3D技术在管道设计中的运用

zhaojun919

初次发表文章，其实我比较喜欢历史文学，只是暂时找不到合适的可发到这的，就先把我刚参加工作时在内部刊物上发表的一篇文章发出来了，给同行以作参考，也顺带让大家了解了解管道设计是怎么一回事情。

3D技术在管道设计中的运用

概  述

管道设计在工程设计中是相当主要的环节，专业设计的好坏对整个装置的设计和建设起着举足轻重的作用

管道及其支吊架设计、绘图和材料统计工作约占工艺工厂管道专业布置设计工作量的40%～80%。在有大量工艺管道，特别是热力管道的工厂设计中，管道及其支吊架设计常常成为工程设计的瓶颈，制约着设计进度。如果实现三维配管 (包括建立模型、应力分析、碰撞检查、绘图、材料统计)，则可大幅提高工效，并确保设计质量。因此，实现管道的集成设计软具有重要的现实意义，可以带来显著的经济效益。

配管设计软件的功能

三维设计软件一般是由项目建立、工程数据库、设备、管道、钢结构、采暖通风、电气和仪表电缆桥架等模块组成的三维工厂化软件。利用它设计出的三维装置模型非常逼真、直观。若由于某些原因不进行全模块的应用，则可以只做管道、设备和钢结构模型或者管道加工设备模型。

管道模块一般具有对模型进行软、硬碰撞检查。硬碰撞检查是指管道之间及管道与其他专业的设备、风管、梁、柱、基础、钢结构和电缆桥架的碰撞检查。软碰撞检查是指管道与绝热层、维修预留空间的碰撞检查。这样能尽早发现问题及时修改，提高设计质量，减少施工返工，避免时间和经济上的损失。
部分工厂设计软件还配有“漫游”功能软件，使人有身临其境之感。设计审查直接在软模型上进行，比用图纸审查更直观、更逼真、更容易发现问题。

管道软件还有管道应力分析软件的接口。输出一定格式的文件，并将此文件输入管道应力软件，可进行单根管道的应力计算。

管道软件一般具有与工艺流程图（P&ID图）核对的功能。还有的软件可根据P&ID图或管道特性一览表进行智能管道铺设。管道软件能在管道软模型的基础上产生施工图成品、管道轴测图、管道材料表、管道材料汇总等。

通过自动标注软件，能在管道软模型上切出管道平面图，并自动标注设备、管道的定位尺寸及属性，建筑轴线号，柱间距离等相关信息，大大节省了人力。

管道集成设计软件的发展现状

国外的大型三维工厂设计系统一般能够实现管道集成设计，包括配管、设备、HVAC、支吊架设计、土建、电缆桥架等三维建模功能。建立的模型可参与碰撞检查；利用接口输出数据进行应力分析；软件根据模型可生成平断面图、轴测图、输出报表等，功能上相当强大。

目前国外流行三维工厂设计软件的开发商主要有三家，开发的系统有四种，分别是：美国Intergraph公司的PDS、Bentley公司(收购了Rebis)的AutoPLANT和PlantSpace、英国CADCentre公司开发的PDMS。这几种系统各有千秋。PDS是全球最流行的系统，依托全球第二大图形平台MicroSation而开发，有很多第三方软件模块支持其应用，如加拿大Pelican Forge公司就专门为其开发了支吊架建模工具SupportModeler；其HVAC功能较弱。PDMS最大特点在于其协同设计能力较强，然而它独立的图形环境使得成图并不方便，缺少第三方开发厂商；AutoPLANT是全球最大基于AutoCAD平台的三维工厂设计软件，2002年市场销售额已经上升到占18%；由于AutoCAD得到世界范围的厂商支持，所以它获得的潜在支持非常多。这四种3D软件包在国内都已有一些用户，并已经在部分大型工程项目中得到设计运用。

目前国内在工程设计中已经普遍采用计算机辅助设计(CAD)技术，也有部分工程公司和设计院在管道设计中采用计算机辅助配管，进行配管三维设计，进而完成有关的施工图纸和材料统计工作。
随着计算机技术的迅猛发展，管道设计的计算机硬件已从工作站转向了微机化。软件更加智能化，设计模型也有单一的图形文件转变为3D模型加上数据文件。设计时可以直接从库中提取数据，减少了重复劳动。

3D设计软件中的管道模块

上述介绍的几个管道集成设计软件功能上相当强大，可以独立完成整个工厂的设计装配。但是，在实际运用中也存在着一些不足。一个最主要的问题就是不能与工厂现有的3D设计软件配合，在运用前要重新绘制大量的模型，这给3D配管设计比较成熟的工程公司的运用和推广上带来了相当大的困难。另外，这些软件基本上没有中文版本且由于功能上的强大也必然的带来了实际操作上的复杂。因此，在短期内是比较难掌握的。

除了专业的管道集成设计软件外，随着软件版本的升级，目前在一些比较大的3D设计软件中也集成了管道设计的模块，这也给我们带了了另外的一种选择。

目前，支持配道设计的3D设计软件主要有SolidEdge、Solidworks和Inventor Professional等。这些3D设计软件中附带的管道设计的模块，在功能上已经比较成熟，对原有设备模型也具有很好的兼容性，并且一般都内建有管件标准库，材质库等。在操作上十分便利。

SolidEdge

SolidEdge主要是通过其管道设计装配环境（XpresRoute Environment）实现管道的设计功能。Solid Edge XpresRoute模块可以在设计装配中用于构建一点到另一点的管路、线缆、线缆束等零件。管道及线缆是在装配环境里设计的，它与所有连接的零件完全相互关联，它提供了一种快速定义零件间3D路径结构流程，这些参数确定后，软件自动构造管道及线缆零件。

SolidEdge管道创建的基本步骤是：首先设置一系列的管道参数，例如直径、材料、壁厚等，然后使用创建的路径来定义管道的范围。每根管道都以零件的形式单独保存，文件的存储位置以及命名规则都是在创建之前进行设置。

管道创建后，很容易就能获得各种相关的信息，例如制造用的弯头表；在渲染的视图中比较只管、清楚地表明设计意图。

SolidEdge的管道设计模块相对来说比较简单。在管道设计中没有相应的管路标准库，设计的管道形式也比较单一（只有对焊连接形式）。更适合于设计设备内或者是单个设备与设备间的管路。
Solidworks
Solidworks集成了Piping管道设计软件。Piping通过自动完成管道设计任务,节省了时间，改善产品质量，减少了设计错误。Piping主要用于涉及气体或液体运输的行业，能够高效地进行管道设计和管道装配。Piping能够自动完成复杂的管道设计，软件还包括一个管道配件库，能自动选择合理的管道配件，进一步减少了设计步骤。

Piping能方便地使用Solidworks的三维草图功能，来设计管路产品。用三维草图简单地画出管道中心线，Piping自动精确计算并切出每段的长度，并为每个转弯处装配管接头。软件带有一个常用的、焊接的管接头库，其中包括弯接头、法兰、渐缩管和其他的常用零件。

Solidworks在操作上十分的人性化，而且通过变量化管理，可以为每一个管件制订一组配置，从而轻易的利用已有的模型制作出丰富的配管库。此外，Solidworks具有很好的兼容性，可以读取各种常规的CAD设计格式，大量的扩展插件也使用Solidworks杂创作上更为容易。

但是，Solidworks对公制单位的文件支持不是很理想，对管路连接件的要求也比较严格，这在一定程度上制约了其在管路设计中的运用。

Autodesk Inventor

Inventor是Autodesk公司推出的三维机械设计软件，在其专业版本Autodesk Inventor Professional中提供了功能强大的管道设计模块。Inventor Professional三维布管模块提供了丰富的三维布管库以及三维布管样式。

在现有部件中添加管子或管路时，需要创建管路，设置三维布管样式，定义管线，然后使用库组件对其进行填充以完成该管路。可以根据需要添加和定义其他管线和管路。还可以在整个设计过程中添加和删除特定的三维布管组件和管路连接件。完成三维布管管路后，可以在工程图和表达视图中显示三维布管信息。

相对于SolidEdge的XpresRoute和Solidworks的Piping，在管道装配上，Inventor Professional具有显著的优点。Inventor具有符合行业标准的全面和丰富的钢材和管件库（包括ISO、 ANSI、JIS、BIN等）。Inventor的三维布管库采用Access数据库驱动，配合零件的Excel数据表，可以对三维布管库十分轻松的扩充和自定义，建立适合自身设计要求的配管库，下一步的工作带来了便利。Inventor具有全面的管道设计环境，可以进行包括对焊、承插、法兰、螺纹等形式连接的管道的设计。此外，Inventor与AutoCAD能够最大限度的兼容，可以直接生成各种工程装配图纸。Inventor还可以将三维布管数据保存为ISOGEn文件和ASCⅡ弯曲表，为管道材料的统计和应力分析提供了条件

管道3D设计优势

1．提高设计质量
以三维软模型为基础进行碰撞检查后出图，减少了碰撞等重大错误，此外，由于三维模型饿直观和逼真，也可避免操作工件不够，阀门手轮方向不正确配合布置图、设备装置图，轴测图，材料表来源于同一数据库——软模型和管道数据库，因此不会产生不一致和矛盾，大大提高了设计质量。
2．加快设计进度和工程建设进度
由于采用3D设计，设计修改极其方便，统计材料由计算机自动进行。因此，可以大大节省设计和统计所需时间，缩短设计周期。此外，3D设计图纸质量好、数据准确、提高了管段预制量。从而加快施工进度，缩短施工周期。
3．节省工程投资
运用3D设计后能准确统计材料，更好的控制材料，避免浪费。
4．提高设计竞争力

robertchrs

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