王昭

(中國寰球工程有限公司 北京分公司，北京 100012)

在數(shù)字化交付成為大趨勢的情況下，業(yè)主對三維模型的要求也在不斷提高： 某些高標(biāo)準(zhǔn)、高要求的海外項目，甚至要求三維模型可以達(dá)到與真實工廠一致的細(xì)致程度，以便使操作維護(hù)人員提前熟悉新建工廠。其次，在多專業(yè)設(shè)計的配合過程中，也可以互相避讓、互相校驗，避免現(xiàn)場可能出現(xiàn)的碰撞及設(shè)計錯誤，在設(shè)計過程中減少設(shè)計變更帶來的費用增加。再次，在施工過程中，三維模型可以輔助施工單位對各專業(yè)設(shè)備布置建立整體的概念，避免了傳統(tǒng)的不同專業(yè)施工隊先到先得、先施工先占空間的施工模式，對于施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的把控也有很大的幫助。

因此，在實際的工程設(shè)計及施工過程中，通過三維建模輔助的設(shè)計手段可以大幅提高設(shè)計效率，可以達(dá)到節(jié)約投資的目的。

1 儀表專業(yè)三維模型建模

在以往的工程實踐中，通常是在完成現(xiàn)場儀表的設(shè)計工作后，再通過模型進(jìn)行校對，避免橋架、接線箱等儀表設(shè)備的碰撞。至于變送器、可燃?xì)怏w檢測器等體積較小，安裝方式靈活的設(shè)備則不需要建模，僅用儀表布置圖、橋架布置圖等現(xiàn)場布置圖體現(xiàn)現(xiàn)場儀表設(shè)備的物理位置。儀表布置圖的比例尺一般較大，變送器等設(shè)備的圖例在圖中只能示意大概位置；對于現(xiàn)場儀表比較密集的區(qū)域，圖例符號排布密集的情況，定位則會出現(xiàn)更大的偏差。由于不能精確地示意儀表設(shè)備的具體位置，因此最終的位置確認(rèn)工作就只能留給現(xiàn)場進(jìn)行。

另外，由于沒有在同一個可視的平臺中整合所有專業(yè)對于空間的需求，因此經(jīng)常出現(xiàn)已經(jīng)安裝的儀表設(shè)備阻礙安全通道，妨礙檢維修空間，或無法保證儀表設(shè)備的檢維修空間等問題出現(xiàn)，造成了安裝后被迫拆除、修改位置的窘?jīng)r，既浪費人工時也浪費施工耗材。

三維模型可以提供真實的尺寸比例，能夠精確地體現(xiàn)儀表設(shè)備的具體位置，同時又給各專業(yè)提供了一個公用的平臺用于校驗碰撞和空間需求。因此，目前對于三維模型的應(yīng)用，已經(jīng)從在工程實踐中用于避免碰撞，逐漸轉(zhuǎn)向以下幾個方面： 確保儀表設(shè)備的檢維修便利性；確保儀表設(shè)備的安裝空間及管道要求；確保儀表設(shè)備的取源要求；確保安全通道及其他檢維修空間不被占用；輔助進(jìn)行現(xiàn)場圖紙的設(shè)計。

隨著三維模型要求的不斷提高，需要建模的儀表專業(yè)的范圍逐漸增加。筆者參與設(shè)計的某海外項目要求對橋架、穿線管、電纜溝/井、接線箱、就地盤、變送器、可燃?xì)怏w探測器、警燈警笛、CCTV等儀表及通信設(shè)備進(jìn)行三維建模，再加上傳統(tǒng)上管道專業(yè)負(fù)責(zé)的閥門建模和儀表取源點建模，構(gòu)成了完整的儀表模型體系，自控三維模型建模范圍見表1所列。另外，由于該項目具有特殊性，需按照合資公司外方的慣例進(jìn)行專業(yè)分工，因此電信專業(yè)的模型由儀表專業(yè)代為實施。

表1 自控三維模型建模范圍

為了最大程度地避免設(shè)計圖紙的修改，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行儀表設(shè)備的三維建模，然后再繪制現(xiàn)場儀表圖紙。通過設(shè)計順序的調(diào)整，就可以大幅提升設(shè)計工作的一次性準(zhǔn)確率，提升設(shè)計效率。

2 儀表專業(yè)相關(guān)模型工作的關(guān)注重點

在建模過程中，雖然閥門、流量計、引壓點等管道安裝的一次元件的模型是由管道專業(yè)負(fù)責(zé)建模，但儀表專業(yè)工程師對于儀表、閥門的安裝要求比管道專業(yè)工程師更加熟悉，更容易發(fā)現(xiàn)在建模過程中的瑕疵并加以修正。另外，在設(shè)計進(jìn)度30%，60%，90%的幾次模型審查時，儀表專業(yè)也應(yīng)參與其中，對于一些方案性的設(shè)置進(jìn)行了解并提出建議，規(guī)避設(shè)計建模工作中可能出現(xiàn)的問題。儀表專業(yè)相關(guān)模型建模的關(guān)注重點有以下幾個方面。

2.1 安裝空間和管道要求

在進(jìn)行儀表建模和模型確認(rèn)時，首先應(yīng)該確認(rèn)儀表的外形尺寸，保證目前預(yù)留的空間能夠滿足該儀表的安裝需求，尤其是對分析儀表的預(yù)處理系統(tǒng)和閥門的執(zhí)行機構(gòu)尺寸都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行確認(rèn)，以避免現(xiàn)場無法安裝而出現(xiàn)設(shè)計變更的情況。

同時，對流量儀表的前后直管段長度應(yīng)該給予高度重視，常用的差壓式流量計(包含孔板流量計、楔形流量計、各種巴類流量計等)，渦街流量計，超聲波流量計和轉(zhuǎn)子流量計都對安裝方向(水平/垂直)和前后直管段有著很高的要求，需要流體在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下經(jīng)過流量計，才能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

流量計對管道直管段的要求并非是簡單的“前十后五”，對于不同安裝位置前后直管段有著不同的要求，具體的要求還應(yīng)參考JJG 640—2016《差壓式流量計》，以及不同產(chǎn)品生產(chǎn)廠家的具體技術(shù)要求。例如某品牌超聲波流量計前后直管段要求如圖1所示。

圖1 某超聲波流量計的前后直管段要求示意

值得注意的是： 根據(jù)ISO 5167—2《用壓差裝置測量管道循環(huán)交叉液體流量》規(guī)范中第6章的要求，在沒有整流器的情況下，孔板流量計的前后直管段要求與它的β值直接相關(guān)，這一點經(jīng)常在建模的過程中被忽略。儀表專業(yè)應(yīng)當(dāng)對直管段進(jìn)行核對，以保證管道設(shè)計滿足要求，以期達(dá)到最優(yōu)的測量效果。

2.2 安全空間

由于變送器、有毒可燃?xì)怏w探測器在施工過程中安裝位置的隨意性較大，因此在儀表建模的過程中，需要確認(rèn)安全通道以及逃生通道不因安裝儀表而受阻，避免現(xiàn)場進(jìn)行修改返工。根據(jù)GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的要求，廠房內(nèi)疏散樓梯、走道、門的各自總凈寬度，應(yīng)根據(jù)疏散人數(shù)按每100人的最小疏散凈寬度不小于表2的規(guī)定來計算確定。對于安全通道和逃生通道，管道專業(yè)在建模時應(yīng)避免在安全通道中設(shè)置儀表設(shè)備，以保證安全通道的暢通。

表2 廠房內(nèi)疏散樓梯、走道和門的每100人最小疏散凈寬度

2.3 操作空間及檢維修空間

對于操作空間及檢維修空間的確認(rèn)有以下幾種情況：

1)與安全空間相類似，安裝位置隨意的儀表設(shè)備會阻礙其他設(shè)備的檢維修和操作。比較常見的情況有： 儀表設(shè)備阻礙了換熱器的抽芯空間；阻礙了管道手動閥門閥柄、八字盲板旋轉(zhuǎn)等的操作空間；阻礙了吊車、叉車等設(shè)備的行進(jìn)空間。

2)有一些儀表設(shè)備的功能是相互關(guān)聯(lián)的，比如取樣閥的操作按鈕，應(yīng)設(shè)置在取樣平臺附近，而非其他地方，以便于操作工就近操作。

3)在設(shè)計過程中應(yīng)對儀表設(shè)備的檢維修空間進(jìn)行確認(rèn)，比如需要考慮閥門的拆卸以及檢維修空間，尤其是需要對控制閥的氣源附件和閥門定位器的檢維修空間進(jìn)行二次確認(rèn)，在施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)控制閥定位器沒有碰撞，但由于與其他設(shè)備間隙過小，無法開蓋進(jìn)行接線、檢修工作的情況。

2.4 檢維修便利性

在設(shè)計過程中，儀表設(shè)備是否便于檢維修是非常容易被忽略的內(nèi)容。通常會有儀表安裝在設(shè)備中上部的管口，或者變送器在樓層半空，平常無法觸及。雖然安裝位置并不影響儀表設(shè)備的正常工作，但是操作工在巡檢過程中不便讀取變送器讀數(shù)，儀表設(shè)備故障時不便于快速進(jìn)行檢維修，因此對生產(chǎn)造成影響。

當(dāng)碰到實在無法通過調(diào)整儀表的安裝位置來保證儀表設(shè)備的檢維修便利性的時候，應(yīng)當(dāng)給下游專業(yè)提出設(shè)計條件，要求增設(shè)固定或移動平臺，以確保儀表設(shè)備出現(xiàn)故障時可以快速進(jìn)行檢修，避免因儀表設(shè)備長時間故障而引起工藝停車，甚至造成經(jīng)濟(jì)損失。

2.5 取源要求

常規(guī)的壓力及差壓儀表都需要從管道取源測量壓力或差壓值，而被測工藝介質(zhì)的物性則決定了管道取源點的朝向，需要利用取源方向排除非被測介質(zhì)物性對測量的干擾，例如氣泡、小液滴等。不同物性介質(zhì)取源方向及范圍如圖2所示。

圖2 不同物性介質(zhì)取源方向及范圍要求示意

2.6 輔助其他專業(yè)進(jìn)行確認(rèn)工作

在建模過程中，不僅需要對儀表專業(yè)范圍內(nèi)的設(shè)備建模，還應(yīng)協(xié)助其他專業(yè)進(jìn)行三維建模的確認(rèn)工作，比如管道等其他專業(yè)建模的一次點進(jìn)行檢驗和確認(rèn)等。因此，儀表專業(yè)會更加深入地介入三維建模的工作中。例如，在某項目執(zhí)行的過程中，音叉開關(guān)的位置在工藝和儀表專業(yè)的協(xié)助下進(jìn)行了合理化修改。機泵聯(lián)鎖流程如圖3所示。

圖3所示的機泵聯(lián)鎖流程中，對于KS-1452聯(lián)鎖描述如下：

a)卸車管線閥門(UZV-4169)無開閥位反饋信號。己烷卸車線路上的開關(guān)閥UZV-4169未開到位，如果出現(xiàn)該狀況，泵P-414無法吸入己烷，如機泵持續(xù)運行會造成泵設(shè)備的損壞。

b)氣體平衡線閥門(UZV-4179)無開閥位反饋信號。己烷卸車的氣體平衡線上的開關(guān)閥UZV-4179未開到位，如果出現(xiàn)此種情況，泵P-414將己烷從卸車罐中抽離后，會造成卸車罐的負(fù)壓，如機泵持續(xù)運行會使泵設(shè)備或卸車罐損壞。

c)氣液分離緩沖罐高液位(LA-4144)無報警。泵P-414的氣液分離緩沖罐未灌滿液，如果出現(xiàn)該種情況，則說明泵前的管線未灌滿，也就是灌泵動作未完成，或者己烷卸車罐已將卸空，如機泵持續(xù)運行會造成泵設(shè)備的損壞。

圖3 機泵聯(lián)鎖流程示意

d)泵吸入口液位開關(guān)(LA-4145)無報警。泵P-414入口管線無液，如果出現(xiàn)該種情況，則說明泵前的管線未灌滿，也就是灌泵動作未完成，或者己烷卸車罐已卸空，如機泵持續(xù)運行會造成泵設(shè)備的損壞。

e)泵出口流量低低報警(延時30 s)。泵P-414出口流量低，如果出現(xiàn)該種情況，說明泵前某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，如機泵持續(xù)運行會造成泵設(shè)備的損壞。為避免出現(xiàn)誤報警的情況，因此對該聯(lián)鎖動作進(jìn)行延時30 s處理。

在聯(lián)鎖說明中對于與泵P-414相關(guān)的儀表功能進(jìn)行了很明確的描述，但在管道建模的過程中由于PID未做出明確的說明，管道專業(yè)無法確定音叉開關(guān)與泵的入口之間的距離，于是把音叉開關(guān)設(shè)置在泵的入口處。在這種情況下，自控專業(yè)就應(yīng)當(dāng)協(xié)同工藝、機泵、管道等專業(yè)進(jìn)行計算和確認(rèn)，以保證音叉開關(guān)設(shè)置的位置能夠滿足聯(lián)鎖保護(hù)的需求。

最終經(jīng)過對泵的能力值和控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度進(jìn)行綜合判斷，確定音叉開關(guān)應(yīng)當(dāng)至少距離泵的入口600 mm，以保證在機泵設(shè)備沒有因空轉(zhuǎn)而損壞前，執(zhí)行聯(lián)鎖停泵動作，達(dá)到對機泵設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)的目的。

3 結(jié)束語

在國內(nèi)外業(yè)主對于三維建模和多專業(yè)協(xié)同工作重視程度大幅增加的前提下，儀表專業(yè)應(yīng)當(dāng)提高三維建模水平，并協(xié)助其他專業(yè)對三維模型優(yōu)化，以達(dá)到減少設(shè)計變更，提高施工效率的目的。通過多專業(yè)協(xié)同模型優(yōu)化的方法，使設(shè)計水平及準(zhǔn)確性進(jìn)一步提升。