元件库的维护将一直延续到项目结束。

3.2.2 生成元件的标准步骤

1)生成管理层次。

2)确定参数。

3)生成元件,输入参数。

4)生成点集。

5)生成型集。

6)创建详细描述。

7)创建材料描述。

3.2.3 元件的命名

PDMS要求数据库中的每一元素有且只有唯一的命名,需要在PDMS提供的标准编码规则的基础上对元件的命名进行扩展,创建符合命名规则的元件。

3.2.4 元件描述

元件描述主要用于描述元件的几何形状和特性,在生成等级、材料报表、Isodraft料单中都要用到,涉及到出图表达的正确与标准。PDMS保留了3个属性用于元件描述,分别是RTEXT、STEXT和TTEXT。在本项目中主要是在RTEXT与STEXT,RTEXT中写入描述字符串,三个属性的用法完全一样。需要确定本项目ISO图、等级列表和材料报表中所用的属性,保证所用到属性的正确完整描述。在ISO中缺省使用的是RTEXT,INTERFACE B对应STEXT,INTERFACE C对应TTEXT。

3.2.5 特殊元件的添加

根据工程所需添加一些特殊元件,此类元件可能存在较多的PPOINT点,在元件建立过程中,尽可能将元件PPOINT点归类,只设置两个关键点,其他的点作为辅助点来考虑。另外,需要注意此类元件的SKEY(Symbol Key)的选用或定制,保证ISO出图符号正确。

3.3 建立新元件

独立创建新元件的过程比较复杂,需要单独创建等级、点集、型集,添加描述等一系列操作,而大部分需要生成的元件都可以找到与之相近的元件,只要在已有元件的基础上进行修改即可建立完全参数化的元件。例如系统的元件库已有防火风闸,我们在建立重力风闸、止回风闸、容积风闸时只要将防火风闸的等级和元件进行复制,在防火风闸的基础上进行适当修改即可,避免了大量的重复工作,提高了工作效率。

3.4 创建数据文件

新元件在创建完元件库和等级后,还需要修改并创建新的数据文件,将新生成的元件加入到PDMS中。需要修改的数据文件包括元件分类文件、子类型文件、参数赋值和等级调用函数、元件创建函数、图片信息调用文件、元件修改文件、元件创建和修改的窗口文件等。PDMS中数据文件都是用PML编程语言进行开发的。

3.4.1 PML编程语言介绍

Programmable Macro Language(简称PML)是功能强大的可编程宏语言,PML 2基于面向对象(Object Oriented)概念的编程语言,支持用户可自定义对象类型(Object Types)。该语言简单易学,可实现与PDMS无缝连接,且其包含丰富的内置函数,方法及对象,是最简单的对话框、菜单编写语言。

3.4.2 修改及新建的数据文件

数据文件的主要功能是将新元件添加到PDMS的创建与修改菜单中,并对相关数据进行定义。需要修改及新建的数据文件存放地址为软件的安装文件夹下AVEVAPdms 11.6.SP 4pdmsuideshvacadv。新建一个元件至少需要修改4个数据文件及新建4个数据文件。

数据文件创建完成后,进入Design->HVAC模块,选择Create->Rect->Options或在下拉菜单中都可看到新建的元件,说明新元件创建成功。

使用相同的方法,创建了A型、B型、C型法兰,矩形止回风闸、重力风闸、容积风闸,圆形止回风闸、重力风闸、容积风闸,矩形穿舱件,圆形穿舱件,矩形不锈钢丝网,圆形不锈钢丝网等元件,大大丰富了HVAC元件库的类型和功能,为实现HVAC系统的平面出图和材料清单做好了准备。

3.5 建立新元件的注意事项

1)建立新元件时,一般选择与生成元件相近的元件修改得到,这样便节省了创建点集跟型集的过程,大大加快了生成新元件的速度。

2)修改数据文件时,应注意修改的内容只局限于与元件和元件数据文件相关的内容,不可擅自修改其它的数据格式和数据定义。

3)非标准元件根据项目的实际情况进行特殊设计。在元件库中先添加一个类似的元件,同时在描述中加以注释,得到厂家提供的资料后再对元件库中此种元件的属性数据进行修改,保证了元件数据的准确性。

4 出图工具的开发

4.1 目前应用状况

目前,PDMS提供的基本出图功能[20]可以实现HVAC风管布置、设备剖切及投影,绘制二维图形,使用Symbol符号标注,对不同的View提供单独的draw list。

4.2 开发需求

根据HVAC系统设计的需求,对出图工具的主要要求为:

1)需要出图的图纸为带MTO的HVAC系统布置图;

2)出图方式为按区域划分出图区域;

3)确定图面内容深度以及局部详图的出图位置及出图区域大小;

4)布置图出图内容包括风管布置主视图、局部剖面详图、材料表等,图面细节包括主视图及局部详图中材料表对应的元件编号、元件替代符号、流向符号等;

5)材料表可以与上一版次作对比进行保留材料序号的更新,图上FLANGE、BOLT、NUT信息由客户提供对照表生成材料表行;

6)材料表所统计材料根据客户提供的分层信息进行统计。

4.3 出图功能简述

使用出图工具,用户可以通过交互式操作实现出图。其可实现的功能有:

1)PDMS出标准图。利用PDMS标准功能,用户通过设定Drawlist、选定Style和Hatching Rule等,生成HVAC系统平面布置图。

2)局部详图。通过此功能可以实现抽取局部详图,用户可在标准图上使用鼠标点选剖切面和输入标高范围并确定局部详图大小以及位置,并对标高进行标注。此项功能可以大大简化局部详图的出图过程。

3)HVAC符号替换。为了使设计出图标准化,用户从设计详图及局部详图中使用Symbol模板标注HVAC。需要在出图时使用符合替换的元件包括风机、热风机、防火风闸、止回风闸、重力风闸、容积风闸等,目前已完成元件替换符号的开发。

4)生成材料表。通过上述已出的布置图,依据建模过程中选择的角钢、用户提供的法兰、螺栓、垫片对照表统计材料。此项功能可以实现材料统计的自动化及材料统计的精细化管理。

5)标记元件序号。在统计得到的材料表中按元件对应序号标注设计详图、局部详图的序号。此项功能可以实现元件标注的自动化。

6)更新材料表。用户可以在DESIGN模块修改后选择重新统计或依据上一版材料表进行更新材料表,更新后材料表序号标记如e所述。此项功能可以实现图形升版时材料表的自动更新统计。

5 结论

通过学习PDMS在其他相关专业的先进应用经验,结合软件的功能对HVAC专业的设计流程进行了优化,并根据项目要求完善了软件的元件库和等级库,制定了可行的元件建立规则,开发了出图功能,可出标准图、剖面图、料单等。通过项目实践证明,新开发的系统元件库和等级库可满足项目精细化建模的要求,实现模型与实物的对应。抽图工具可快速抽取HVAC系统布置图,并附带自动统计料单,实现了二维图纸与三维模型的同步更新。极大地提高了HVAC系统的设计效率和设计质量,值得进一步推广应用。

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10.3969/j.issn.1006-5539.2016.05.014

2015-12-16

张 凯(1982-),男,山东邹平县人,工程师,硕士,主要从事海洋石油平台HVAC系统及机械专业研究与设计工作。