陳旸

摘 要：現(xiàn)今時代，各種先進技術(shù)層出不窮。其中，三維軟件具有較強的三維沉浸感和交互性，對于現(xiàn)實仿真和場景模擬具有重要的意義。地下管網(wǎng)是城市規(guī)劃、建設(shè)和管理的重要基礎(chǔ)信息，也是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理工作中尤為重要的一環(huán)。管網(wǎng)三維自動建模能夠快速構(gòu)建三維場景，逼真地展現(xiàn)管網(wǎng)的形態(tài)和地下分布，對于管理和維護管網(wǎng)設(shè)施具有重要作用。因此，快速精細地構(gòu)建大范圍的地下管網(wǎng)三維虛擬場景顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：三維軟件;管道設(shè)計;化工領(lǐng)域

0 引言

在化工裝置建設(shè)過程中，相對于設(shè)備、電儀等其他專業(yè)，管道安裝涉及到大量的材料、焊接、檢驗等信息，信息的準確性及前后邏輯關(guān)系嚴密，管理難度比較大。當前，國家關(guān)于建筑業(yè)三維技術(shù)的推廣力度正在不斷加大，如何借助該技術(shù)，結(jié)合信息化管理手段，將兩者應用于后續(xù)施工階段管理，不僅可以進行數(shù)據(jù)信息間的高效傳輸，同時以實現(xiàn)施工可視化管理為目標，成為了我們的研究方向。

1 三維管道設(shè)計軟件優(yōu)勢

1.1 擁有自主數(shù)據(jù)庫

國外軟件往往提供少量的標準件，而其他規(guī)格的管道配件則是需要大量工時建模的特殊件。而國內(nèi)軟件則良好地實現(xiàn)了配件的客制化、國標化，建?？旖菅杆?，參數(shù)修改方便，減少了設(shè)計建模的工時。

1.2 實時漫游技術(shù)

SPDA等國產(chǎn)軟件配備有強大的模型漫游技術(shù)，可以從任意視角實現(xiàn)對三維管線模型的檢查，防撞評估等，直觀地反映了工程設(shè)計的整體思路，有利于減少實際施工中出現(xiàn)的各類風險。

2 三維軟件管道設(shè)計在化工領(lǐng)域的應用

2.1 工程數(shù)據(jù)處理

三維配管軟件通常帶有強大的數(shù)據(jù)管理庫，通常包含標準化和客制化的元件庫，管道等級庫和圖形庫等，主要負責統(tǒng)籌各類管道的碰撞條件、單位制度，元件的類型（緊固件、標準件、客制化特殊件、管道件等），并且配合圖形庫的強大輸出調(diào)用功能實現(xiàn)從元件數(shù)據(jù)到建模調(diào)用的無縫銜接和直觀對應。工程數(shù)據(jù)庫的建立，保證了各類元件在其參數(shù)、特殊功能、規(guī)格上的可溯源性和一一對應，從而實現(xiàn)了配管施工過程的精準度和高效性，保障了施工的質(zhì)量安全，減小工程的整體風險。

2.2 工程構(gòu)筑物及設(shè)備建模

這一過程需要預先進行軸網(wǎng)圖的生成，為構(gòu)筑物模型搭建、設(shè)備定位和進一步的管道建模提供基準化的參考，保證了后續(xù)施工的參數(shù)一致性。構(gòu)筑物建模過程主要是實現(xiàn)管道布局過程中各管道之間空間關(guān)系的確立，對后續(xù)的碰撞檢查實現(xiàn)了有據(jù)可查。工程設(shè)備建模是利用軟件自帶標準設(shè)備庫和可編輯的客制化特殊設(shè)備庫數(shù)據(jù)，即時生成標準模型和非標準的拼接模型，確立插件的具體參數(shù)，通過設(shè)備模型插入，模型參數(shù)修改，設(shè)備管嘴調(diào)整等工序?qū)崿F(xiàn)對管線布局設(shè)備進行精準的定位。

2.3 三維管道建模

三維管道建模是利用軟件的P&ID模塊繪制或者導入PID圖，根據(jù)不同的管道參數(shù)和管道信息，以工程設(shè)備建模中的管嘴為起始點和終止點進行逐條配管。通常三維管道建模軟件提供手動和自動配管兩種模式，通過鏡像、復制等操作實現(xiàn)快速配管，并且通過軟件相關(guān)的管道數(shù)據(jù)編輯器對已配管的管件實現(xiàn)各類參數(shù)的操作修改及刪除等功能。三維管道建模軟件在配管過程中，能夠充分考慮管道布局的美觀性、經(jīng)濟性、易操作性、安全性和易維護性，對比傳統(tǒng)的配管方式，極大提高了配管效率和配管質(zhì)量，且能配合三維管道建模軟件實現(xiàn)模型的驗證和瀏覽功能。

2.4 模型驗證

經(jīng)過三維管道建模軟件的配管工序，需要對模型進行多方面的質(zhì)量檢查，主要包括管道碰撞檢查，管件數(shù)據(jù)檢查，模型設(shè)計檢查以及應力計算等方面。管道碰撞檢查是結(jié)合構(gòu)筑物建模，通過預先設(shè)定的各類管件碰撞條件和構(gòu)筑物建模的空間關(guān)系，經(jīng)過數(shù)據(jù)初始化后對已經(jīng)完成的三維管道建模進行檢查，對不滿足碰撞要求的部件進行報錯，提醒設(shè)計人員進行相關(guān)參數(shù)的修改或者模型的重建;管件數(shù)據(jù)檢查主要是對管件數(shù)據(jù)進行核實，自動糾正數(shù)據(jù)偏差;模型設(shè)計檢查保證了管件之間連接邏輯的合理性、管件和連接件之間參數(shù)的匹配性以及墊片壓力等配管邏輯的檢查。部分配管軟件如SPDA還提供了模型應力的計算接口，通過導出模型至專業(yè)的應力分析軟件CAESARⅡ，對模型的應力情況進行分析。經(jīng)過模型驗證之后，對各管道參數(shù)實現(xiàn)了修正和改良，生成了最終的管道建模。

2.5 工程圖紙輸出

三維管道建模軟件能夠根據(jù)上述工序中涉及的管件參數(shù)和模型設(shè)計即時輸出需求的管道工藝平面（立面）圖、ISO單線軸側(cè)圖、管件數(shù)據(jù)和綜合材料表等。極大減少了人工參與度，為實際施工提供了標準化參考。軟件可以根據(jù)建模參數(shù)，逐層對模型進行剖切，自動標注各類圖紙的材料統(tǒng)計表等參數(shù)。其輸出時間短、繪制精確度高，極大減少了設(shè)計工序的時間消耗。

3 結(jié)語

三維軟件管道設(shè)計在化工領(lǐng)域展示了強大的建模能力，其模型的準確性、安全性、高效性和經(jīng)濟性相較于傳統(tǒng)人工設(shè)計都有著極大的進步，推動了管道工程現(xiàn)代化、數(shù)字化的進程，極大減少了配管工藝的設(shè)計成本和設(shè)計風險。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，三維管道設(shè)計軟件將進一步擴展其潛力，使得配管工藝更加科學化、智能化。

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