中國市政工程華北設計研究總院有限公司 賴建波 王宏那 宿向超

LNG場站工程大多工藝管道復雜，在項目施工圖階段，通常除了需要設計給出平面圖和立面圖外，還需要設計給出每條工藝管道的軸測圖，以便于安裝。為了解決設計中可能出現(xiàn)的管線碰撞等問題，利用三維軟件設計出整體場站的設備和管道系統(tǒng)就顯得尤為重要。

使用Bentley三維場站模擬設計，可以最大限度減少設計中管線碰撞及對接錯誤，同時提供工程量統(tǒng)計以及用于現(xiàn)場施工與管線設備安裝的指導工作。目前此三維設計已經(jīng)應用于我院《LNG應急調(diào)峰站擴建工程》、《LNG分銷轉(zhuǎn)運站》、《油改氣項目》等多個施工圖項目。

圖1 卸車增壓氣化器三維模型

1 前期準備工作

1.1 設備模型建立

Bentley OpenPlant是一款專業(yè)的三維工廠設計軟件，設計人員可以根據(jù)自己在二維設計中積累的習慣和經(jīng)驗快速地建立三維建筑模型并自動生成平立剖面圖，相比二維設計能夠提高效率，減少工作量，對于復雜項目優(yōu)勢尤為明顯。軟件根據(jù)功能分多個模塊，市政燃氣項目重點在于場站管線布局，可使用其功能模塊OpenPlant Modeler(OPM)進行管線的布設，只需要將管線按照工藝流程圖中的管線編號進行命名，系統(tǒng)可自動創(chuàng)建編號圖層進行管線及附件的分類，以方便后期的材料統(tǒng)計，項目中所需設備通過自定義設備的方式進行創(chuàng)建。如圖1所示為應用軟件所建立的卸車增壓氣化器。

1.2 數(shù)據(jù)庫建立

對于一個 LNG場站的項目設計，一般遵從統(tǒng)一的設計標準，比如國標、化工標準或者歐標。為了使得三維設計中的管道及附件的屬性都符合項目所定的設計標準，必須首先建立相應的數(shù)據(jù)庫。這就可以應用到 Bentley軟件中的類編輯器模塊catalog editor(CE)和項目專用數(shù)據(jù)庫生成器specification generator（SG）。首先利用類編輯器建立符合標準的總數(shù)據(jù)庫，相當于涵蓋全系列標準的比較全面的數(shù)據(jù)庫，再利用項目專用數(shù)據(jù)庫生成器選出適用與本項目的數(shù)據(jù)建立專門數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)庫的初期建立是比較耗時的工作，包括對管道、三通、彎頭、閥門、法蘭、墊片、緊固件、支架等。剛開始時，可以只建立跟項目相關的數(shù)據(jù)庫。之后再做其他類似項目時，只需要提取該項目專用數(shù)據(jù)庫即可，并對其進行擴充完善，無須重復建立。數(shù)據(jù)庫建立后，便可以開始在OPM中開始三維設計。如果在過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中有缺失，可以隨時填補更新數(shù)據(jù)庫。

2 建模及出圖

2.1 場站管線綜合設計

在OPM中通過添加設備和管道及附件，建立三維場站系統(tǒng)。如圖2所示，為完成的市政燃氣項目工藝管線繁多、排布緊湊、交錯頻繁，二維施工圖設計中極易出現(xiàn)管線碰撞，通過使用OPM構(gòu)建全場站工藝管線，可以對管線之間的關系做到全面清晰地把握。三維設計可以使得在狹小空間內(nèi)處理好各專業(yè)管線的空間布置關系以及轉(zhuǎn)彎處標高的相互協(xié)調(diào)，利用三維模型的直觀性的幫助，方便了各專業(yè)的協(xié)調(diào)設計。三維模型對于復雜的管線綜合協(xié)調(diào)及解決局部空間的碰撞沖突方面起到很大的輔助作用，有效提高了工作效率，降低變更成本。

圖2 油改氣項目(供氣工程部分)三維設計效果

2.2 軸測圖設計及出圖

由于LNG工程中的工藝管道繁多復雜，LNG項目的施工方通常要求設計給出每條管道的軸測圖。通過Bentley OPM輸出的i-model文件，利用Bentley軟件中的軸測圖管理軟件Isometric manager，經(jīng)過自主編程，可以自動生成完全符合本院出圖模式和標準的管道軸測圖，如圖3所示。通過自主設計，管線的軸測圖均自動生成，提高了軸測圖的繪圖效率，同時確保了軸測圖中管道及附件長度的準確性，解決了管道及附件的空間精準定位問題。目前，我院利用Bentley OPM完成的三個項目設計已經(jīng)累計輸出了上千張軸測圖，如果使用人工二維單張進行繪制，可想而知將耗費大量的時間和人力成本，并且還無法保證準確性和完整性。因此在軸測圖出圖階段極大地縮短了設計周期，保證了項目的高效性和精準性。2.3 施工圖表達

Bentley OPM還可以從模型中自動生成平面圖(如圖4)及任意位置剖面圖，設計人員只需在相應的圖紙上添加尺寸標注和文字標注，非常方便，在充分的前期工作前提下，后期的出圖變得簡單快捷。

圖4 自動生成的平面圖效果

3 后期統(tǒng)計及展示

3.1 材料統(tǒng)計

完成三維場站設計后，即可對系統(tǒng)進行材料統(tǒng)計。在軸測圖設計出圖的同時可列出本段管線所包含的所有管件的統(tǒng)計材料表和管線的分段長度統(tǒng)計列表，分別如圖5和圖6。OPM的報表功能可以自動生成工藝管道及附件的統(tǒng)計表，通過對清單方案的設置，可以自定義顯示模型元素的相關參數(shù)。對于各種類型的元件，可以分類進行報表，即直管段、彎頭、三通、閥門等可以各自生成相應統(tǒng)計表，也可根據(jù)管線編號統(tǒng)計出每個編號的管線中的管段管件。也可以將軟件生成的統(tǒng)計表導人EXCEL，配合篩選和分段求和等函數(shù)命令，可以方便的實現(xiàn)依區(qū)域、管線編號和設備的組合式統(tǒng)計，不同類別、規(guī)格管線的分類統(tǒng)計等，如圖4所示，為西安工程中部分管段的閥門統(tǒng)計列表。

圖5 軸測圖中本段管線的材料表統(tǒng)計截屏

圖6 軸測圖中本段管線的分段長度材料表統(tǒng)計截屏

圖7 Bentley OPM報表自動生成的閥門統(tǒng)計表截屏

3.2 成果展示

利用Bentley軟件中的巡航器Navigator，可以實現(xiàn)在完成的三維場站中任意路徑行走，以及按自定義路徑生成視頻。如圖8所示是設定以人的高度視角觀察場站管線和設備。另外，可以將設計成果導入到其他軟件如Google earth中查看，也可以輸出清晰的pdf和圖片格式的任意角度的項目成果。此功能提供了良好的項目設計成果展示，使得與施工的配合變得容易，利于施工指導工作。圖9和圖10為兩項完成的項目成果。

圖8 navigator中的場站管線和設備

圖9 LNG分銷轉(zhuǎn)運站工藝裝置區(qū)成果

圖10 LNG應急調(diào)峰站擴建工程氣化工藝裝置區(qū)成果

4 結(jié)語

采用Bentley三維設計與傳統(tǒng)的CAD二維設計相比，增加了數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建和設備模型建立這兩個階段，而且，這兩個階段在整體設計周期中占用時間也較多，因此在首個項目的設計周期兩者差距并不大，見表1。

表1 設計周期對比表 單位：d

可以看出，采用三維設計進行第二個相似項目則所需要的周期則明顯縮短，而且隨著類似項目數(shù)據(jù)庫不斷補充完善，設計用時還能減少。據(jù)估算，較之傳統(tǒng)的二維設計方式，通過三維設計可節(jié)省時間至少20%。由于人工時的節(jié)省，意味著項目節(jié)約成本約5%。

利用功能強大的 Bentley軟件，將三維設計手段引入燃氣市政項目，利于施工的表達，提高設計和出圖效率。

Bentley三維設計以其具有出色的展示效果，全新的出圖、統(tǒng)計方式，以及能夠在設計階段杜絕錯漏碰缺，值得在燃氣項目中推廣應用。同時，由于缺少相應行業(yè)的數(shù)據(jù)庫，自行創(chuàng)建設備及數(shù)據(jù)庫文件較為耗時，影響設計效率，因此要推進市政燃氣行業(yè)的三維設計應用，仍需要不斷跟進相關項目，對標準數(shù)據(jù)庫進行完善和擴充。