SP3D在电气槽盒设计中的应用

白晓旭

中石化广州工程有限公司 广东 广州 510000

引言

随着计算机技术的迅猛发展，国际工程建设市场的竞争日趋激烈，工厂设计项目的日趋大型化、智能化，AutoCAD和Office等传统设计软件已经不能够满足现如今的市场对设计单位的要求。工厂设计数字化交付几乎成为每个业主对于设计单位的要求。同样，各个设计公司为了提高工作效率，缩短设计周期，三维设计辅助软件得到了广泛使用。在国内的各大设计院中，SP3D（Smart Plant 3D）和PDMS（Plant Design Management System）是使用最广泛的两个三维设计软件[1]。文本将会着重讨论SP3D在电气设计(槽盒布置)中的应用。

1 SP3D简介

SP3D是近20年出现的最先进的工厂设计软件系统之一，广受国际各大工程公司的青睐。这套由鹰图（INTERGRAPH）公司推出的新一代、面向数据、规则驱动的软件简化了工程设计的过程，同时更加有效的使用并重复使用现有数据。最为鹰图公司Smart Plant系列工厂设计软件（还有SPI，SPEL，SPPI&D等）中的一员，SP3D主要提供两方面功能：首先，它是一个完整的工厂设计软件系统，提供给业主一个直观的三维模型。其次，它可以在整个工厂的生命周期中保持存在，用户可以实时同步的修改模型，各个专业有效地协同工作，便于日后对工厂的维护[2]。

2 SP3D电气模块介绍

SP3D设计模块包括图纸与报告模块、电气模块、设备模块、轴线模块、支吊架模块、HVAC模块、管道模块、参数数据库模块、空间管理模块、结构模块等。在电气设计中我们主要用到的就是电气模块。

在电气模块中，用户可以进行槽盒布置、电缆敷设、灯具布置、电气设备布置等，可以直观地体现电气设备和原件在工厂中的位置和外形。槽盒和设备的大小，方向可以根据实物进行随意修改，操作起来简单直观。与传统设计软件AutoCAD相比，SP3D可以赋予每个设备甚至电缆槽盒属性。比如，电压等级，重量，灯具的功率等。无论是在现场施工，或者后期维护的时候，工作人员可以很容易地查找各个设备的参数属性。还有一个最大的优势在于，不同专业间的协同工作，意思就是各个设计专业都在同一个平台中实时建模。3D模型与实物相近，可以很好地模拟出现场的情况。这样就可以在设计阶段避免不同专业间设备的碰撞问题，让设计更加合理，给施工节省大量的时间。

3 SP3D槽盒设计

电缆槽盒的布置在电气三维设计工作量中占了很大比重。本小节将着重介绍在SP3D中怎样布置电缆槽盒，电缆槽盒的属性设置和使用三维软件布置槽盒的输入条件。

3.1 怎样布置电缆槽盒

首先，进入SP3D电气模块，在左侧的工具栏中选中Route Cableway，然后选择New Cableway，就可以在SP3D中新建一根槽盒了。因为SP3D是多专业协作平台，所以它对于创建对象所在的层级要求是很严格的。各个专业需要在各自权限下的层级中创建模型，电气电缆槽盒需要在相应的层级下才可以创建。选好层级后，就可以在SP3D中绘制电缆槽盒。选好起点坐标，点下鼠标左键，就会出现一条绿色条框的虚拟槽盒，只需要按照事先规划好的路径拖动这条虚拟槽盒，就能完成槽盒的布置。

布置完成后，如果需要增加三通、四通或者水平竖直弯通，就在左侧工具栏中选择 Insert component添加。点击Insert component后，选择需要修改的槽盒和添加的原件就可以完成修改。如果在某些情况下，元件库中没有需要的连接原件，可以使用自动连接（Auto connect）。SP3D会在模型中自动生成一段用于连接的槽盒。但是不推荐使用此功能，因为生成的原件只表示连接关系，以后自动会料中将不会统计此段材料。

3.2 槽盒属性的设置

三维模型具有属性是SP3D的一大特点，所以槽盒属性的设置是至关重要的。电缆槽盒比较重要的几个属性有：名称 （Cableway），规格（Specification），电压等级（Cable Insulation Rating），槽盒容积比（Fill Efficiency）。名称影响到日后抽图的槽盒标注名称；规格影响槽盒在模型中的外形；电压等级影响槽盒在模型中的颜色；容积比影响电缆自动敷设功能的使用。把以上几个属性按照项目要求设置好会对以后的工作起到事半功倍的效果。

3.3 使用SP3D布置电缆槽盒的输入条件

通过以上两步，就完成了电缆槽盒在三维模型中的布置。虽说操作并不复杂，但是完成这些工作是需要有一些必要的设计输入条件的。一个完整的工厂三维模型的搭建，应该开始于一个项目的详细设计阶段。而搭建模型所需要的信息，应该来自于其基础设计。为什么这样说呢？如果在项目之初，就开始在三维上工作，没有二维草图的规划。那么随着项目的进展，各种各样的变更会带来大量的模型修改，而三维模型的修改毕竟不如CAD图纸的修改方便快捷，大量的人工时会耗费在模型的修改上。所以，三维模型搭建的一个重要的输入条件就是：基础设计图纸。槽盒大致位置和走向的二维规划的草图对电缆槽盒三维建模有很大的帮助。当然，其他设计输入条件，如电缆根数，截面积等对槽盒的建模也是必不可少的。

3.4 Smart Sketch出图

3D模型可以提供更加直观、详细的视角给业主，但是对于施工人员来说，主要的图纸还是2D施工图。于是鹰图公司开发了一款用于SP3D抽取二维图纸的软件——Smart Sketch。这款软件主要是用于2D图纸的抽取和编辑，也可以输入或者输出其他CAD格式的图纸，如AutoCAD和MicroStation。这款软件帮助工程设计人员节省了大量的2D绘图时间。许多的施工图，可以直接从SP3D模型中直接抽取编辑，不再需要在其他CAD软件中重新绘制。

第一步，进入空间管理模块（Space Management），在Workspace Explorer中建立文件夹，用于存放Volume。之后，在左侧工具栏选择Place Volume建立Volume。Volume覆盖的三维模型会投影到2D图纸上。

第二步，在Workspace Explorer中选择Drawings，在本专业权限下的文件夹中建立图纸。创建后图纸之后，就会生成一个Smart Sketch的图纸，这时需要在空白图纸上创建一个View。这个View就是以后抽出2D图形在图框中的位置。创建View时，你需要选择这个View的出图风格（Style），这个Style决定了Volume中包含三维模型在所抽出图纸上的样式。比如说，操作柱在图纸上的图例样式是一个方块，但是选择了不适当的Style,抽出来的操作柱图形可能就是三维模型在平面上的投影（一个不规则的图形）。这样就和图纸上的图例不同了，这样会造成图纸信息和图例不一致。Style中还可以选择图纸比例，坐标系等。

第三步，把建立好的View和3D模型中的Volume相连接。连接建立完成后，就可以点击Update view生成Smart Sketch 2D图纸了。生成好的图纸，可以直接在Smart Sketch Editor中进行编辑，软件也具备一些基本的CAD绘图功能。如果3D模型修改了，2D图纸只要更新一下，就可以和3D模型保持一致，而且在后期编辑图纸时添加的信息都不会随着图纸更新消失，修改或者删除的信息会随着更新和模型保持一致。

和同为2D绘图软件的AutoCAD相比，Smart Sketch有着自己的优势：①图纸信息直接来自于3D模型，图纸内容更加准确和具有时效性。②图纸风格一致，因为在出图之前管理员会根据不同的图纸要求制作统一模板，不同的制图人员在完成的同一类图纸时，图面风格会大体统一；③完成3D建模后，可以很快地抽出2D图纸，提高工作效率。

当然，作为一款3D软件附带的2D绘图工具，Smart Sketch也有很多不足的地方：①受限于3D模型，在没有3D模型的前提下，Smart Sketch基本没有什么用处，独自绘图功能几乎为零；②与AutoCAD相比，Smart Sketch缺少很多绘图功能，且基本不能快捷键操作，处理图纸速度相对较慢；③模板图纸设置复杂，管理员需要大量的时间测试出图效果，如果出图风格设置不完善，图面可能会出现大量无用信息。

总而言之，Smart Sketch作为一款SP3D自带的出图软件，基本满足了工程设计人员的2D出图需求。但是，在其本身的绘图功能与AutoCAD相比较，还有很大的提升空间。在我看来，如果使用SP3D做工程设计，Smart Sketch是一款很好的集成出图软件。然而，作为单纯的2D绘图，Smart Sketch目前不是一个好的选择。

3.5 SP3D在电气设计中的优势

与二维设计软件相比，SP3D的主要优势主要体现在：SP3D可以大限度地减少设计错误，弥补二维图纸不够立体化的不足，把图纸在设计阶段尽可能完善。这样不仅可以减少在施工阶段修改图纸的时间，还可以减少由于设计变更造成的额外成本。

比如，在管桥电缆槽盒布置过程中，由于管桥上各类管道布置复杂，电气设计人员很难定位这些管子的位置。经常会出现在槽盒引下的路径上，和一些管道或者结构支撑发生碰撞。这些碰撞在二维设计中是很难被发现的，但在现场施工过程中又不得不解决这些问题，这样就会耗费大量的人力物力去完善设计中的不足。如图1所示，就是在工程项目中空冷槽盒引下，调整弯通位置避开结构支撑的实例。

图1 调整弯通位置避开支撑

还有，在变电所开洞时，没有经验的设计人员可能会对槽盒引下的弯曲半径考虑不周，造成开洞过小或者过大，给现场施工造成不小的麻烦。SP3D就可以很好地解决这个问题，模型建立好了，需要洞口的大小就一目了然了。通过三维模型的建立，不但可以完善设计，而且会更加准确，减少浪费。

4 结束语

设计阶段是影响项目投资最大的阶段。虽然设计费用只占整个EPC项目的4%左右，但是设计对整个项目造价的影响却占到了70%以上[3]。作为一个工程公司，我们的核心竞争力在于工程设计，对于工程师提高设计水平才是硬道理。随着计算机技术的发展，三维软件功能的逐步完善，三维设计将会逐渐替代二维平面设计。在目前来看，尽管SP3D或者其他三维设计软件相较于CAD、Micro Station这些老牌设计软件有很多不足，但是随着软件的升级和技术的发展，三维软件必将会成为每一个工程设计人员必须掌握的工具。