国内新建糖厂三维设计的应用

李进华，覃键锦

（中国轻工业南宁设计工程有限公司，广西 南宁 530031）

1 概述

我国的糖厂设计由开始时利用板尺进行手工绘图，逐步发展为使用AutoCAD软件进行计算机的辅助设计。随着工业化与信息化深度融合发展，糖厂设计行业竞争日益激烈，传统的二维计算机辅助设计在糖厂管道设计以及复杂的碰撞问题上已经不能满足设计人员的需求。据统计超过70%以上的企业因设计图纸表达不清而增加投资，二维辅助设计极大地限制了设计效率、增加了设计成本。近年来，随着计算机技术的发展，三维辅助设计可以有效的避免设计中出现的碰撞问题，解决二维辅助设计的难题，提升工程图纸质量和出图速度。目前，三维辅助设计技术作为提升企业信息化水平的重要平台，已成为国际高水平工程公司进行工程设计、施工、管理的重要辅助手段。

AutoCAD Plant 3D集多种三维工厂软件的优点，可以与AutoCAD平台实现无缝集成，支持数据库建立，具有建模操作速度快，修改编辑简单，使用人员上手快，维护成本低等优点。而且包含支持Revit、Inventor等软件的数据迁移，很适合糖厂的3D设计。

本文根据本公司承接的国内某日处理12000吨的甘蔗糖厂新建项目为背景，重点介绍糖厂澄清加热蒸发车间进行三维设计的方法和步骤，为国内糖厂三维设计提供基本思路。

2 车间工艺布置三维设计的步骤

利用AutoCAD Plant 3D软件进行糖厂车间工艺布置三维设计，主要可分为5个阶段，如图1所示。

图1 糖厂车间工艺布置三维设计基本步骤

2.1 元件库、等级库建立

2.1.1 元件库建立

三维设计软件中自带有管嘴、管道及管件和阀门等可以体现管道信息的元件库，但软件中自带元件都是按照国外标准如德国DIN、美国ASME等构建，因此，针对国内糖厂项目，必须建立一个符合我国国家标准如GB、HG等的元件库。国标的元件库建立界面，如图2所示。

图2 国标的元件库建立界面

2.1.2 等级库建立

三维管道模型是由等级库驱动的，在配管时，管道等级库能提供材质、等级及连接等详细信息。等级库建立根据管道介质特性从多个元件库中提取部分管道、管件、法兰及紧固件及阀门组合而成。因而，等级库会根据具体项目会有所区别。针对本糖厂项目，建立了10个等级库，如表1所示。

表1 糖厂项目三维设计等级库说明表

2.2 项目建立及设置

AutoCAD Plant 3D是通过项目来管理的，因此首先要新建一个符合本糖厂车间的项目，并通过项目管理器来设置项目信息和组织各种图形文件，如P&ID图、三维管道图、正交视图等。

2.3 设备建模

糖厂工程项目，其澄清加热蒸发车间主要包括加热器、蒸发罐、冷凝器、沉淀池及配套设备、硫熏器及配套卧式箱体、上浮器及配套箱体、立式箱罐、泵群等主要设备，以上设备都为简易设备，都可由AutoCAD Plant 3D利用设备的二维设备图纸或设备图片通过其内置设备完成三维轮廓构建，创建为3D模型，建模界面如图3所示。如需准确详细的外部模型，也可通过Inventor创建后导入。完成的3D设备模型可另存为样板文件，供本项目使用和未来承接糖厂项目调用，如图4所示。

图3 糖厂项目车间设备建模界面

图4 糖厂项目车间部分设备建模样板库

2.4 结构模型

在后续对车间进行设备布置、管道布置、支吊架布置等时，为检测与结构梁、柱等杆件是否存在干涉等问题，可以使用AutoCAD Plant 3D创建结构模型，其绘制的三维结构模型为简易模型，操作界面如图5所示。

图5 三维结构模型操作界面

同时为提高软件的交互性，还可将Revit中建立的结构模型保存为dwg格式，导入到AutoCAD Plant 3D中。由工艺专业设计人员使用AutoCAD Plant 3D进行简单结构模型，供后期管道布置使用。

2.5 车间三维布置

2.5.1 车间三维设备布置

糖厂车间设备布置受工艺、土建、自然条件、操作条件等诸多因素影响，布置是否合理直接影响到糖厂能否顺利运行。

糖厂工艺车间包括压榨、过滤、澄清加热蒸发、煮糖、装包等，通常各个车间由不同的设计人员负责，因此为便于后期施工图的装配，首先应将糖厂总图附着到项目中，以总图中的澄清加热蒸发车间作为三维设备布置的作图空间。其次将结构模型导入到车间相应位置，完成车间主体框架的构建。最后利用设备样板调用设备，通过移动等命令完成设备的精确定位。

2.5.2 车间三维管道布置

糖厂澄清加热蒸发车间内管道主要用于输送不同锤度的糖汁、糖浆、汁汽、混合蒸汽、冷热水等介质，是工艺之间相互衔接的纽带，在整个生产中起至关重要的作用。三维管道布置是在三维设备布置图的基础上，将设备之间的相互关系通过管道和管件进行连接。在布置管道时，要根据管道的介质特性选择对应的等级库，并对管线进行命名，然后再进行拉管布置。例如，糖汁、糖浆等物料在布管前，应选择10SS1等级库，布管时软件会根据设备的管嘴信息自动配对法兰及紧固件、管道等，而且当管道与管道、结构等之间发生碰撞时，一目了然，可及时修改，非常便利。图6是正在设计中的糖厂澄清加热蒸发车间设备和管道布置局部三维模型图。

图6 设计中的糖厂车间设备和管道三维布置局部模型图

2.6 碰撞检查

利用碰撞功能自动检测是否存在设计失误，可及时修正，避免设计返工或施工费用的增加。

2.7 施工图形的生成

三维设计完成后，可根据需要生成平面布置图、剖面图、等轴测图（管线图）等。等轴测图是从三维管道模型创建的主要交付文件，通常在项目的最后阶段生成最终的等轴测图形，其中还包含BOM表。BOM表经整理可用来编制采购计划、计算成本等。

3 结语

相比传统二维设计，糖厂车间三维设计应用的优点有如下几方面。

一是可有效解决碰撞、空间制图难以表达、局部作图困难等空间布置问题，发现问题可及时修改，实现“零”碰撞的目标，最终使设计更准确、更详细。

二是具有自动关联功能，修改过程更方便。

三是可通过协同工作，同时设计，协同解决问题，缩短设计周期，提升设计效率。

四是方便用户更直观的了解工艺布置情况，及工艺布置和结构、建筑等之间的相互关系，可快速了解糖厂建成后的具体状况。

五是AutoCAD Plant 3D三维设计技术在糖厂的应用，可保证设计和安装的一致性，实现管道预制加工和计划的准确性。

尽管具有以上优点，由于国内糖厂项目的三维设计才刚起步，因而在设计前期的元件库及等级库建立、设备样板库等方面还不太完善，仍需投入大量的工作将其进行补充，为未来国内糖厂项目的承接做准备，同时为国际糖厂项目的承接提供设计优势。此外，AutoCAD Plant 3D中管道支撑等级表中的支吊架还无法根据管道尤其是热力管道，来自动区分支吊架的形式，如导向、固定、滑动支架等，因此，在对支吊架材料统计时，还需辅助二维管道布置图进行支吊架图布置。

总之，相比二维设计，使用AutoCAD Plant 3D进行糖厂三维设计，优势更为显著。国内糖厂项目的三维设计将是制糖行业的一场变革，未来还可通过三维设计为实现4D模拟提供基础。