Bentley三维设计在LNG工程中的应用

中国市政工程华北设计研究总院有限公司 赖建波 王宏那 宿向超

LNG场站工程大多工艺管道复杂，在项目施工图阶段，通常除了需要设计给出平面图和立面图外，还需要设计给出每条工艺管道的轴测图，以便于安装。为了解决设计中可能出现的管线碰撞等问题，利用三维软件设计出整体场站的设备和管道系统就显得尤为重要。

使用Bentley三维场站模拟设计，可以最大限度减少设计中管线碰撞及对接错误，同时提供工程量统计以及用于现场施工与管线设备安装的指导工作。目前此三维设计已经应用于我院《LNG应急调峰站扩建工程》、《LNG分销转运站》、《油改气项目》等多个施工图项目。

图1 卸车增压气化器三维模型

1 前期准备工作

1.1 设备模型建立

Bentley OpenPlant是一款专业的三维工厂设计软件，设计人员可以根据自己在二维设计中积累的习惯和经验快速地建立三维建筑模型并自动生成平立剖面图，相比二维设计能够提高效率，减少工作量，对于复杂项目优势尤为明显。软件根据功能分多个模块，市政燃气项目重点在于场站管线布局，可使用其功能模块OpenPlant Modeler(OPM)进行管线的布设，只需要将管线按照工艺流程图中的管线编号进行命名，系统可自动创建编号图层进行管线及附件的分类，以方便后期的材料统计，项目中所需设备通过自定义设备的方式进行创建。如图1所示为应用软件所建立的卸车增压气化器。

1.2 数据库建立

对于一个 LNG场站的项目设计，一般遵从统一的设计标准，比如国标、化工标准或者欧标。为了使得三维设计中的管道及附件的属性都符合项目所定的设计标准，必须首先建立相应的数据库。这就可以应用到 Bentley软件中的类编辑器模块catalog editor(CE)和项目专用数据库生成器specification generator（SG）。首先利用类编辑器建立符合标准的总数据库，相当于涵盖全系列标准的比较全面的数据库，再利用项目专用数据库生成器选出适用与本项目的数据建立专门数据库。

数据库的初期建立是比较耗时的工作，包括对管道、三通、弯头、阀门、法兰、垫片、紧固件、支架等。刚开始时，可以只建立跟项目相关的数据库。之后再做其他类似项目时，只需要提取该项目专用数据库即可，并对其进行扩充完善，无须重复建立。数据库建立后，便可以开始在OPM中开始三维设计。如果在过程中发现数据库中有缺失，可以随时填补更新数据库。

2 建模及出图

2.1 场站管线综合设计

在OPM中通过添加设备和管道及附件，建立三维场站系统。如图2所示，为完成的市政燃气项目工艺管线繁多、排布紧凑、交错频繁，二维施工图设计中极易出现管线碰撞，通过使用OPM构建全场站工艺管线，可以对管线之间的关系做到全面清晰地把握。三维设计可以使得在狭小空间内处理好各专业管线的空间布置关系以及转弯处标高的相互协调，利用三维模型的直观性的帮助，方便了各专业的协调设计。三维模型对于复杂的管线综合协调及解决局部空间的碰撞冲突方面起到很大的辅助作用，有效提高了工作效率，降低变更成本。

图2 油改气项目(供气工程部分)三维设计效果

2.2 轴测图设计及出图

由于LNG工程中的工艺管道繁多复杂，LNG项目的施工方通常要求设计给出每条管道的轴测图。通过Bentley OPM输出的i-model文件，利用Bentley软件中的轴测图管理软件Isometric manager，经过自主编程，可以自动生成完全符合本院出图模式和标准的管道轴测图，如图3所示。通过自主设计，管线的轴测图均自动生成，提高了轴测图的绘图效率，同时确保了轴测图中管道及附件长度的准确性，解决了管道及附件的空间精准定位问题。目前，我院利用Bentley OPM完成的三个项目设计已经累计输出了上千张轴测图，如果使用人工二维单张进行绘制，可想而知将耗费大量的时间和人力成本，并且还无法保证准确性和完整性。因此在轴测图出图阶段极大地缩短了设计周期，保证了项目的高效性和精准性。2.3 施工图表达

Bentley OPM还可以从模型中自动生成平面图(如图4)及任意位置剖面图，设计人员只需在相应的图纸上添加尺寸标注和文字标注，非常方便，在充分的前期工作前提下，后期的出图变得简单快捷。

图4 自动生成的平面图效果

3 后期统计及展示

3.1 材料统计

完成三维场站设计后，即可对系统进行材料统计。在轴测图设计出图的同时可列出本段管线所包含的所有管件的统计材料表和管线的分段长度统计列表，分别如图5和图6。OPM的报表功能可以自动生成工艺管道及附件的统计表，通过对清单方案的设置，可以自定义显示模型元素的相关参数。对于各种类型的元件，可以分类进行报表，即直管段、弯头、三通、阀门等可以各自生成相应统计表，也可根据管线编号统计出每个编号的管线中的管段管件。也可以将软件生成的统计表导人EXCEL，配合筛选和分段求和等函数命令，可以方便的实现依区域、管线编号和设备的组合式统计，不同类别、规格管线的分类统计等，如图4所示，为西安工程中部分管段的阀门统计列表。

图5 轴测图中本段管线的材料表统计截屏

图6 轴测图中本段管线的分段长度材料表统计截屏

图7 Bentley OPM报表自动生成的阀门统计表截屏

3.2 成果展示

利用Bentley软件中的巡航器Navigator，可以实现在完成的三维场站中任意路径行走，以及按自定义路径生成视频。如图8所示是设定以人的高度视角观察场站管线和设备。另外，可以将设计成果导入到其他软件如Google earth中查看，也可以输出清晰的pdf和图片格式的任意角度的项目成果。此功能提供了良好的项目设计成果展示，使得与施工的配合变得容易，利于施工指导工作。图9和图10为两项完成的项目成果。

图8 navigator中的场站管线和设备

图9 LNG分销转运站工艺装置区成果

图10 LNG应急调峰站扩建工程气化工艺装置区成果

4 结语

采用Bentley三维设计与传统的CAD二维设计相比，增加了数据库创建和设备模型建立这两个阶段，而且，这两个阶段在整体设计周期中占用时间也较多，因此在首个项目的设计周期两者差距并不大，见表1。

表1 设计周期对比表 单位：d

可以看出，采用三维设计进行第二个相似项目则所需要的周期则明显缩短，而且随着类似项目数据库不断补充完善，设计用时还能减少。据估算，较之传统的二维设计方式，通过三维设计可节省时间至少20%。由于人工时的节省，意味着项目节约成本约5%。

利用功能强大的 Bentley软件，将三维设计手段引入燃气市政项目，利于施工的表达，提高设计和出图效率。

Bentley三维设计以其具有出色的展示效果，全新的出图、统计方式，以及能够在设计阶段杜绝错漏碰缺，值得在燃气项目中推广应用。同时，由于缺少相应行业的数据库，自行创建设备及数据库文件较为耗时，影响设计效率，因此要推进市政燃气行业的三维设计应用，仍需要不断跟进相关项目，对标准数据库进行完善和扩充。