白曉旭

中石化廣州工程有限公司 廣東 廣州 510000

引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，國際工程建設(shè)市場的競爭日趨激烈，工廠設(shè)計(jì)項(xiàng)目的日趨大型化、智能化，AutoCAD和Office等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)如今的市場對(duì)設(shè)計(jì)單位的要求。工廠設(shè)計(jì)數(shù)字化交付幾乎成為每個(gè)業(yè)主對(duì)于設(shè)計(jì)單位的要求。同樣，各個(gè)設(shè)計(jì)公司為了提高工作效率，縮短設(shè)計(jì)周期，三維設(shè)計(jì)輔助軟件得到了廣泛使用。在國內(nèi)的各大設(shè)計(jì)院中，SP3D（Smart Plant 3D）和PDMS（Plant Design Management System）是使用最廣泛的兩個(gè)三維設(shè)計(jì)軟件[1]。文本將會(huì)著重討論SP3D在電氣設(shè)計(jì)(槽盒布置)中的應(yīng)用。

1 SP3D簡介

SP3D是近20年出現(xiàn)的最先進(jìn)的工廠設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)之一，廣受國際各大工程公司的青睞。這套由鷹圖（INTERGRAPH）公司推出的新一代、面向數(shù)據(jù)、規(guī)則驅(qū)動(dòng)的軟件簡化了工程設(shè)計(jì)的過程，同時(shí)更加有效的使用并重復(fù)使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)。最為鷹圖公司Smart Plant系列工廠設(shè)計(jì)軟件（還有SPI，SPEL，SPPI&D等）中的一員，SP3D主要提供兩方面功能：首先，它是一個(gè)完整的工廠設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，提供給業(yè)主一個(gè)直觀的三維模型。其次，它可以在整個(gè)工廠的生命周期中保持存在，用戶可以實(shí)時(shí)同步的修改模型，各個(gè)專業(yè)有效地協(xié)同工作，便于日后對(duì)工廠的維護(hù)[2]。

2 SP3D電氣模塊介紹

SP3D設(shè)計(jì)模塊包括圖紙與報(bào)告模塊、電氣模塊、設(shè)備模塊、軸線模塊、支吊架模塊、HVAC模塊、管道模塊、參數(shù)數(shù)據(jù)庫模塊、空間管理模塊、結(jié)構(gòu)模塊等。在電氣設(shè)計(jì)中我們主要用到的就是電氣模塊。

在電氣模塊中，用戶可以進(jìn)行槽盒布置、電纜敷設(shè)、燈具布置、電氣設(shè)備布置等，可以直觀地體現(xiàn)電氣設(shè)備和原件在工廠中的位置和外形。槽盒和設(shè)備的大小，方向可以根據(jù)實(shí)物進(jìn)行隨意修改，操作起來簡單直觀。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件AutoCAD相比，SP3D可以賦予每個(gè)設(shè)備甚至電纜槽盒屬性。比如，電壓等級(jí)，重量，燈具的功率等。無論是在現(xiàn)場施工，或者后期維護(hù)的時(shí)候，工作人員可以很容易地查找各個(gè)設(shè)備的參數(shù)屬性。還有一個(gè)最大的優(yōu)勢在于，不同專業(yè)間的協(xié)同工作，意思就是各個(gè)設(shè)計(jì)專業(yè)都在同一個(gè)平臺(tái)中實(shí)時(shí)建模。3D模型與實(shí)物相近，可以很好地模擬出現(xiàn)場的情況。這樣就可以在設(shè)計(jì)階段避免不同專業(yè)間設(shè)備的碰撞問題，讓設(shè)計(jì)更加合理，給施工節(jié)省大量的時(shí)間。

3 SP3D槽盒設(shè)計(jì)

電纜槽盒的布置在電氣三維設(shè)計(jì)工作量中占了很大比重。本小節(jié)將著重介紹在SP3D中怎樣布置電纜槽盒，電纜槽盒的屬性設(shè)置和使用三維軟件布置槽盒的輸入條件。

3.1 怎樣布置電纜槽盒

首先，進(jìn)入SP3D電氣模塊，在左側(cè)的工具欄中選中Route Cableway，然后選擇New Cableway，就可以在SP3D中新建一根槽盒了。因?yàn)镾P3D是多專業(yè)協(xié)作平臺(tái)，所以它對(duì)于創(chuàng)建對(duì)象所在的層級(jí)要求是很嚴(yán)格的。各個(gè)專業(yè)需要在各自權(quán)限下的層級(jí)中創(chuàng)建模型，電氣電纜槽盒需要在相應(yīng)的層級(jí)下才可以創(chuàng)建。選好層級(jí)后，就可以在SP3D中繪制電纜槽盒。選好起點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)下鼠標(biāo)左鍵，就會(huì)出現(xiàn)一條綠色條框的虛擬槽盒，只需要按照事先規(guī)劃好的路徑拖動(dòng)這條虛擬槽盒，就能完成槽盒的布置。

布置完成后，如果需要增加三通、四通或者水平豎直彎通，就在左側(cè)工具欄中選擇 Insert component添加。點(diǎn)擊Insert component后，選擇需要修改的槽盒和添加的原件就可以完成修改。如果在某些情況下，元件庫中沒有需要的連接原件，可以使用自動(dòng)連接（Auto connect）。SP3D會(huì)在模型中自動(dòng)生成一段用于連接的槽盒。但是不推薦使用此功能，因?yàn)樯傻脑槐硎具B接關(guān)系，以后自動(dòng)會(huì)料中將不會(huì)統(tǒng)計(jì)此段材料。

3.2 槽盒屬性的設(shè)置

三維模型具有屬性是SP3D的一大特點(diǎn)，所以槽盒屬性的設(shè)置是至關(guān)重要的。電纜槽盒比較重要的幾個(gè)屬性有：名稱 （Cableway），規(guī)格（Specification），電壓等級(jí)（Cable Insulation Rating），槽盒容積比（Fill Efficiency）。名稱影響到日后抽圖的槽盒標(biāo)注名稱；規(guī)格影響槽盒在模型中的外形；電壓等級(jí)影響槽盒在模型中的顏色；容積比影響電纜自動(dòng)敷設(shè)功能的使用。把以上幾個(gè)屬性按照項(xiàng)目要求設(shè)置好會(huì)對(duì)以后的工作起到事半功倍的效果。

3.3 使用SP3D布置電纜槽盒的輸入條件

通過以上兩步，就完成了電纜槽盒在三維模型中的布置。雖說操作并不復(fù)雜，但是完成這些工作是需要有一些必要的設(shè)計(jì)輸入條件的。一個(gè)完整的工廠三維模型的搭建，應(yīng)該開始于一個(gè)項(xiàng)目的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段。而搭建模型所需要的信息，應(yīng)該來自于其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。為什么這樣說呢？如果在項(xiàng)目之初，就開始在三維上工作，沒有二維草圖的規(guī)劃。那么隨著項(xiàng)目的進(jìn)展，各種各樣的變更會(huì)帶來大量的模型修改，而三維模型的修改畢竟不如CAD圖紙的修改方便快捷，大量的人工時(shí)會(huì)耗費(fèi)在模型的修改上。所以，三維模型搭建的一個(gè)重要的輸入條件就是：基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖紙。槽盒大致位置和走向的二維規(guī)劃的草圖對(duì)電纜槽盒三維建模有很大的幫助。當(dāng)然，其他設(shè)計(jì)輸入條件，如電纜根數(shù)，截面積等對(duì)槽盒的建模也是必不可少的。

3.4 Smart Sketch出圖

3D模型可以提供更加直觀、詳細(xì)的視角給業(yè)主，但是對(duì)于施工人員來說，主要的圖紙還是2D施工圖。于是鷹圖公司開發(fā)了一款用于SP3D抽取二維圖紙的軟件——Smart Sketch。這款軟件主要是用于2D圖紙的抽取和編輯，也可以輸入或者輸出其他CAD格式的圖紙，如AutoCAD和MicroStation。這款軟件幫助工程設(shè)計(jì)人員節(jié)省了大量的2D繪圖時(shí)間。許多的施工圖，可以直接從SP3D模型中直接抽取編輯，不再需要在其他CAD軟件中重新繪制。

第一步，進(jìn)入空間管理模塊（Space Management），在Workspace Explorer中建立文件夾，用于存放Volume。之后，在左側(cè)工具欄選擇Place Volume建立Volume。Volume覆蓋的三維模型會(huì)投影到2D圖紙上。

第二步，在Workspace Explorer中選擇Drawings，在本專業(yè)權(quán)限下的文件夾中建立圖紙。創(chuàng)建后圖紙之后，就會(huì)生成一個(gè)Smart Sketch的圖紙，這時(shí)需要在空白圖紙上創(chuàng)建一個(gè)View。這個(gè)View就是以后抽出2D圖形在圖框中的位置。創(chuàng)建View時(shí)，你需要選擇這個(gè)View的出圖風(fēng)格（Style），這個(gè)Style決定了Volume中包含三維模型在所抽出圖紙上的樣式。比如說，操作柱在圖紙上的圖例樣式是一個(gè)方塊，但是選擇了不適當(dāng)?shù)腟tyle,抽出來的操作柱圖形可能就是三維模型在平面上的投影（一個(gè)不規(guī)則的圖形）。這樣就和圖紙上的圖例不同了，這樣會(huì)造成圖紙信息和圖例不一致。Style中還可以選擇圖紙比例，坐標(biāo)系等。

第三步，把建立好的View和3D模型中的Volume相連接。連接建立完成后，就可以點(diǎn)擊Update view生成Smart Sketch 2D圖紙了。生成好的圖紙，可以直接在Smart Sketch Editor中進(jìn)行編輯，軟件也具備一些基本的CAD繪圖功能。如果3D模型修改了，2D圖紙只要更新一下，就可以和3D模型保持一致，而且在后期編輯圖紙時(shí)添加的信息都不會(huì)隨著圖紙更新消失，修改或者刪除的信息會(huì)隨著更新和模型保持一致。

和同為2D繪圖軟件的AutoCAD相比，Smart Sketch有著自己的優(yōu)勢：①圖紙信息直接來自于3D模型，圖紙內(nèi)容更加準(zhǔn)確和具有時(shí)效性。②圖紙風(fēng)格一致，因?yàn)樵诔鰣D之前管理員會(huì)根據(jù)不同的圖紙要求制作統(tǒng)一模板，不同的制圖人員在完成的同一類圖紙時(shí)，圖面風(fēng)格會(huì)大體統(tǒng)一；③完成3D建模后，可以很快地抽出2D圖紙，提高工作效率。

當(dāng)然，作為一款3D軟件附帶的2D繪圖工具，Smart Sketch也有很多不足的地方：①受限于3D模型，在沒有3D模型的前提下，Smart Sketch基本沒有什么用處，獨(dú)自繪圖功能幾乎為零；②與AutoCAD相比，Smart Sketch缺少很多繪圖功能，且基本不能快捷鍵操作，處理圖紙速度相對(duì)較慢；③模板圖紙?jiān)O(shè)置復(fù)雜，管理員需要大量的時(shí)間測試出圖效果，如果出圖風(fēng)格設(shè)置不完善，圖面可能會(huì)出現(xiàn)大量無用信息。

總而言之，Smart Sketch作為一款SP3D自帶的出圖軟件，基本滿足了工程設(shè)計(jì)人員的2D出圖需求。但是，在其本身的繪圖功能與AutoCAD相比較，還有很大的提升空間。在我看來，如果使用SP3D做工程設(shè)計(jì)，Smart Sketch是一款很好的集成出圖軟件。然而，作為單純的2D繪圖，Smart Sketch目前不是一個(gè)好的選擇。

3.5 SP3D在電氣設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

與二維設(shè)計(jì)軟件相比，SP3D的主要優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：SP3D可以大限度地減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，彌補(bǔ)二維圖紙不夠立體化的不足，把圖紙?jiān)谠O(shè)計(jì)階段盡可能完善。這樣不僅可以減少在施工階段修改圖紙的時(shí)間，還可以減少由于設(shè)計(jì)變更造成的額外成本。

比如，在管橋電纜槽盒布置過程中，由于管橋上各類管道布置復(fù)雜，電氣設(shè)計(jì)人員很難定位這些管子的位置。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在槽盒引下的路徑上，和一些管道或者結(jié)構(gòu)支撐發(fā)生碰撞。這些碰撞在二維設(shè)計(jì)中是很難被發(fā)現(xiàn)的，但在現(xiàn)場施工過程中又不得不解決這些問題，這樣就會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力去完善設(shè)計(jì)中的不足。如圖1所示，就是在工程項(xiàng)目中空冷槽盒引下，調(diào)整彎通位置避開結(jié)構(gòu)支撐的實(shí)例。

圖1 調(diào)整彎通位置避開支撐

還有，在變電所開洞時(shí)，沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員可能會(huì)對(duì)槽盒引下的彎曲半徑考慮不周，造成開洞過小或者過大，給現(xiàn)場施工造成不小的麻煩。SP3D就可以很好地解決這個(gè)問題，模型建立好了，需要洞口的大小就一目了然了。通過三維模型的建立，不但可以完善設(shè)計(jì)，而且會(huì)更加準(zhǔn)確，減少浪費(fèi)。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)階段是影響項(xiàng)目投資最大的階段。雖然設(shè)計(jì)費(fèi)用只占整個(gè)EPC項(xiàng)目的4%左右，但是設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目造價(jià)的影響卻占到了70%以上[3]。作為一個(gè)工程公司，我們的核心競爭力在于工程設(shè)計(jì)，對(duì)于工程師提高設(shè)計(jì)水平才是硬道理。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維軟件功能的逐步完善，三維設(shè)計(jì)將會(huì)逐漸替代二維平面設(shè)計(jì)。在目前來看，盡管SP3D或者其他三維設(shè)計(jì)軟件相較于CAD、Micro Station這些老牌設(shè)計(jì)軟件有很多不足，但是隨著軟件的升級(jí)和技術(shù)的發(fā)展，三維軟件必將會(huì)成為每一個(gè)工程設(shè)計(jì)人員必須掌握的工具。