三维软件管道设计在化工领域的应用

陈旸

摘 要：现今时代，各种先进技术层出不穷。其中，三维软件具有较强的三维沉浸感和交互性，对于现实仿真和场景模拟具有重要的意义。地下管网是城市规划、建设和管理的重要基础信息，也是城市基础设施建设管理工作中尤为重要的一环。管网三维自动建模能够快速构建三维场景，逼真地展现管网的形态和地下分布，对于管理和维护管网设施具有重要作用。因此，快速精细地构建大范围的地下管网三維虚拟场景显得尤为重要。

关键词：三维软件;管道设计;化工领域

0 引言

在化工装置建设过程中，相对于设备、电仪等其他专业，管道安装涉及到大量的材料、焊接、检验等信息，信息的准确性及前后逻辑关系严密，管理难度比较大。当前，国家关于建筑业三维技术的推广力度正在不断加大，如何借助该技术，结合信息化管理手段，将两者应用于后续施工阶段管理，不仅可以进行数据信息间的高效传输，同时以实现施工可视化管理为目标，成为了我们的研究方向。

1 三维管道设计软件优势

1.1 拥有自主数据库

国外软件往往提供少量的标准件，而其他规格的管道配件则是需要大量工时建模的特殊件。而国内软件则良好地实现了配件的客制化、国标化，建模快捷迅速，参数修改方便，减少了设计建模的工时。

1.2 实时漫游技术

SPDA等国产软件配备有强大的模型漫游技术，可以从任意视角实现对三维管线模型的检查，防撞评估等，直观地反映了工程设计的整体思路，有利于减少实际施工中出现的各类风险。

2 三维软件管道设计在化工领域的应用

2.1 工程数据处理

三维配管软件通常带有强大的数据管理库，通常包含标准化和客制化的元件库，管道等级库和图形库等，主要负责统筹各类管道的碰撞条件、单位制度，元件的类型（紧固件、标准件、客制化特殊件、管道件等），并且配合图形库的强大输出调用功能实现从元件数据到建模调用的无缝衔接和直观对应。工程数据库的建立，保证了各类元件在其参数、特殊功能、规格上的可溯源性和一一对应，从而实现了配管施工过程的精准度和高效性，保障了施工的质量安全，减小工程的整体风险。

2.2 工程构筑物及设备建模

这一过程需要预先进行轴网图的生成，为构筑物模型搭建、设备定位和进一步的管道建模提供基准化的参考，保证了后续施工的参数一致性。构筑物建模过程主要是实现管道布局过程中各管道之间空间关系的确立，对后续的碰撞检查实现了有据可查。工程设备建模是利用软件自带标准设备库和可编辑的客制化特殊设备库数据，即时生成标准模型和非标准的拼接模型，确立插件的具体参数，通过设备模型插入，模型参数修改，设备管嘴调整等工序实现对管线布局设备进行精准的定位。

2.3 三维管道建模

三维管道建模是利用软件的P&ID模块绘制或者导入PID图，根据不同的管道参数和管道信息，以工程设备建模中的管嘴为起始点和终止点进行逐条配管。通常三维管道建模软件提供手动和自动配管两种模式，通过镜像、复制等操作实现快速配管，并且通过软件相关的管道数据编辑器对已配管的管件实现各类参数的操作修改及删除等功能。三维管道建模软件在配管过程中，能够充分考虑管道布局的美观性、经济性、易操作性、安全性和易维护性，对比传统的配管方式，极大提高了配管效率和配管质量，且能配合三维管道建模软件实现模型的验证和浏览功能。

2.4 模型验证

经过三维管道建模软件的配管工序，需要对模型进行多方面的质量检查，主要包括管道碰撞检查，管件数据检查，模型设计检查以及应力计算等方面。管道碰撞检查是结合构筑物建模，通过预先设定的各类管件碰撞条件和构筑物建模的空间关系，经过数据初始化后对已经完成的三维管道建模进行检查，对不满足碰撞要求的部件进行报错，提醒设计人员进行相关参数的修改或者模型的重建;管件数据检查主要是对管件数据进行核实，自动纠正数据偏差;模型设计检查保证了管件之间连接逻辑的合理性、管件和连接件之间参数的匹配性以及垫片压力等配管逻辑的检查。部分配管软件如SPDA还提供了模型应力的计算接口，通过导出模型至专业的应力分析软件CAESARⅡ，对模型的应力情况进行分析。经过模型验证之后，对各管道参数实现了修正和改良，生成了最终的管道建模。

2.5 工程图纸输出

三维管道建模软件能够根据上述工序中涉及的管件参数和模型设计即时输出需求的管道工艺平面（立面）图、ISO单线轴侧图、管件数据和综合材料表等。极大减少了人工参与度，为实际施工提供了标准化参考。软件可以根据建模参数，逐层对模型进行剖切，自动标注各类图纸的材料统计表等参数。其输出时间短、绘制精确度高，极大减少了设计工序的时间消耗。

3 结语

三维软件管道设计在化工领域展示了强大的建模能力，其模型的准确性、安全性、高效性和经济性相较于传统人工设计都有着极大的进步，推动了管道工程现代化、数字化的进程，极大减少了配管工艺的设计成本和设计风险。随着人工智能技术的发展，三维管道设计软件将进一步扩展其潜力，使得配管工艺更加科学化、智能化。

参考文献：

[1]张弓，郑文青，李玉芳，等.一种基于AutoCAD的管线三维建模方法研究[J].地理空间信息，2014，12（6）：153-155.

[2]李清泉，严勇，杨必胜，等.地下管线的三维可视化研究[J].武汉大学学报信息科学版，2003，28（3）：253-256+277-279.