OPM 三维软件在工艺管道设计中的应用

王祥如

（上海市机电设计研究院有限公司，上海 200040）

在国内以二维平面设计和交付为主的今天，二维设计存在的弊端也日益显现。建筑信息模型（Building Information Modeling，简称BIM）设计技术以其特有的优势，可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等优势，在建筑、电力、石化和水利等方向得到广泛应用[1]。各大设计院在发展BIM 的同时，也在进行数字化交付技术的探索[2-3]。

三维模型是对物理工厂的虚拟可视化表达，其涵盖设备模型、管道模型、建筑模型、结构模型、电气模型和仪表模型，具体包括设备外形、接口、管道管件及附属仪表、建筑外形、路面、梯子、平台、电缆和桥架等物理工厂的实物对象模型。根据专业分类，每个专业仅设计工厂模型中的一部分，并最终拼接成一个完整的工厂模型。可以说三维模型的建立使得工厂更加可视化、简单化、模块化，其他交付数据库有了载体和依托。

目前，BIM 设计软件主要有Autodesk 公司的Revit建筑、结构和设备软件，Bentley 公司的OBD 建筑、结构和设备软件，Bentley 工业设计（石油、化工、电力和医药等）和基础设施（道路、桥梁、市政和水利等）系列软件，以及Graphisoft 公司的ArchiCAD 软件。不同公司的软件在架构上非常类似，但又各有其特点，并存在很多不同之处[4]。利用Bentley 公司的OpenPlant Modeler CONNECT Edition（简称OPM）软件可以进行动力、水工、化水和消防专业的管道三维建模及二维出图工作。

1 设计中遇到的难题

在OPM 工艺管道设计过程中遇到了两大难题。

一是目前OPM 不提供中国标准的元件库（Catalogs），而且软件自身带有的元件库只有部分美标体系，没有可用于国内的管道元件库、等级库（Specs）。元件库顾名思义即涵盖了管道三维设计所需要的各种组件（钢管、管件、阀门和法兰等）参数信息，而等级库就是适用于某一项目的元件库。等级库可以由元件库按照某些筛选规则得到。没有元件库或等级库，管道三维设计是进行不下去的，因此，元件库的建立至关重要。所以需要制定自己的元件库，为后续项目筛选等级库奠定基础。

二是OPM 是国外软件，在国内适用性还达不到国内工程标准要求。比如一些管线号、管道标高、保温、仪表位号、尺寸标注、压力等级和支吊架完全是美标等国外标准，如要绘制出管道轴测图，其默认的图纸格式排版（字体样式、标注样式、图层、图例表达和图框等）与我国制图要求完全不同。

其他BIM 软件也会存在类似问题[5-8]。受制于上面两大难题，三维管道设计工作难以展开。研究旨在解决上述问题，研究OPM 出图技术与流程，结合工程制图的特点及难点，通过二次开发设计OPM 软件，实现自动出图，提高软件的通过性和易用性。

2 软件二次开发

利用OpenPlant Isometrics Manager CONNECT Edition（简称OPIM）软件及样式配置根目录文件进行管道轴测图的管理及出图工作；利用OpenPlant Project Administrator CONNECT Edition（简称OPPA）进行管道、设备属性的添加和修改，各种报表的定制及元件库扩充。

这就需要对OPM、OPIM、OPPA 软件操作熟练，对其架构有一定的了解，掌握软件编程知识、规则，修改脚本解决上面问题。

2.1 建立元件库、等级库

按照国家标准里的数据建立了元件库，包含了钢管（PIPE）、管法兰连接用紧固件（FASTENERS，六角头螺栓、等长双头螺柱及与之对应的六角螺母、大六角螺母）、垫片（GASKET）、三通（TEE）、四通（CROSSES）、弯头（ELBOW）、大小头（REDUCER）、管法兰（FLANGE）、管帽（MISC_FIT）、法兰连接类型的阀门（VALVFL）、对焊连接类型的阀门（VALVBW）、控制（调节）阀门（VLVCNTFL）、安全阀门（VLVRELFL）、化工管道过滤器系列（STRAINER）和阀门执行机构（TOPWORKS）这15 种类型（超过20 万行数据），如图1 所示。

管道外径和壁厚按照GB/T 17395—2008《无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差》标准建立库，包含了GB3087—2008《低中压锅炉用无缝钢管》、GB/T 3091—2015《低压流体输送用焊接钢管》、GB/T 5310—2017《高压锅炉用无缝钢管》、GB/T 8163—2018《输送流体用无缝钢管》、GB/T 12771—2008《流体输送用不锈钢焊接钢管》和GB/T 14976—2012《流体输送用不锈钢无缝钢管》标准。

管法兰连接用紧固件按照GB/T 9125—2010《管法兰连接用紧固件》标准建立库，包含GB/T 5782—2000《六角头螺栓》、GB 901—88《等长双头螺柱B级》、GB/T 6170—2015《1 型六角螺母》标准。

垫片按照GB/T 4622.2—2003《缠绕式垫片管法兰用垫片尺寸》、GB/T 9126—2008《管法兰用非金属平垫片尺寸》、HG/T 20607—2009《钢制管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片（PN 系列）》、HG/T 20609—2009《钢制管法兰用金属包覆垫片（PN 系列）》、HG/T 20610—2009《钢制管法兰用缠绕式垫片（PN 系列）》、HG/T 20606—2009《钢制管法兰用非金属平垫片（PN 系列）》和HG/T 20612—2009《钢制管法兰用金属环形垫（PN 系列）》标准建立库。

三通、四通、弯头、大小头和管帽按照GB/T 12459—2017《钢制对焊管件类型与参数》标准建立库。

管法兰按照GB/T 9112～GB/T 9124—2010、HG/T 20592—2009《钢制管法兰（PN 系列）》标准建立库。

阀门按照工业出版社出版的《阀门产品样本（第3版）（上下册）》数据建立库，包含各种类型的阀门（球阀、闸阀、止回阀、截止阀、蝶阀、隔膜阀、调节阀和安全阀）与不同的连接方式（法兰连接、对夹连接、对焊连接）。

过滤器按照HG/T 21637—2021《化工管道过滤器系列》标准建立库，包含Y 形过滤器、T 形过滤器、锥形过滤器和篮式过滤器。

为了便于输入和处理庞大的数据，先在EXCEL 里完成数据的输入，再通过ACCESS 软件转化为“.mdb”格式文件，再经过OPPA 软件赋予SYS_ID 列数据，至此元件库建立完成。

2.2 设置图层管线

图层管线配置的主要内容是创建图层和介质并使其相互关联，不同介质对应不同图层、不同颜色的三维管道，这样在新建管线时，只需要选择介质名称（Service），就可以在绘制管道时自动对应图层和颜色。

图2 为全部设置完成后的样式，使用不同介质可绘制不同颜色的管道，当鼠标放到管道上时，会显示管道对应的图层，即管道内介质种类。

图2 设置完成后的样式

2.3 增添和编辑属性

利用OPPA 管理员工具的“Class Editor”模块，在OPM 软件内新建了一些属性，这些属性在图中及出图中可以自动读取并显示。

①在阀门属性里添加KKS 编码及备注属性，如图3（a）所示；②管道保温参数属性，如图3（b）所示；③管道油漆参数属性，如图3（c）所示；④设备制造商等属性，如图3（d）所示。除了这些，其他属性可以根据需要再添加和修改。

图3 配置的属性

2.4 定制材料报表

传统两维设计在材料统计上存在困难，统计材料时依靠人工，难免会出错（尤其是在图纸较多，较复杂情况下）。通过定制材料报表，可以直接从三维模型中读取材料信息，生成材料报表，极大提高了准确率，节约了时间。

管线号材料报表和总的材料报表这2 种报表，管线号材料报表以每条管线号为总，显示每条管线号包含的管道、管件、阀门、法兰、垫片和螺栓等信息，如图4（a）所示，总的材料报表如图4（b）所示，指的是某一模型文件中全部的材料，其中每列标题及内容都可以定制。

图4 不同的材料报表形式

2.5 定制参数化模型

由于OPM 软件里自带的阀门模型和设备模型精细程度不足以满足数字化设计的要求，导致绘制不精确，违背了数字孪生的宗旨，同时还会对模型碰撞检查产生很大影响，因此利用参数化模型定制功能，实现了阀门和设备的定制化设计，大大提高了模型的精准度。

对于阀门而言，仅仅进行参数化建模还不够，还要将定制好的参数化阀门模型与OPM 等级库连接起来，将定制的模型加入进OPM 软件阀门模型类中，使其真正具有阀门属性，同时方便在绘制过程中能够快速选择。参数化阀门定制成果如图5 所示。

图5 参数化阀门定制成果

2.6 定制轴测图出图

软件自带的出轴测图效果如图6 所示，从图6 可以看出不需要的信息有很多，左侧是轴测图图面信息（显得很乱），右上侧是材料清单，分为预制材料和现场材料，右下侧是各根钢管的信息，与国内制图要求有很大差距，而且只有A2 的图面，所以需要定制。

图6 软件自身出轴测图一览

利用OPIM 软件及脚本文件对轴测图图面设置，使其尽量满足制图要求（管道安装图统一规定）。主要进行了阀门图例设置、图框设置、材料报表设置和支吊架形式设置等。材料报表设置由于编写的代码中如果有中文，软件不能识别，会以“？”的形式表示，所以，目前还不能将主要设备及材料表按组件种类分类统计显示。

软件内部阀门图例符号与统一要求符号有差别，需要定制图例符号（包括球阀、闸阀、截止阀、止回阀、蝶阀、Y 形过滤器和T 形过滤器等）。以蝶阀为例，如图7 所示。

图7 阀门图例对比

图框设置主要是将图框参考进来和图框右下角信息设置，包括项目名称、子项目名称及专业名称、图纸名称、设计阶段、版次、图号及日期，在出图前手动填入信息（除了日期不需手动填入），出图时这些信息会自动填入该相应区域范围内。图8 表示出图后图框信息（供参考）。

图8 图框信息

支吊架形式设置显示管道轴测图支吊架位置及类型，如图9 所示。

图9 支吊架形式

以某一册施工图压缩空气管道为例，定制完成设置后出图的图面一览，如图10 所示，图幅为A1 和A4，左侧是轴测图区域，左上角为北向标（一张A1），右侧为主要设备及材料表（一张A4），如果一张A4 写不下，会自动写到下一张A4 上（图11）。右侧的主要设备及材料表也可放置在轴测图图面里（除去A4 图框），图面不仅有这些，还定制了A0、A2、A3 图框。

图11 主要设备及材料表满自动加载到新的表

2.7 定制保温、油漆清册

保温、油漆清册的定制依赖于管道保温、油漆属性的添加。与材料报表类似，保温、油漆清册也分管线号报表和总的报表，由于本管道按照设计要求不需保温，为了展示，就加上了保温，如图12 所示。

图12 保温、油漆清册

2.8 定制阀门清册

阀门清册的定制依赖于阀门属性的建立，定制效果如图13 所示。

图13 阀门清册

3 结论

通过对Bentley 软件OPM 进行元件库的扩充及二次开发，提高了管线模型的精准度，提高标注速度，提升出图效率及材料统计的精准度，并成功应用到项目的施工图工作。与建筑、结构、电气和暖通等专业三维协同设计，实时审视项目总体布局，改进项目方案，更加合理地规划设备、管线布置，将问题在设计阶段解决，有利于提高施工效率，降低施工成本。最终各专业三维模型整合，不单单可以进行碰撞检测、施工模拟，而且对于进一步研究数字化交付，数字化工厂具有重要意义，最终使得项目建设更加规范、系统、高效。

在二次开发过程中发现，如果一个三维管道模型文件中有多段没有连接的管道（不连续管道），那么生成报表中相同钢管的长度不是总长度，这是软件自身原因，目前还没得到解决（已反馈给Bentley 公司），这点需要注意，还需手动来统计相同钢管总长度。