医药化工行业中基于AutoCAD平台的三维工厂设计探讨

摘要：基于对医药化工行业项目和三维工厂软件特点的分析，通过对比天正建筑、3ds Max、Revit等软件在建筑信息模型创建的特点，本文提出针对不同项目需求使用不同软件的协同模式。充分发挥基于AutoCAD平台三维实体及文件类型无缝兼容的特点，整合不同软件创建的三维工厂模型，进行了多种软件快速共同实现同一设计项目的探讨。

关键词：CADWorx;多软件协同;三维工厂

1、前言

医药化工行业项目一般规模较小，设备种类多，厂房结构形式多样，技术更新速度快、设计文件复用率低等特点。由于技术流程短，可操作性强，建设方技术人员参与度高，造成对设计方案的更改较为频繁，使得不到最后施工阶段无法定稿。短时间内大量设计文件的修改易造成设计文件的不统一，形成人为错误。三维工厂技术具备所有设计图纸和数据表从同一模型内提取的特点，可以保证设计成品文件的一致性、准确性，使得三维工厂技术越来越得到建设方的青睐。三维工厂技术具备直观的三维模型、实时检查碰撞、自动快速地生成设计文件、消除部分预算外更改、提高工程估价精度、缩短项目工期、各专业分布式的交互操作、数据无缝集成和共享、与多种软件提供双向接口、服务工厂全生命周期等优点。

2、三维工厂构建的总体思路

目前，市场上的三维工厂软件众多，PDMS 和 PDS 主要应用于特大型、大型的石油、化工、电力、医药等项目，功能模块齐全，但操作复杂，价格相对较贵，主要用于大型设计院。Smart Plant 3D、AutoCAD Plant 3D、CADWorx、Auto PDMS 和 PDSoft 主要应用于中小型的工程项目，操作性强，容易上手，价格也较适中。尺有所短寸有所长，各软件因为设计理念不同，造成在不同模块设计的精细程度不同，工厂软件多以三维管道设计见长，对于管道材料可以精确到螺母垫片等，对于建筑结构等设计则偏于粗放。若要形成整个三维工厂的全数据模型就免不了多软件之间的协同配合设计，发挥各软件的特长以适应医药化工行业多种多样的项目需求。东北制药设计公司在2017年大宗原料药智能制造项目中引入鹰图公司的CADWorx软件，该软件基于AutoCAD平台的完全兼容AutoCAD命令的3D工厂设计软件。与其他基于AutoCAD平台的软件3ds Max、Revit、天正等可以实现三维实体模型的兼容，并且可以自动检测碰撞，借此可以发挥各软件在建模上的特点实现在同一平台下各软件和各专业的协同设计。

3、建筑信息模型构建

CADWorx软件的建筑结构模块主要以钢结构为主，建筑模型主要以AutoCAD自带三维模块采用搭积木的方式手动绘制，采用最基础的图元就需要面对集成度低、费时费力的问题。若要适应医药化工行业对厂房设计的精细化要求则必须借助别的三维软件，采用更高效的建模方式以节省设计时间，根据对厂房精细度的要求可分别采用天正建筑、3ds Max、Revit等软件。天正建筑是目前建筑专业采用的主流平面设计软件，软件集成多种柱、墙、门窗、屋顶等建筑结构形式，在平面设计时仅需输入各构件的基点标高，构件高度等参数即可形成三维模型，在三维视图中可以浏览整个建筑的外形，通过图形导出三维模型功能即可参照到CADWorx软件中快速形成工厂整体模型。天正建筑软件目前主要用于平面设计，其中预制的三维建筑结构模块数量有限，导出的模型能够满足仅需提供厂房外形的项目需要。3ds Max作为专业的三维模型设计软件，可快速制作建筑的三维模型，其精细度、美观性更高，在渲染后可以形成项目模型的效果图。由于其仅是为了模型而建模，不能形成符合设计要求的平面图文件和数据报表，在追求模型效果和实用性上需权衡选择。Revit软件作为建筑信息模型的主流软件，依托建立庞大的族库，提供更高质量、更加精确的建筑设计，进行自由形状建模和参数化设计，同步形成设计平立面图纸并可计算详细的材料数量。配合CADWorx软件的设备、管道等模块可形成三维工厂的全数据模型。

4、设备及管道模型

CADWorx软件设备模块提供标准构件建模和自定义建模两种方式，软件内置筒体、各类封头、椎体、法兰、裙座、管嘴、设备支撑及泵构件等，通过沿设备轴向叠加及输入参数可快速形成设备模型，对于医药化工行业多种非标设备可在预制建模的基础上通过CAD三维模块建模，形成完整、準确、美观的设备模型。通过软件可形成每种设备的平面图、立面图和管口方位图和数据表，与模型一致的设计文件。

基于软件的元件库和等级库可实现对材料表中的每个管道元件从外形到属性的精确定义，使材料表能够根据用户需求实现不同形式的自定义格式，完成模型中同类元件的快速筛选、整体编辑等操作。依托庞大的数据库，管道模型绘制时基本处于点选和输入定位尺寸的简单操作中，材料表统计在模型完成的同时就可导出，使设计人员从重复枯燥的材料统计中解放出来，投入更具创新性的设计工作中。CADWorx软件设备及管道模块因基于AutoCAD平台，同样可以导出三维实体模型，参照到其他软件中进行模型整合，协同设计，补充天正与Revit中工业管道模块。

5、结论及展望

面对医药化工行业种类繁多的小项目，三维工厂设计不只是多专业的协同设计，同时需要发挥多种软件的特点以满足不同设计项目的个性需求。通过定制针对性的三维项目方案有效应对医药化工设计项目周期短、工艺种类多、厂房结构多样等特点。三维工厂模型的设计理念在医药化工行业中推行多年，很多大中型设计公司进行了探索，逐渐形成各具特色的设计和数字化交付模式，为设计行业培养了大量相关人才，使三维设计成为主流设计模式的思想逐渐深入人心。

参考文献：

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[2] 朱秋享，李振辉. 三维工厂设计软件在医药工程设计中的应用 [J]. 工程设计与装备，2014，5：54-56.

[3] 梁银蝉. 浅谈在煤化工工厂建设中三维数字化移交的设计与应用[J]. 山东化工，2019，48：120-122.

（作者单位：沈阳东北制药设计有限公司）

作者简介：冯向应，1986年，男，硕士研究生，化学工程专业，主要从事医药化工设计工作。