机电管路三维设计之ABC

田永生

摘 要：在工程设计中，如何保证在有限的空间合理布置大量管道和设备，是机电专业关注的重大问题。当前，CAD技术已经愈发成熟和先进，工程设计已有过去的二维设计全面向三维设计迈进。相比于传统的二维平面设计，三维设计有其独特的优势和当下需要改善的方面。本文针对目前市场上主流的三维设计平台进行分析和比较，设计人员可以取各自优点为设计所用。

关键词：三维设计；管道；CAD技术

一、概述

随着计算机技术的发展，CAD技术也应运而生。在CAD技术的发展过程中出现许多三维设计软件产品，其中有多专业通用设计软件，也有独立专业设计软件。机电专业的设计往往需要基于水工、建筑、结构等专业，因此在一个设计机构在进行协同设计时，选用设计工具时候需要考虑多专业需求。当前，能够相对全面满足全专业的是三家公司的三个平台，分别为：

A——Autodesk，Autodesk是世界领先的设计软件和数字内容创建公司，全球最大的二维、三维设计和工程软件公司，为制造业、工程建设行业、基础设施业以及传媒娱乐业提供卓越的数字化设计和工程软件服务和解决方案。

B——Bentley；Bentley 公司是一家全球领先企业，致力于提供全面的可持续性基础设施软件解决方案。该公司的使命就是提高他们的项目绩效，以及他们所设计、建造和运营的资产的性能。Bentley 通过帮助基础设施行业充分利用信息技术、学习、最佳实践和全球协作以及推动专注于这项重要工作的职业人的发展，为基础设施行业提供长久支持。

C——CATIA；CATIA 是法国达索（Dassault System）公司共同推出的CAD/CAE/CAM软件，CATIA是达索公司的产品开发旗舰解决方案。飞机、汽车等行业设计翘楚，机械行业的王牌设计软件。CATIA具有强大的知识工程和参数化建模的功能，并允许用户自由和开放式的建立自己的标准件库。

二、平台比较

三维设计各软件是相关联的，机电管路往往需要基于建筑，水工等基础专业来设计，故而，平台比较需要从平台综合性和专业性两方面进行。

（一）平台综合功能性

所谓综合整体性比较，主要是比较基础平台的和基于基础平台多软件组合来完成设计任务的全面性和便利性，以及格式的兼容性和普及性。

A——Autodesk，Autodesk公司主要平台为AutoCAD，默认格式DWG，是目前设计行业二维图纸的标准格式。无论Autodesk公司还是其他公司的设计软件，都兼容此格式。Autodesk公司开发或收购了上百款软件，可以提供各行业设计解决方案；同时，Autodesk在CAD市场占有率多年保持第一。

AutoCAD软件自身可以提供三维设计建模功能，功能一般，提供有限参数功能。Autodesk公司旗下三维设计软件还有Civil 3D、Inventor和Revit等等，虽然几个软件面对专业不同，都可以完成三维设计工作。Revit等软件里可以方便的进行参数化设计；并且可以赋予模型的实际属性信息。Autodesk致力于提供所有专业的CAD技术，但是每个专业软件并不能很好集成和互相兼容，无法和AutoCAD这一基础软件很好的集成，是一个缺点。 Autodesk当前提供的解决办法是开发接口程序进行模型转换，信息有一定的损失，随着技术的进步，未来肯定会更好的解决此问题。

B——Bentley，Bentley公司主要平台软件为Microstation，默认格式DGN，工程设计中第二大标准，同时和Autodesk公司签署了相互认证协议，相互可以直接打开；DGN变相的成为了设计行业标准格式，用户不用担心成果交付问题，貌似不起眼的事儿对于市场推广非常重要。

Microstation，三维设计功能强大，也可以提供参数化功能，参数化功能不强。基于Microstation，Bentley公司开发和打包了面向不同行业的软件包，有Building系列、Plant系列、Civil系列和Geospatial系列等；每个系列包含几款软件，Building系列包括Bentley Architecture和Bentley Structural等，所有软件都是基于DGN格式；各专业软件建立的模型包含属性信息，可以很好满足设计需求。另外，针对参数化设计，Bentley推出了GC。Bentley围绕Microstation的基础平台可以很好解决全行业全生命周期设计需求。

C——CATIA，CATIA采用模块化定制，全模块CATIA可以满足各行各业设计需求，本身就是一个完整软件，专业整合最好，但文件格式无法被其他软件直接打开和编辑。如果对模型进行分析或者导入其他软件使用，CATIA支持一些接口来输出模型，如stp格式和igs格式等等。

CATIA最初用与设计有大量复杂曲面的飞机和轮船等。CATIA平台里集成了众多专业应用模块组，如基础设计、机械设计、设备与系统和知识工程等十几个模块组，每个模块组又包含多个具体的功能模块，各模块组的功能模块可以组合使用，三维建模能力非常强，并且是原生的三维设计平台。除了强大的曲面建模能力，CATIA另一种王牌功能就是参数化和知识工程。设计过程中，通过参数化和模板等功能，CATIA的模型复用和适应能力对设计人员是非常大的帮助，也是效率的保证。

（二）机电专业功能性

机电专业主要有大量的管路和设备需要设计和布置，三维设计平台都有相应的软件或者模块来完成专业工作。当下最流行和通用的三个平台ABC，在机电专业都有相应的解决方案。

A平台软件众多，多个软件都可以完成管路设计，此处以Revit为例。无论Revit还是AutoCAD，都一个显著特点，包含“属性”面板，在属性面板上显示图元的相关属性，颜色、线性和图层等属性；且属性面板自带编辑属性按钮，可以对图元的项和属性值进行修改。Revit里自带了管道、管道占位符和管路附件等功能，可以通过点击相应的功能按钮来进行建模设计。Revit自带许多管道的模板（Revit里称之为族，以下称族），可以方便的调用和修改族，来快速实例化建模，完成的模型不仅是几何三维的，并且每个模型图元都带有实际属性，如管道属于水油气哪个系统，口径多大，弯头标准，管材密度以及流速等等，列表中没有的属性可以手动添加，还可以自行修改其数值。设计过程中，软件会自动捕捉相连接管件的属性进行下一步设计，方便快捷，设计完成后可以输出各种BOM表和文档，也可以快速输出平立剖图纸。目前在建筑领域应用非常广泛。

B平台在工程设计中使用非常广泛，也有多款软件可以完成机电管路设计，其中管道设计最成熟的软件当属PSDS。PSDS操作方式同Microstation一致，方便设计人员上手。PSDS中可以进行各种管道设计，并且进行参数化，可以输出各种BOM表和文档，出图也相当方便，各种平立剖图纸甚至轴测图都可以快速输出，实际效果很好。PSDS还有一个特点，参数化的管道基于SQL数据库，通过安装SQL Server对数据库可以进行管理和保护。目前工程领域应用不错。

C平台过去主要应用于飞机、轮船等机械设计，当然，飞机上也有很多管道，所以CATIA里包含有设备与系统模块组，其中的管路设计可以满足专业需求。CATIAV5版本里管路设计模块定制了一套管道系统，通过软件自带功能就可以快速进行专业设计。但是，V5版里管道设计模块的定制是基于后台控制文件，而非数据库，使用起来稍有不便，但是可以通过强大的参数化和模板功能来自定义管道。可以输出材料表等功能，图纸可以另存为DWG文件。当前主要应用于机械行业内。

三、平台综合评价

当前，三维设计已经推广开来，但是并没有一个统一交付标准，市面上各种平台都有使用，各个平台也各有优缺点，

1）A平台有最广泛的应用基础，二维图纸的交付标准，这都是得天独厚的优势；Revit软件是当前建筑领域的No1，伴随着BIM概念的认可，Autodesk和Revit也將继续在这个行业里称霸。鉴于当前依然以二维图纸交付为准，Autodesk依然会有很强的竞争力，但是其软件过多，整合度不够，未来可能制约其发展。

2）B平台软件整合不错，格式与DWG相兼容，工程设计行业综合应用最好，参数化功能相对较弱，虽然近几年在此方向做了不少努力，依然是其一个短板。

3）C平台软件整合最好，软件建模功能最强大，但是其默认格式不够通用，同时，平台主要应用于飞机等机械行业，针对国内的开发和定制不足，这些都是不足之处。

综合的看，当前各平台和软件都能完成相关任务，只是难易之别。同时考虑整体性，设计人员是否喜欢主要依据所处的行业。