王祥如

（上海市機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200040）

在國(guó)內(nèi)以二維平面設(shè)計(jì)和交付為主的今天，二維設(shè)計(jì)存在的弊端也日益顯現(xiàn)。建筑信息模型（Building Information Modeling，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）設(shè)計(jì)技術(shù)以其特有的優(yōu)勢(shì)，可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等優(yōu)勢(shì)，在建筑、電力、石化和水利等方向得到廣泛應(yīng)用[1]。各大設(shè)計(jì)院在發(fā)展BIM 的同時(shí)，也在進(jìn)行數(shù)字化交付技術(shù)的探索[2-3]。

三維模型是對(duì)物理工廠的虛擬可視化表達(dá)，其涵蓋設(shè)備模型、管道模型、建筑模型、結(jié)構(gòu)模型、電氣模型和儀表模型，具體包括設(shè)備外形、接口、管道管件及附屬儀表、建筑外形、路面、梯子、平臺(tái)、電纜和橋架等物理工廠的實(shí)物對(duì)象模型。根據(jù)專(zhuān)業(yè)分類(lèi)，每個(gè)專(zhuān)業(yè)僅設(shè)計(jì)工廠模型中的一部分，并最終拼接成一個(gè)完整的工廠模型。可以說(shuō)三維模型的建立使得工廠更加可視化、簡(jiǎn)單化、模塊化，其他交付數(shù)據(jù)庫(kù)有了載體和依托。

目前，BIM 設(shè)計(jì)軟件主要有Autodesk 公司的Revit建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備軟件，Bentley 公司的OBD 建筑、結(jié)構(gòu)和設(shè)備軟件，Bentley 工業(yè)設(shè)計(jì)（石油、化工、電力和醫(yī)藥等）和基礎(chǔ)設(shè)施（道路、橋梁、市政和水利等）系列軟件，以及Graphisoft 公司的ArchiCAD 軟件。不同公司的軟件在架構(gòu)上非常類(lèi)似，但又各有其特點(diǎn)，并存在很多不同之處[4]。利用Bentley 公司的OpenPlant Modeler CONNECT Edition（簡(jiǎn)稱(chēng)OPM）軟件可以進(jìn)行動(dòng)力、水工、化水和消防專(zhuān)業(yè)的管道三維建模及二維出圖工作。

1 設(shè)計(jì)中遇到的難題

在OPM 工藝管道設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了兩大難題。

一是目前OPM 不提供中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的元件庫(kù)（Catalogs），而且軟件自身帶有的元件庫(kù)只有部分美標(biāo)體系，沒(méi)有可用于國(guó)內(nèi)的管道元件庫(kù)、等級(jí)庫(kù)（Specs）。元件庫(kù)顧名思義即涵蓋了管道三維設(shè)計(jì)所需要的各種組件（鋼管、管件、閥門(mén)和法蘭等）參數(shù)信息，而等級(jí)庫(kù)就是適用于某一項(xiàng)目的元件庫(kù)。等級(jí)庫(kù)可以由元件庫(kù)按照某些篩選規(guī)則得到。沒(méi)有元件庫(kù)或等級(jí)庫(kù)，管道三維設(shè)計(jì)是進(jìn)行不下去的，因此，元件庫(kù)的建立至關(guān)重要。所以需要制定自己的元件庫(kù)，為后續(xù)項(xiàng)目篩選等級(jí)庫(kù)奠定基礎(chǔ)。

二是OPM 是國(guó)外軟件，在國(guó)內(nèi)適用性還達(dá)不到國(guó)內(nèi)工程標(biāo)準(zhǔn)要求。比如一些管線(xiàn)號(hào)、管道標(biāo)高、保溫、儀表位號(hào)、尺寸標(biāo)注、壓力等級(jí)和支吊架完全是美標(biāo)等國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，如要繪制出管道軸測(cè)圖，其默認(rèn)的圖紙格式排版（字體樣式、標(biāo)注樣式、圖層、圖例表達(dá)和圖框等）與我國(guó)制圖要求完全不同。

其他BIM 軟件也會(huì)存在類(lèi)似問(wèn)題[5-8]。受制于上面兩大難題，三維管道設(shè)計(jì)工作難以展開(kāi)。研究旨在解決上述問(wèn)題，研究OPM 出圖技術(shù)與流程，結(jié)合工程制圖的特點(diǎn)及難點(diǎn)，通過(guò)二次開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)OPM 軟件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)出圖，提高軟件的通過(guò)性和易用性。

2 軟件二次開(kāi)發(fā)

利用OpenPlant Isometrics Manager CONNECT Edition（簡(jiǎn)稱(chēng)OPIM）軟件及樣式配置根目錄文件進(jìn)行管道軸測(cè)圖的管理及出圖工作；利用OpenPlant Project Administrator CONNECT Edition（簡(jiǎn)稱(chēng)OPPA）進(jìn)行管道、設(shè)備屬性的添加和修改，各種報(bào)表的定制及元件庫(kù)擴(kuò)充。

這就需要對(duì)OPM、OPIM、OPPA 軟件操作熟練，對(duì)其架構(gòu)有一定的了解，掌握軟件編程知識(shí)、規(guī)則，修改腳本解決上面問(wèn)題。

2.1 建立元件庫(kù)、等級(jí)庫(kù)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里的數(shù)據(jù)建立了元件庫(kù)，包含了鋼管（PIPE）、管法蘭連接用緊固件（FASTENERS，六角頭螺栓、等長(zhǎng)雙頭螺柱及與之對(duì)應(yīng)的六角螺母、大六角螺母）、墊片（GASKET）、三通（TEE）、四通（CROSSES）、彎頭（ELBOW）、大小頭（REDUCER）、管法蘭（FLANGE）、管帽（MISC_FIT）、法蘭連接類(lèi)型的閥門(mén)（VALVFL）、對(duì)焊連接類(lèi)型的閥門(mén)（VALVBW）、控制（調(diào)節(jié)）閥門(mén)（VLVCNTFL）、安全閥門(mén)（VLVRELFL）、化工管道過(guò)濾器系列（STRAINER）和閥門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（TOPWORKS）這15 種類(lèi)型（超過(guò)20 萬(wàn)行數(shù)據(jù)），如圖1 所示。

管道外徑和壁厚按照GB/T 17395—2008《無(wú)縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》標(biāo)準(zhǔn)建立庫(kù)，包含了GB3087—2008《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》、GB/T 3091—2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》、GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》、GB/T 8163—2018《輸送流體用無(wú)縫鋼管》、GB/T 12771—2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》和GB/T 14976—2012《流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》標(biāo)準(zhǔn)。

管法蘭連接用緊固件按照GB/T 9125—2010《管法蘭連接用緊固件》標(biāo)準(zhǔn)建立庫(kù)，包含GB/T 5782—2000《六角頭螺栓》、GB 901—88《等長(zhǎng)雙頭螺柱B級(jí)》、GB/T 6170—2015《1 型六角螺母》標(biāo)準(zhǔn)。

墊片按照GB/T 4622.2—2003《纏繞式墊片管法蘭用墊片尺寸》、GB/T 9126—2008《管法蘭用非金屬平墊片尺寸》、HG/T 20607—2009《鋼制管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片（PN 系列）》、HG/T 20609—2009《鋼制管法蘭用金屬包覆墊片（PN 系列）》、HG/T 20610—2009《鋼制管法蘭用纏繞式墊片（PN 系列）》、HG/T 20606—2009《鋼制管法蘭用非金屬平墊片（PN 系列）》和HG/T 20612—2009《鋼制管法蘭用金屬環(huán)形墊（PN 系列）》標(biāo)準(zhǔn)建立庫(kù)。

三通、四通、彎頭、大小頭和管帽按照GB/T 12459—2017《鋼制對(duì)焊管件類(lèi)型與參數(shù)》標(biāo)準(zhǔn)建立庫(kù)。

管法蘭按照GB/T 9112～GB/T 9124—2010、HG/T 20592—2009《鋼制管法蘭（PN 系列）》標(biāo)準(zhǔn)建立庫(kù)。

閥門(mén)按照工業(yè)出版社出版的《閥門(mén)產(chǎn)品樣本（第3版）（上下冊(cè)）》數(shù)據(jù)建立庫(kù)，包含各種類(lèi)型的閥門(mén)（球閥、閘閥、止回閥、截止閥、蝶閥、隔膜閥、調(diào)節(jié)閥和安全閥）與不同的連接方式（法蘭連接、對(duì)夾連接、對(duì)焊連接）。

過(guò)濾器按照HG/T 21637—2021《化工管道過(guò)濾器系列》標(biāo)準(zhǔn)建立庫(kù)，包含Y 形過(guò)濾器、T 形過(guò)濾器、錐形過(guò)濾器和籃式過(guò)濾器。

為了便于輸入和處理龐大的數(shù)據(jù)，先在EXCEL 里完成數(shù)據(jù)的輸入，再通過(guò)ACCESS 軟件轉(zhuǎn)化為“.mdb”格式文件，再經(jīng)過(guò)OPPA 軟件賦予SYS_ID 列數(shù)據(jù)，至此元件庫(kù)建立完成。

2.2 設(shè)置圖層管線(xiàn)

圖層管線(xiàn)配置的主要內(nèi)容是創(chuàng)建圖層和介質(zhì)并使其相互關(guān)聯(lián)，不同介質(zhì)對(duì)應(yīng)不同圖層、不同顏色的三維管道，這樣在新建管線(xiàn)時(shí)，只需要選擇介質(zhì)名稱(chēng)（Service），就可以在繪制管道時(shí)自動(dòng)對(duì)應(yīng)圖層和顏色。

圖2 為全部設(shè)置完成后的樣式，使用不同介質(zhì)可繪制不同顏色的管道，當(dāng)鼠標(biāo)放到管道上時(shí)，會(huì)顯示管道對(duì)應(yīng)的圖層，即管道內(nèi)介質(zhì)種類(lèi)。

圖2 設(shè)置完成后的樣式

2.3 增添和編輯屬性

利用OPPA 管理員工具的“Class Editor”模塊，在OPM 軟件內(nèi)新建了一些屬性，這些屬性在圖中及出圖中可以自動(dòng)讀取并顯示。

①在閥門(mén)屬性里添加KKS 編碼及備注屬性，如圖3（a）所示；②管道保溫參數(shù)屬性，如圖3（b）所示；③管道油漆參數(shù)屬性，如圖3（c）所示；④設(shè)備制造商等屬性，如圖3（d）所示。除了這些，其他屬性可以根據(jù)需要再添加和修改。

圖3 配置的屬性

2.4 定制材料報(bào)表

傳統(tǒng)兩維設(shè)計(jì)在材料統(tǒng)計(jì)上存在困難，統(tǒng)計(jì)材料時(shí)依靠人工，難免會(huì)出錯(cuò)（尤其是在圖紙較多，較復(fù)雜情況下）。通過(guò)定制材料報(bào)表，可以直接從三維模型中讀取材料信息，生成材料報(bào)表，極大提高了準(zhǔn)確率，節(jié)約了時(shí)間。

管線(xiàn)號(hào)材料報(bào)表和總的材料報(bào)表這2 種報(bào)表，管線(xiàn)號(hào)材料報(bào)表以每條管線(xiàn)號(hào)為總，顯示每條管線(xiàn)號(hào)包含的管道、管件、閥門(mén)、法蘭、墊片和螺栓等信息，如圖4（a）所示，總的材料報(bào)表如圖4（b）所示，指的是某一模型文件中全部的材料，其中每列標(biāo)題及內(nèi)容都可以定制。

圖4 不同的材料報(bào)表形式

2.5 定制參數(shù)化模型

由于OPM 軟件里自帶的閥門(mén)模型和設(shè)備模型精細(xì)程度不足以滿(mǎn)足數(shù)字化設(shè)計(jì)的要求，導(dǎo)致繪制不精確，違背了數(shù)字孿生的宗旨，同時(shí)還會(huì)對(duì)模型碰撞檢查產(chǎn)生很大影響，因此利用參數(shù)化模型定制功能，實(shí)現(xiàn)了閥門(mén)和設(shè)備的定制化設(shè)計(jì)，大大提高了模型的精準(zhǔn)度。

對(duì)于閥門(mén)而言，僅僅進(jìn)行參數(shù)化建模還不夠，還要將定制好的參數(shù)化閥門(mén)模型與OPM 等級(jí)庫(kù)連接起來(lái)，將定制的模型加入進(jìn)OPM 軟件閥門(mén)模型類(lèi)中，使其真正具有閥門(mén)屬性，同時(shí)方便在繪制過(guò)程中能夠快速選擇。參數(shù)化閥門(mén)定制成果如圖5 所示。

圖5 參數(shù)化閥門(mén)定制成果

2.6 定制軸測(cè)圖出圖

軟件自帶的出軸測(cè)圖效果如圖6 所示，從圖6 可以看出不需要的信息有很多，左側(cè)是軸測(cè)圖圖面信息（顯得很亂），右上側(cè)是材料清單，分為預(yù)制材料和現(xiàn)場(chǎng)材料，右下側(cè)是各根鋼管的信息，與國(guó)內(nèi)制圖要求有很大差距，而且只有A2 的圖面，所以需要定制。

圖6 軟件自身出軸測(cè)圖一覽

利用OPIM 軟件及腳本文件對(duì)軸測(cè)圖圖面設(shè)置，使其盡量滿(mǎn)足制圖要求（管道安裝圖統(tǒng)一規(guī)定）。主要進(jìn)行了閥門(mén)圖例設(shè)置、圖框設(shè)置、材料報(bào)表設(shè)置和支吊架形式設(shè)置等。材料報(bào)表設(shè)置由于編寫(xiě)的代碼中如果有中文，軟件不能識(shí)別，會(huì)以“？”的形式表示，所以，目前還不能將主要設(shè)備及材料表按組件種類(lèi)分類(lèi)統(tǒng)計(jì)顯示。

軟件內(nèi)部閥門(mén)圖例符號(hào)與統(tǒng)一要求符號(hào)有差別，需要定制圖例符號(hào)（包括球閥、閘閥、截止閥、止回閥、蝶閥、Y 形過(guò)濾器和T 形過(guò)濾器等）。以蝶閥為例，如圖7 所示。

圖7 閥門(mén)圖例對(duì)比

圖框設(shè)置主要是將圖框參考進(jìn)來(lái)和圖框右下角信息設(shè)置，包括項(xiàng)目名稱(chēng)、子項(xiàng)目名稱(chēng)及專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)、圖紙名稱(chēng)、設(shè)計(jì)階段、版次、圖號(hào)及日期，在出圖前手動(dòng)填入信息（除了日期不需手動(dòng)填入），出圖時(shí)這些信息會(huì)自動(dòng)填入該相應(yīng)區(qū)域范圍內(nèi)。圖8 表示出圖后圖框信息（供參考）。

圖8 圖框信息

支吊架形式設(shè)置顯示管道軸測(cè)圖支吊架位置及類(lèi)型，如圖9 所示。

圖9 支吊架形式

以某一冊(cè)施工圖壓縮空氣管道為例，定制完成設(shè)置后出圖的圖面一覽，如圖10 所示，圖幅為A1 和A4，左側(cè)是軸測(cè)圖區(qū)域，左上角為北向標(biāo)（一張A1），右側(cè)為主要設(shè)備及材料表（一張A4），如果一張A4 寫(xiě)不下，會(huì)自動(dòng)寫(xiě)到下一張A4 上（圖11）。右側(cè)的主要設(shè)備及材料表也可放置在軸測(cè)圖圖面里（除去A4 圖框），圖面不僅有這些，還定制了A0、A2、A3 圖框。

圖11 主要設(shè)備及材料表滿(mǎn)自動(dòng)加載到新的表

2.7 定制保溫、油漆清冊(cè)

保溫、油漆清冊(cè)的定制依賴(lài)于管道保溫、油漆屬性的添加。與材料報(bào)表類(lèi)似，保溫、油漆清冊(cè)也分管線(xiàn)號(hào)報(bào)表和總的報(bào)表，由于本管道按照設(shè)計(jì)要求不需保溫，為了展示，就加上了保溫，如圖12 所示。

圖12 保溫、油漆清冊(cè)

2.8 定制閥門(mén)清冊(cè)

閥門(mén)清冊(cè)的定制依賴(lài)于閥門(mén)屬性的建立，定制效果如圖13 所示。

圖13 閥門(mén)清冊(cè)

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)Bentley 軟件OPM 進(jìn)行元件庫(kù)的擴(kuò)充及二次開(kāi)發(fā)，提高了管線(xiàn)模型的精準(zhǔn)度，提高標(biāo)注速度，提升出圖效率及材料統(tǒng)計(jì)的精準(zhǔn)度，并成功應(yīng)用到項(xiàng)目的施工圖工作。與建筑、結(jié)構(gòu)、電氣和暖通等專(zhuān)業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)審視項(xiàng)目總體布局，改進(jìn)項(xiàng)目方案，更加合理地規(guī)劃設(shè)備、管線(xiàn)布置，將問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段解決，有利于提高施工效率，降低施工成本。最終各專(zhuān)業(yè)三維模型整合，不單單可以進(jìn)行碰撞檢測(cè)、施工模擬，而且對(duì)于進(jìn)一步研究數(shù)字化交付，數(shù)字化工廠具有重要意義，最終使得項(xiàng)目建設(shè)更加規(guī)范、系統(tǒng)、高效。

在二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，如果一個(gè)三維管道模型文件中有多段沒(méi)有連接的管道（不連續(xù)管道），那么生成報(bào)表中相同鋼管的長(zhǎng)度不是總長(zhǎng)度，這是軟件自身原因，目前還沒(méi)得到解決（已反饋給Bentley 公司），這點(diǎn)需要注意，還需手動(dòng)來(lái)統(tǒng)計(jì)相同鋼管總長(zhǎng)度。