CADWorx在小型化工EPC项目中的应用

濮宇凌

(杭州杭氧化医工程有限公司，浙江 杭州 310014)

CADWorx在小型化工EPC项目中的应用

濮宇凌

(杭州杭氧化医工程有限公司，浙江 杭州 310014)

概述了应用三维工厂设计软件的必要性和不同软件的比较。着重介绍CADWorx在某硫化氢提浓EPC项目中的应用，包括设备建模、碰撞检查、材料管理、模拟培训等工作，体现了该软件对EPC总承包项目的重要作用。同时，笔者提出一些深入应用的前景，供类似项目参考。

CADWorx 三维工厂设计 EPC项目

近年来，在建设主管部门的大力推广下，EPC(设计采购施工)工程总承包发展十分迅速，已成为工程承包的主要实施模式。采用EPC承发包方式和传统的设计、施工分开承发包相比具有许多优势：比如更有利于建设责任的追索；更有利于实现设计、采购、施工、试运行等各阶段工作的深度融合，提高工程建设效率，优化工程建设周期等等。在EPC工程总承包模式下，设计在整个工程建设过程中占主导地位，在设计时就考虑采购和施工，提高设计的可建造性。这也促使各专业设计人员在设计中逐渐引入先进的设计软件。对化工项目而言，在详细设计时采用三维工厂设计软件是有效提高设计和工程质量、有效控制项目成本、适应EPC工程总承包模式的必由之路。

1 三维工厂设计软件应用的必要性

随着工程复杂程度提高，计算机和互联网的普及，新一代信息技术与传统行业深度融合，引发影响深远的产业变革，形成新的生产方式、产业形态。对工程建设领域来说，三维技术的应用、数字化交付的推进，使得勘察设计进入一个新的时代，EPC工程总承包企业可以借力信息化建设，促进设计、采购、施工等各阶段工作的深度融合，实现技术、人力、资金和管理资源的高效配置，提高工程建设效率和水平。这就要求设计文件不能停留在以往的用2D方式呈现设计文件，而是要具备可视化、协调性、模拟性、优化性、信息完备性、信息关联性、信息一致性等特点。而三维工厂设计软件可以把拟建设工厂的所有元素以三维立体的形式呈现出来，形成一个完整直观的虚拟工厂，提高设计过程的人机界面友好程度和设计成果的可视化效果，提升设计工作的数字化程度，大大提高EPC项目的运行效率和准确性。但是，当前国内比较普遍的情况是：三维软件在大型化工项目中的应用已非常普遍，建设单位甚至会在合同中明确要求采用某个三维软件；但当项目的规模较小时，设计人员通常仍按传统设计方法与习惯，采用非智能CAD工具完成。事实上对于EPC项目而言，工程质量、成本、进度的控制并不会受限于项目规模的大小[1]。碰撞检查、精确的材料清单、自动单线图、双向链接分析等应适用于所有项目。

2 不同三维工厂设计软件的选择和CADWorx的优势

因为国内工程建设行业的高速发展，目前在国内有应用的三维工厂设计软件多达十余种，绝大部分为国外公司研发。其中应用比较广泛的有：美国Intergraph公司的PDS、Smartplant3D、CADWorx；美国Autodesk公司的AutoCADPlant3D；英国AVEVA公司的PDMS[2]；美国Bentley公司的Bentley PlantWise、AutoPLANT等。此外还有国内公司开发的SPDA,PDSOFT等。每款软件各有优劣，需要根据公司情况和项目特点具体选择。

AutoPLANT和PDS属于老一代的三维设计软件，红极一时，但目前均已停止更新。PDMS和SmartPlant 3D则是目前的两个领军软件。其中PDMS在国内市场占有率很高，适合大中型项目。CADWorx是美国 Intergraph公司开发的基于AutoCAD平台的产品，采用参数化绘图，模型由2部分组成：1部分是dwg格式的模型文件，1部分是项目数据库，数据库文件和模型文件关联，可以做到自动更新。软件带有国标Catalog，容易上手，兼具灵活性和便捷性，性价比较高，目前在国内中小项目上的应用很广。

考虑到CADWorx三维工厂设计软件发展较早，技术成熟，在国内占有较大的市场份额，成功应用的案例很多。它在国内的代理公司——北京市艾思弗计算机技术有限责任公司，是一家专门从事软件代理及技术服务的专业公司，成立多年，它的培训和支持服务在业内有良好的口碑。再结合产品的采购、运行、培训等费用，从项目的投资回报率来看，CADWorx无疑是中小型项目开展三维工厂设计的首选。该软件三维模型设计在计算机上可动态、直观地展示出工厂或单元装置建成后的实际情景；还可自检并发现模型设计中的错、漏、碰、缺，以保证设计质量，有利于业主更客观、准确地作出决策，有利于施工控制及生产维护；此外还实现了3D管道模型与管道应力分析之间的双向可接。比如在某硫化氢提浓项目中的应用，就很好的体现了CADWorx的信息化、数字化优势。

3 CADWorx在某小型EPC项目中的应用

某硫化氢提浓建设项目，以上游装置产生的含硫化氢酸气作为原料气，以低温精馏分离法作为主要工艺，设计处理能力为～3000Nm3/h，并配套建设氨蒸发制冷系统。该工艺的主要缺点是设备较多，为了节约用地，使整体布局紧凑，占地面积小，采用低温冷箱形式将相关的换热器、气液分离器、精馏塔等设备组合到一起。该项目采用EPC总承包模式，考虑到项目建设周期、设计深度等因素，决定选用CADWorx三维工厂设计软件进行设计。

3.1 利用Equipment和Box模块搭建冷箱模型

本项目所用冷箱上不同规格工艺管口多达50余个，仪表管口多达20余个，且主要集中在某些区域。比如在EL+3700平台上，就集中布置了12个各种规格管口，部分管口中心距不足400 mm。这就导致现场施工时施工单位自主调节的裕量很小，要求设计文件尽可能准确。利用CADWorx的Equipment模块，可以准确定义管口的各项参数，精确定位管口位置，真实反映管口形式和尺寸。

但Equipment模块不足之处在于采用的是参数化模型拼接与调整尺寸模式，对难以简单参数化的设备支持不好，用该模块对冷箱建模较为繁琐。事实上对于冷箱而言，在工程设计时，真正用到的往往是设备的极限尺寸和管口信息，对于设备局部结构的详细尺寸关注不多，在建模时可以做适当简化。因此，考虑到该冷箱整体上近似为长方体，故模型以细长型长方体+多层操作平台呈现。利用CADWorx的Equipment模块结合AutoCAD的Box模块，可以快速准确的建立冷箱三维模型，为后续高质量配管工作打下坚实的基础。

3.2 利用ClashView模块检查碰撞

本项目采用的冷箱较小，水平方向长和宽均不足4m，高39m，冷箱上不同规格工艺管口众多，并且主要集中在冷箱正面，而冷箱操作平台仅有1.2m宽。这就导致操作平台上的管线数量众多，互相穿插，布置错综复杂，设计中极易出现碰撞。如果采用传统的二维设计方式，依靠设计、校核人员目视和空间想象检查碰撞，无疑是低效的，而且会有遗漏。三维设计的一大优势在于可以让工程师在计算机里完成模拟施工，提早发现错误，使项目施工过程中出现的碰撞问题能在设计阶段发现并得到解决。CADWorx提供了强大的碰撞检测模块——Clash View，能够快速准确检测出内部实体模型的干涉碰撞及不连续等，保证模型的准确性。通过设置碰撞检测规则，可以实现管道与管道、管道与设备、管道与建筑结构等专业之间的碰撞检测。

图1 冷箱三维模型Fig 1 Cold Box 3D Model

除了三维模型中各实体的碰撞外，实际现场施工时，很多碰撞往往出现在管道和设备绝热施工时，即管道本身没有与其它实体发生碰撞，但管道的绝热层与其它实体发生碰撞。现场施工碰到此类问题时，会非常头疼，因为在进行绝热施工时，管道的安装、试压、吹扫均已完成，施工已经接近尾声，调整管线的成本高昂。而二维设计又很难发现此类问题。CADWorx自带Insulation View模块，可以配置管线的各项绝热信息，Clash View模块中可以设置相应规则，决定绝热信息是否参与管道碰撞检查。通过碰撞检查，能够及时发现和纠正设计中产生的碰撞问题，避免这些问题在施工过程中出现，提高了设计质量，降低了项目成本，提高项目管理效率。

图2 碰撞检查结果Fig 2 Results of Clash Check

3.3 利用BOM模块优化EPC项目材料管理

EPC总承包项目往往工期要求短，设计与采购必须交叉进行。比如本项目在实施过程中，为加快进度，当详细设计进行到70～80%时，要求设计人员提供主要材料汇总表供施工和采购招标。大多三维工厂设计软件均可以高效的统计材料并输出为dwg、xlsx等格式。之后详细设计完成，出版施工图材料表，相比招标材料表必然存在一些变动，此时如能提供这两个版次材料的增减变化一览表，将会有效提高采购效率，减少采购差错。如果采用手工对比，费时费力且容易出错。此时可以利用CADWorx的Custom Data给元件添加需要的字段(相比ISOGEN Data，Custom Data可以添加到模型和数据库中，也可以体现到单线图和材料表里)，然后在BOM模块中设置所需的BOM Columns，把字段添加到材料表中，再利用excel的index、lookup等函数，就能快速得到对比结果。

此外，根据需要还可以在该表的基础上增加合同采购量、一批到货量、二批到货量、实际施工缺料量等栏目，或者结合采购管理系统，利用前述的Custom Data为每个材料设置采购编码[3]，做到随时掌握各种材料的到货情况，提高施工和采购效率，避免材料浪费。

表1 材料增减变化一览表Table 1 Materials Change Table

3.4 利用三维动态漫游进行模拟培训

本项目为新建项目，建设单位此前没有此类装置的操作经验，加之本项目采用EPC工程总承包模式，建设单位在建设过程中的参与度较低，由此导致了建设单位的操作、管理人员对整个装置的熟悉程度偏低，为今后的培训、开车、生产运营工作带来诸多困难。而随着项目的三维化，在装置实际建成前，就可以利用三维动态浏览等功能，对操作、管理人员进行互动式模拟培训，使他们快速掌握装置内设备、管道、仪器、仪表等的布局、构成、功能及操作、维护的通道及步骤。不必再等到装置基本建成后才开展，大大缩短了人员培训周期；直观的模型也能快速提高认知度，减少培训时间。

4 结论与展望

三维工厂设计软件不但极大的提高了设计文件的准确性和深度，还能为设计师完成一部分标准设计的定制工作，让设计人员从繁琐的重复工作(比如传统的二维平面立面管道布置设计、人工统计管道材料、人工汇总综合材料等)中解脱出来，把注意力的重点转移到项目本身的技术性问题和需要与其他专业协调的方面上去，减少设计错误。最终的带来是整个EPC项目的质量提升、进度缩短和成本降低。

三维工厂设计的发展前景十分广阔。首先，目前三维工厂设计软件在较多项目上还停留在工艺专业一家独领风骚的位置。事实上，在工程设计的其他专业，比如建筑结构、给排水、电气、自控、暖通等专业，完全可以实现三维化，并朝着多专业的设计协同发展。其次，因为设计文件是整个项目的基础，三维工厂设计软件也可以应用到工程建设的其他方面。比如三维设计完成后，项目涉及的各个分部工程也相应确定，利用软件内置的统计汇总功能和二次开发可直接生成各类建构筑物、设备、材料的统计报表，为确定工程量清单提供了明确的依据，进而可对项目的工程造价进行有效控制。此外，在施工管理等方面也能发挥相当大的作用[3]。

[1] 把握机遇，掌控未来，大中华区迅速发展的CADWorx及分析软件解决方案[J]. 石油化工建设，2013.3：24～26.

[2] 张树森. Autoplant三维软件在选煤厂设计中的应用[J]. 煤炭工程，2013，(7)：20～22.

[3] 梁亚栋，刘三军，罗智平.PDMS 3D 的工程化应用[J]. 山东化工，2014，43(7)：157～158.

ApplicationofCADWorxinSmallChemicalEPCProject

Pu Yuling

(Hangzhou Hangyang Chemical & Medical Engineering CO.,LTD.，Zhejiang Hangzhou 310014)

The necessity of applying 3D Plant design software and the comparison of different software were summarized. CADWorx application in a hydrogen sulfide concentration EPC project, including equipment modeling, clash detection, material management, simulation training, etc. was introduced. Meanwhile, Some prospects for further applications were put forward, as reference for similar projects.

CADWorx 3D Plant design EPC project

10.16597/j.cnki.issn.1002-154x.2017.03.011

2017-02-21

濮宇凌(1985～)，男，本科，工程师，目前从事化工工艺及管道设计工作。E-mail：yulingpu@163.com