摘要：本文简单介绍了全球流行的三维工厂设计集成软件及应用，阐述了本公司三维设计软件应用，并以管道专业为例通过应用而取得的设计优势。主要介绍了三维设计中管道支吊架模块遇到的问题及解决方法，着重对支吊架建模工具SupportModeler的特点和应用进行了详细介绍，突出描述了开发和使用过程所碰到的疑难问题，取得的经验教训和存在的问题。
关键词：三维设计；PDS；SupportModeler
0 引言
90年代以来，工业技术的进步，带来了工程行业的蓬勃发展，国外流行的三维工厂设计等集成软件开始在国内得到了大量的应用，其中使用最广泛的开发商主要有三家，开发的系统有以下几种：美国Intergraph公司的PDS及SmartPlant 3D、Bentley公司的AutoPLANT和PlantSpace、英国AVEVA公司的PDMS。
其中PDS是全球最流行的系统，依托Bentley公司的全球第二大图形平台MicroSation而开发，有很多第三方软件模块支持其应用，如加拿大Pelican Forge公司专门为其开发的支吊架建模工具SupportModeler等。
1 三维设计软件的应用
上述介绍的几款三维设计集成软件功能相当强大，可以涵盖工厂整个生命周期的设计、建造、运营、维护等。我公司作为一家国际性工程公司，进驻中国十几年来，可独立完成整个工厂的设计施工等，业务涵盖医药、石油化工、精细化工、液化天然气等多个领域，根据业主的要求使用不同的三维设计软件，多数情况下使用Intergraph公司的PDS软件。
随着信息时代的发展，三维设计平台的日趋成熟，三维设计系统一般能够实现集成设计，包括配管、设备、HVAC、支吊架设计、土建、电缆桥架等三维建模功能。建立的模型可参与碰撞检查，利用接口输出数据进行应力分析，软件根据模型可生成平断面图、轴测图、输出报表等，功能相当强大。我公司三维软件的应用也从十几年前首先在管道设计，进而现在发展应用到土建、仪表、电气、暖通、消防、施工等方面。
2 管道三维设计优势
随着科学技术进步，人民生活质量日益提高，利用管道输送气体、液体甚至气固、气液、固液相和三相的物质，已成为当今世界工业生产和人民生活不可缺少的组成部分。管道设计作为工程设计中非常重要的环节，对整个项目的设计、建造起着举足轻重的作用。
管道模块具有对模型进行软、硬碰撞检查功能。硬碰撞检查是指管道之间及管道与其他专业如设备、风管、梁、柱、基础、钢结构和电缆桥架等的碰撞检查。软碰撞检查是指管道与绝热层、维修预留空间的碰撞检查。这样能尽早发现问题及时修改，提高设计质量，减少施工返工，避免时间和经济上的损失。再配上漫游功能软件如Smartplant Review 或Naviswork，使人有身临其境之感。设计审查直接在软模型上进行，比用图纸审查更直观、更逼真、更容易发现问题。
在模型的基础上产生管道轴测图和管道材料报告，材料报告和GMINI、 GMC或 MARIAN等材料软件配合，可以自始至终对设计、采购、预制和施工管道材料进行全过程控制。通过模型切出管口方位或预埋件预留孔等条件图，设备布置图、管道布置图，配合EDRAW 或OTHOGEN等自动标注软件，自动标注设备、管道的定位尺寸及属性，建筑轴线号，柱间距离等相关信息，大大节省了人工时。
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总之，管道部门通过三维设计软件的应用，极大的提高了设计竞争力，其原因主要体现为以下几点：
1）更好的满足业主需求
通过直观和逼真的三维渲染模型，更方便和业主间的沟通协调。通常的设计阶段会和业主在特定里程碑处进行至少三次正式的模型审查，逐步从总体布置到设备布置再到管道布置进行多方面审查，日常沟通在三维模型基础上变得更频繁、更畅通，这就保证了尽可能的在设计阶段领会业主意图，满足业主需求。
2）提高设计质量
三维模型进行碰撞检查后出图，包括操作、检修、安装、安全等通道模型，具体到抽出管、热电偶等的抽出空间，仪表件的膜头等，减少了碰撞等错误，并可避免操作空间的不够等。设备布置图、管道布置图、管道轴测图、管道材料表等来源于同一数据库（模型），因此不会产生不一致和矛盾，大大提高了设计质量。
3）提高设计和施工建设进度
三维模型的设计和修改过程非常方便，材料统计自动进行。因此，可以大大节省设计和统计材料所需时间，缩短设计周期，也可以更早更详细地提出分包要求。此外，由于三维设计的图纸质量较高、数据准确、提高了管道预制的比例，更好地保证材料供应，从而加快施工进度，缩短施工周期。
4）节省工程投资
运用三维设计后和材料软件配合应用，准确统计、采购和控制材料的使用，避免浪费，自然节省了工程投资。
由于管道的重要性和繁杂性，且从各国历年石油化工厂发生事故原因分析，有许多事故是因管道系统发生问题引起的。据日本化工协会1983年对697起事故的调查分析表明，在275起泄漏事故中有44%是由于配管问题造成的。所以近年来，管道设计的质量越来越受到重视，管道三维设计也是必然趋势。
3 三维设计中的管道支吊架
管道支吊架材料费用相对管道工程费来说，其比值通常不超过3%，所以工程行业长期来对其设计主观重视不够，甚至东拼西凑几家支架标准，经常把问题遗留到现场解决。现在虽然经过三维可视化模型的审查，进行了软、硬碰撞检查的消除，可是支吊架的碰撞和支点的不合适性还是现场管道的一个大问题。
随着对管道设计重要性的不断认可，对管系进行应力分析也越来越普遍，尤其在有大量关键设备、工艺管道特别是热力管道的工厂设计中，通常会对其中30%～40%管道进行应力分析，而其中又有约一半的管线用应力计算软件CAESAR II建模计算，其实也正是管道支吊架设计的重要性提出了更高更详细的要求。
管道支吊架设计、绘图及材料统计在管道专业设计工作中占有相当大的比重。从我公司已完成的装置工程实物量分析，通常平均一台设备约有六根管线，每根管线号平均有十个支吊架号（以本公司的管道支架标准为例，不排除同一生根点包括几个管道支吊架号）。若以一中等规模的化工装置为例，约三四百台设备，两千多根管线，则总计就有两万多个支吊架。
管道支吊架多年来常成为工程设计的瓶颈。如果实现三维配管及管道支吊架的自动设计（包括建立模型、碰撞检查、应力分析、绘图、材料统计等），则可大幅提高工作效率，并确保设计质量。因此，管道支吊架集成设计软件包的开发与应用具有重要意义，可以带来显著的效益。
我公司在应用PDS三维配管设计中，最初主要应用PDS的管道支吊架模块。一次支架如管托和管夹等利用管道模型的物理支架库添加，二次支架主要指型钢支架在和管道模型对应的支架模型中添加。支吊架模型参与碰撞检查，模型审查，利用PDS报告模块可以方便地生成支吊架报告，极大的方便了设计和施工。
但由于PDS的管道支吊架模块后台数据库的开发语言不常用，界面不很友好，过程较繁复，而不同的业主选择使用的支架标准尤其是一次支架型式多样，总是要花费大量的时间修改数据库。正因如此，设计的支吊架的材料统计不够完善，还需要对照支架列表和支架标准手工统计材料。另外，二次支架尤其是组合架的添加和修改不很方便，特殊支架出图麻烦，配合使用MDP要花费不少人工时。所以我公司大约十年前开始使用Pelican Forge公司开发的支吊架建模工具SupportModeler。
3 结论
通过持续坚持三维设计理念，加大培训力度，三维软件应用能力的不断提高，我公司的工程设计和承包的质量在业内取得了很高的声誉，行业竞争力不断提高。但随着改革开放的继续推进，工程行业所处的经济和社会环境发生了深刻变化，党和国家把科学发展观作为各项工作的重要指导方针，这对我们的工作提出了更高的要求，要求不断学习掌握更多、更新的知识，具备与时俱进的实际工作能力。
参考文献
[1] PDS工厂设计系统用户手册.
[2]SupportModeler对PDS用户系统手册.
[3]Piping Support Construction Standard （Technip）.
[4]优易管道设计集成软件包的主要特点.
论文作者:朱狄伦
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年8期
论文发表时间:2019/8/6
标签：管道论文; 吊架论文; 模型论文; 支架论文; 材料论文; 公司论文; 三维设计论文; 《建筑学研究前沿》2019年8期论文;