周 娜，黃文雄，程 科，郜 培，郭亞麗，梅 竹

(國糧武漢科學(xué)研究設(shè)計院有限公司，湖北 武漢 430079)

管道的布置在糧油加工廠的設(shè)計中有著非常重要的位置。設(shè)備與設(shè)備之間，車間與車間之間有著繁復(fù)的管道系統(tǒng)，而且隨著經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，糧油加工廠自動化、信息化操作正在實現(xiàn)，對管道設(shè)計的質(zhì)量要求也越來越高。因此，如何合理布局，就需要管道設(shè)計工程師統(tǒng)籌優(yōu)化，全盤考慮，充分利用空間，并滿足相關(guān)要求，做出最優(yōu)化的設(shè)計。傳統(tǒng)的二維設(shè)計已經(jīng)無法滿足行業(yè)發(fā)展需求了，越來越多的設(shè)計人員將目光集中到三維設(shè)計上。三維管道設(shè)計，從工程設(shè)計信息和圖紙上,實現(xiàn)了各個車間高標準化的三維模式,并實現(xiàn)了對工程設(shè)計信息在各階段的可視化展示,為后期建設(shè)方案制定、成本計劃管控、工程施工管控、施工項目管理等方面提供了全面的數(shù)據(jù)支撐。下面以油脂加工廠設(shè)計為例，論述三維軟件在設(shè)計中的應(yīng)用。

1 三維軟件在管道設(shè)計中的應(yīng)用

1.1 單體車間設(shè)計

(1)運用傳統(tǒng)的二維設(shè)計方式進行油脂工廠的管道設(shè)計時，需要設(shè)計人員、校核審核人員具有一定的空間想象力；而三維管道設(shè)計則非常清晰直觀，可以在三維空間呈現(xiàn)立體效果，模擬實景，讓設(shè)計人員可以觀察到設(shè)計中每個角度的細節(jié)，還可以通過渲染使模型有光影感，讓三維效果更為逼真,提升整體設(shè)計的質(zhì)感。

(2)當(dāng)采用二維設(shè)計方式進行管道設(shè)計時,通常是憑借管道設(shè)計工程師的設(shè)計經(jīng)驗進行人工檢驗，因此施工過程中的“碰、漏、缺”等問題是無法回避的。這樣,就極易形成施工工作量增大和返工的問題。在三維管道設(shè)計圖完成后,即可通過碰撞檢測命令進行設(shè)計評審。軟件自檢后能夠大大減少實際施工中的碰撞問題(如圖1所示)，可以清楚的看見產(chǎn)生碰撞的管道，及時發(fā)現(xiàn)錯誤，快速進行優(yōu)化設(shè)計，從而避免了工程中不必要的返工，縮短了工程時間,節(jié)約了成本。

圖1 軟件自檢

(3)使用三維管道設(shè)計,可以得到比傳統(tǒng)二維設(shè)計更詳細的二維圖紙,圖中所有設(shè)備、管道、管件等的參數(shù)屬性都和三維建模時保持一致，且具有關(guān)聯(lián)性，便于更改。

1.2 廠區(qū)及罐區(qū)管網(wǎng)設(shè)計

在罐區(qū)管網(wǎng)設(shè)計施工過程中，由于儲罐通常面積較大、數(shù)量較多、儲存介質(zhì)較多，且儲存工藝不同，充氮、吹掃、溫度等功能的需要，也往往增加了管道布置的復(fù)雜性。錯綜復(fù)雜的管道，如果采用傳統(tǒng)的二維軟件進行管道設(shè)計，管道的功能不能直接反映,同時也會產(chǎn)生管距差異,如不同介質(zhì)、不同管徑的管道之間距離各不相同，在不同的車間與車間之間，不同層高的管道與管道之間，管道與管架之間，管道與設(shè)備之間都可能存在交叉干擾或內(nèi)部沖突[1]。運用三維軟件進行管網(wǎng)設(shè)計,可以根據(jù)不同的應(yīng)用條件進行設(shè)計，在三維可視化的界面中，設(shè)計人員可以清楚的看到管網(wǎng)布置的真實效果(見圖2)，及時調(diào)整不合理的設(shè)計，不同層高、不同方向的管道都一目了然，這樣就極大地提高了設(shè)計的準確性和有效性。使用三維軟件進行管道設(shè)計,還可以快速進行碰撞檢測,從而解決了潛在的設(shè)計隱患，杜絕了重大事故的出現(xiàn)。

圖2 三維可視化界面效果圖

另外,通過使用三維軟件的BOM功能,還可以出具準確的材料清單(見圖3)，特別是管徑、閥門和組件數(shù)量，以及電纜直徑，因此可以有效解決物料浪費或者缺料的問題。以罐區(qū)管道為例,可以通過使用人工計算公式和軟件BOM表值進行比較，同一根管道的長短,在不考慮不均勻系數(shù)的情形下,人工計算長度往往比軟件值大百分之五。但一般來說,如果根據(jù)整個油廠的項目規(guī)模來測算管道長度，則整個管線用料的總量勢必超過百分之五,這對整個EPC總承包項目而言將是一項巨大的損失[2]。而如果有設(shè)計人員計算錯誤，在安裝過程中材料缺少，這可能會導(dǎo)致整個工程停工，這也是對人力成本和時間成本的一種浪費。

圖3 三維軟件的BOM材料清單

通過三維軟件運算不僅能夠得到更準確的工程量數(shù)值,還能夠降低人工計算的誤差,進而縮短了設(shè)計時間，而且對公司的工程造價、投標報價和建造成本測算、成本管理,乃至風(fēng)險管理等都有非常大的輔助作用。

1.3 應(yīng)力分析及非標設(shè)備的設(shè)計

通過三維設(shè)計能夠直觀地表現(xiàn)出各個構(gòu)件的受力狀況,特別是管徑較大、溫度較高或者是與重要設(shè)備連接的管道更需要進行應(yīng)力分析，三維設(shè)計軟件使工程設(shè)計人員能夠直觀的針對情況,根據(jù)檢查結(jié)果進行優(yōu)化設(shè)計。除此之外,如果對后期設(shè)備尺寸需局部修改的話,也只需在三維圖上進行調(diào)整,就可以得到全新的二維圖紙,這樣極大程度地提升了工作效率。在設(shè)備廠家中，這些技術(shù)已經(jīng)得到廣泛運用，認可度也非常高。

1.4 工程管理應(yīng)用

1.4.1施工管理方面

三維管道設(shè)計對于施工安裝也有很好的指導(dǎo)性，通過三維可視化優(yōu)勢,在各專業(yè)部門之間都嚴格地按三維圖進行施工。拿管道施工來說，傳統(tǒng)的二維施工圖紙在指導(dǎo)安裝的過程中，繁復(fù)的管道設(shè)計圖在平面圖上縱橫交錯，施工人員很難讀懂，有時就直接用工藝設(shè)計圖來直接指導(dǎo)工程安裝，這可能會造成管道走向以及閥門放置的隨意性。現(xiàn)場隨意改動，有可能產(chǎn)生安全隱患或者管道死角。運用三維管道設(shè)計，讓圖紙更易懂，有效的解決了二維平面圖紙的閱讀障礙，能夠和現(xiàn)場人員清楚的溝通，這樣可以有效降低施工的不規(guī)范、理解誤差導(dǎo)致的不按圖進行施工等問題,并且減少了材料采購余量，減少了對建筑材料的耗費，從而加快了施工進度，并節(jié)約了大量人力,對整個施工的質(zhì)量與時間進行更高效的管理。

1.4.2安全管理方面

運用三維管道設(shè)計，在設(shè)計階段就可以規(guī)避掉工程施工中可能出現(xiàn)的一些不安全的因素，在工程施工階段也可以幫助發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生的違規(guī)施工，把可能會出現(xiàn)的重大安全隱患提前消除,提高管理水平[3]。

1.4.3其它

其他的工程管理板塊,還有成本管理、質(zhì)量管理、組織管理、工作環(huán)境管理、信息技術(shù)服務(wù)管理等。借助于三維管道工程設(shè)計,能夠比較直接明確的顯示出建筑物工程量,以及在工程中的有關(guān)要點和注意事項等。根據(jù)上述特點,便能夠提出高質(zhì)量的設(shè)計方案、施工方案，制定出更合理的施工計劃、成本管理計劃,以及制定進度計劃表等,并實施全過程管理,使工程各項要素均得到有效控制，提高工程項目整體質(zhì)量。

2 三維設(shè)計軟件在應(yīng)用中存在的問題

2.1 現(xiàn)有工藝流程的影響

傳統(tǒng)的工藝設(shè)計師已經(jīng)習(xí)慣了二維CAD制圖，有些界面使用不習(xí)慣，影響了他們的設(shè)計思路，并且現(xiàn)階段三維設(shè)計軟件在生成二維圖的過程中，仍存在一些細節(jié)表達不規(guī)范的問題，需要進行一定程度的手動修改，對摸索階段的設(shè)計人員產(chǎn)生了額外的工作量，所以他們也會產(chǎn)生一定的抵觸情緒。

2.2 經(jīng)濟投入的影響

三維設(shè)計軟件的售價往往遠遠高于二維設(shè)計軟件，大部分都會設(shè)置加密鎖來控制，實行一機一鎖，且加密鎖也價格不菲，如需設(shè)計人員全員配置，那前期投入是非常大的，另外還需購買一些配套系統(tǒng)和相關(guān)軟件，這些高昂的花費對于有些承接傳統(tǒng)項目比較多的設(shè)計單位來說是不可接受的。

3 結(jié)束語

在糧油加工廠的規(guī)范化設(shè)計方面,全套標準化車間的設(shè)計已越來越需要與國際先進水平接軌，這已經(jīng)成為工程設(shè)計單位提升工程設(shè)計水準、提升企業(yè)核心競爭力的必要條件。特別是承接大型項目尤其是國際項目時，就能體現(xiàn)三維設(shè)計真正的價值，要以前瞻性的眼光來觀察行業(yè)發(fā)展趨勢，三維設(shè)計軟件取代二維設(shè)計軟件是必然趨勢。隨著三維管道設(shè)計技術(shù)在糧油加工廠設(shè)計中的廣泛應(yīng)用,能夠增強企業(yè)的行業(yè)地位和提升核心競爭力，為企業(yè)的長遠發(fā)展帶來積極深遠的正面影響。