浅谈三维管道设计在粮油加工厂设计中的应用

周 娜，黄文雄，程 科，郜 培，郭亚丽，梅 竹

(国粮武汉科学研究设计院有限公司，湖北 武汉 430079)

管道的布置在粮油加工厂的设计中有着非常重要的位置。设备与设备之间，车间与车间之间有着繁复的管道系统，而且随着经济及科学技术的不断发展与进步，粮油加工厂自动化、信息化操作正在实现，对管道设计的质量要求也越来越高。因此，如何合理布局，就需要管道设计工程师统筹优化，全盘考虑，充分利用空间，并满足相关要求，做出最优化的设计。传统的二维设计已经无法满足行业发展需求了，越来越多的设计人员将目光集中到三维设计上。三维管道设计，从工程设计信息和图纸上,实现了各个车间高标准化的三维模式,并实现了对工程设计信息在各阶段的可视化展示,为后期建设方案制定、成本计划管控、工程施工管控、施工项目管理等方面提供了全面的数据支撑。下面以油脂加工厂设计为例，论述三维软件在设计中的应用。

1 三维软件在管道设计中的应用

1.1 单体车间设计

(1)运用传统的二维设计方式进行油脂工厂的管道设计时，需要设计人员、校核审核人员具有一定的空间想象力；而三维管道设计则非常清晰直观，可以在三维空间呈现立体效果，模拟实景，让设计人员可以观察到设计中每个角度的细节，还可以通过渲染使模型有光影感，让三维效果更为逼真,提升整体设计的质感。

(2)当采用二维设计方式进行管道设计时,通常是凭借管道设计工程师的设计经验进行人工检验，因此施工过程中的“碰、漏、缺”等问题是无法回避的。这样,就极易形成施工工作量增大和返工的问题。在三维管道设计图完成后,即可通过碰撞检测命令进行设计评审。软件自检后能够大大减少实际施工中的碰撞问题(如图1所示)，可以清楚的看见产生碰撞的管道，及时发现错误，快速进行优化设计，从而避免了工程中不必要的返工，缩短了工程时间,节约了成本。

图1 软件自检

(3)使用三维管道设计,可以得到比传统二维设计更详细的二维图纸,图中所有设备、管道、管件等的参数属性都和三维建模时保持一致，且具有关联性，便于更改。

1.2 厂区及罐区管网设计

在罐区管网设计施工过程中，由于储罐通常面积较大、数量较多、储存介质较多，且储存工艺不同，充氮、吹扫、温度等功能的需要，也往往增加了管道布置的复杂性。错综复杂的管道，如果采用传统的二维软件进行管道设计，管道的功能不能直接反映,同时也会产生管距差异,如不同介质、不同管径的管道之间距离各不相同，在不同的车间与车间之间，不同层高的管道与管道之间，管道与管架之间，管道与设备之间都可能存在交叉干扰或内部冲突[1]。运用三维软件进行管网设计,可以根据不同的应用条件进行设计，在三维可视化的界面中，设计人员可以清楚的看到管网布置的真实效果(见图2)，及时调整不合理的设计，不同层高、不同方向的管道都一目了然，这样就极大地提高了设计的准确性和有效性。使用三维软件进行管道设计,还可以快速进行碰撞检测,从而解决了潜在的设计隐患，杜绝了重大事故的出现。

图2 三维可视化界面效果图

另外,通过使用三维软件的BOM功能,还可以出具准确的材料清单(见图3)，特别是管径、阀门和组件数量，以及电缆直径，因此可以有效解决物料浪费或者缺料的问题。以罐区管道为例,可以通过使用人工计算公式和软件BOM表值进行比较，同一根管道的长短,在不考虑不均匀系数的情形下,人工计算长度往往比软件值大百分之五。但一般来说,如果根据整个油厂的项目规模来测算管道长度，则整个管线用料的总量势必超过百分之五,这对整个EPC总承包项目而言将是一项巨大的损失[2]。而如果有设计人员计算错误，在安装过程中材料缺少，这可能会导致整个工程停工，这也是对人力成本和时间成本的一种浪费。

图3 三维软件的BOM材料清单

通过三维软件运算不仅能够得到更准确的工程量数值,还能够降低人工计算的误差,进而缩短了设计时间，而且对公司的工程造价、投标报价和建造成本测算、成本管理,乃至风险管理等都有非常大的辅助作用。

1.3 应力分析及非标设备的设计

通过三维设计能够直观地表现出各个构件的受力状况,特别是管径较大、温度较高或者是与重要设备连接的管道更需要进行应力分析，三维设计软件使工程设计人员能够直观的针对情况,根据检查结果进行优化设计。除此之外,如果对后期设备尺寸需局部修改的话,也只需在三维图上进行调整,就可以得到全新的二维图纸,这样极大程度地提升了工作效率。在设备厂家中，这些技术已经得到广泛运用，认可度也非常高。

1.4 工程管理应用

1.4.1施工管理方面

三维管道设计对于施工安装也有很好的指导性，通过三维可视化优势,在各专业部门之间都严格地按三维图进行施工。拿管道施工来说，传统的二维施工图纸在指导安装的过程中，繁复的管道设计图在平面图上纵横交错，施工人员很难读懂，有时就直接用工艺设计图来直接指导工程安装，这可能会造成管道走向以及阀门放置的随意性。现场随意改动，有可能产生安全隐患或者管道死角。运用三维管道设计，让图纸更易懂，有效的解决了二维平面图纸的阅读障碍，能够和现场人员清楚的沟通，这样可以有效降低施工的不规范、理解误差导致的不按图进行施工等问题,并且减少了材料采购余量，减少了对建筑材料的耗费，从而加快了施工进度，并节约了大量人力,对整个施工的质量与时间进行更高效的管理。

1.4.2安全管理方面

运用三维管道设计，在设计阶段就可以规避掉工程施工中可能出现的一些不安全的因素，在工程施工阶段也可以帮助发现可能产生的违规施工，把可能会出现的重大安全隐患提前消除,提高管理水平[3]。

1.4.3其它

其他的工程管理板块,还有成本管理、质量管理、组织管理、工作环境管理、信息技术服务管理等。借助于三维管道工程设计,能够比较直接明确的显示出建筑物工程量,以及在工程中的有关要点和注意事项等。根据上述特点,便能够提出高质量的设计方案、施工方案，制定出更合理的施工计划、成本管理计划,以及制定进度计划表等,并实施全过程管理,使工程各项要素均得到有效控制，提高工程项目整体质量。

2 三维设计软件在应用中存在的问题

2.1 现有工艺流程的影响

传统的工艺设计师已经习惯了二维CAD制图，有些界面使用不习惯，影响了他们的设计思路，并且现阶段三维设计软件在生成二维图的过程中，仍存在一些细节表达不规范的问题，需要进行一定程度的手动修改，对摸索阶段的设计人员产生了额外的工作量，所以他们也会产生一定的抵触情绪。

2.2 经济投入的影响

三维设计软件的售价往往远远高于二维设计软件，大部分都会设置加密锁来控制，实行一机一锁，且加密锁也价格不菲，如需设计人员全员配置，那前期投入是非常大的，另外还需购买一些配套系统和相关软件，这些高昂的花费对于有些承接传统项目比较多的设计单位来说是不可接受的。

3 结束语

在粮油加工厂的规范化设计方面,全套标准化车间的设计已越来越需要与国际先进水平接轨，这已经成为工程设计单位提升工程设计水准、提升企业核心竞争力的必要条件。特别是承接大型项目尤其是国际项目时，就能体现三维设计真正的价值，要以前瞻性的眼光来观察行业发展趋势，三维设计软件取代二维设计软件是必然趋势。随着三维管道设计技术在粮油加工厂设计中的广泛应用,能够增强企业的行业地位和提升核心竞争力，为企业的长远发展带来积极深远的正面影响。