管道三维设计SupportModeler应用

1、管道三维设计及SupportModeler应用摘要 本文简单介绍了全球流行的三维工厂设计集成软件及应用，阐述了本公司三维设计软件应用，并以管道专业为例通过应用 而取得的设计优势。主要介绍了三维设计中管道支吊架模块遇到的 问题及解决方法，着重对支吊架建模工具supportmodeler的特点和应用进行了详细介绍，突出描述了开发和使用过程所碰到的疑难 问题，取得的经验教训和存在的问题。关键词三维设计；pds; supportmodeler中图分类号tp3文献标识码a文章编号1674-6708 (2013)87-0218-030引言90年代以来，工业技术的进步，带来了工程行业的蓬勃发展， 国外流行的

2、三维工厂设计等集成软件开始在国内得到了大量的应 用，其中使用最广泛的开发商主要有三家，开发的系统有以下几种: 美国 in tergraph 公司的 pds 及 smartpla nt 3d 、ben tley 公司的 autoplant 禾口 plantspace、英国 aveva 公司的 pdms其中pds是全球最流行的系统，依托bentley公司的全球第二 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 公司专门为其开发的支吊架建模工具 supportmodeler 等。1三维设计软件的应用上述介绍的几款三维设计集成软件功能相当

3、强大，可以涵盖工厂整个生命周期的设计、建造、运营、维护等。我公司作为一家国 际性工程公司，进驻中国十几年来，可独立完成整个工厂的设计施 工等，业务涵盖医药、石油化工、精细化工、液化天然气等多个领 域，根据业主的要求使用不同的三维设计软件，多数情况下使用 in tergraph 公司的 pds 软件。随着信息时代的发展，三维设计平台的日趋成熟，三维设计系 统一般能够实现集成设计，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，功能相当强大。我公司三维软件的应用也从十 几

4、年前首先在管道设计，进而现在发展应用到土建、仪表、电气、 暖通、消防、施工等方面。2管道三维设计优势随着科学技术进步，人民生活质量日益提高，利用管道输送气 体、液体甚至气固、气液、固液相和三相的物质，已成为当今世界 工业生产和人民生活不可缺少的组成部分。管道设计作为工程设计 中非常重要的环节，对整个项目的设计、建造起着举足轻重的作用。管道模块具有对模型进行软、硬碰撞检查功能。硬碰撞检查是 指管道之间及管道与其他专业如设备、风管、梁、柱、基础、钢结 构和电缆桥架等的碰撞检查。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

5、经济上的损失。再配上漫游功能软件如smartplant review 或naviswork，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。在模型的基础上产生管道轴测图和管道材料报告，材料报告和 gmini、gmc或marian等材料软件配合，可以自始至终对设计、 采购、预制和施工管道材料进行全过程控制。通过模型切出管口方 位或预埋件预留孔等条件图，设备布置图、管道布置图，配合edraw 或othogen等自动标注软件，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，大大节省了人工时。总之，管道部门通过三维设计软件的应用，极大

6、的提高了设计 竞争力，其原因主要体现为以下几点：1）更好的满足业主需求通过直观和逼真的三维渲染模型，更方便和业主间的沟通协调。通常的设计阶段会和业主在特定里程碑处进行至少三次正式的模 型审查，逐步从总体布置到设备布置再到管道布置进行多方面审 查，日常沟通在三维模型基础上变得更频繁、更畅通，这就保证了 尽可能的在设计阶段领会业主意图，满足业主需求。2）提高设计质量三维模型进行碰撞检查后出图，包括操作、检修、安装、安全 等通道模型，具体到抽出管、热电偶等的抽出空间，仪表件的膜头 等，减少了碰撞等错误，并可避免操作空间的不够等。设备布置图、 管道布置图、管道轴测图、管道材料表等来源于同一数据库（模型

7、），因此不会产生不一致和矛盾，大大提高了设计质量。3）提高设计和施工建设进度三维模型的设计和修改过程非常方便，材料统计自动进行。因 此，可以大大节省设计和统计材料所需时间，缩短设计周期，也可 以更早更详细地提出分包要求。此外，由于三维设计的图纸质量较 高、数据准确、提高了管道预制的比例，更好地保证材料供应，从 而加快施工进度，缩短施工周期。4）节省工程投资运用三维设计后和材料软件配合应用，准确统计、采购和控制 材料的使用，避免浪费，自然节省了工程投资。由于管道的重要性和繁杂性，且从各国历年石油化工厂发生事 故原因分析，有许多事故是因管道系统发生问题引起的。据日本化 工协会1983年对697起事

8、故的调查分析表明，在275起泄漏事故 中有44%是由于配管问题造成的。所以近年来，管道设计的质量越 来越受到重视，管道三维设计也是必然趋势。3三维设计中的管道支吊架管道支吊架材料费用相对管道工程费来说，其比值通常不超过 3%所以工程行业长期来对其设计主观重视不够，甚至东拼西凑几 家支架标准，经常把问题遗留到现场解决。现在虽然经过三维可视 化模型的审查，进行了软、硬碰撞检查的消除，可是支吊架的碰撞 和支点的不合适性还是现场管道的一个大问题。随着对管道设计重要性的不断认可，对管系进行应力分析也越 来越普遍，尤其在有大量关键设备、工艺管道特别是热力管道的工 厂设计中，通常会对其中30%40瞬道进行应

9、力分析，而其中又有 约一半的管线用应力计算软件 caesar ii建模计算，其实也正是管 道支吊架设计的重要性提出了更高更详细的要求。管道支吊架设计、绘图及材料统计在管道专业设计工作中占有 相当大的比重。从我公司已完成的装置工程实物量分析，通常平均 一台设备约有六根管线，每根管线号平均有十个支吊架号（以本公 司的管道支架标准为例，不排除同一生根点包括几个管道支吊架 号）。若以一中等规模的化工装置为例，约三四百台设备，两千多 根管线，则总计就有两万多个支吊架。管道支吊架多年来常成为工程设计的瓶颈。如果实现三维配管 及管道支吊架的自动设计（包括建立模型、碰撞检查、应力分析、 绘图、材料统计等），则

10、可大幅提高工作效率，并确保设计质量。 因此，管道支吊架集成设计软件包的开发与应用具有重要意义，可 以带来显著的效益。我公司在应用pds三维配管设计中，最初主要应用 pds的管道 支吊架模块。一次支架如管托和管夹等利用管道模型的物理支架库 添加，二次支架主要指型钢支架在和管道模型对应的支架模型中添 加。支吊架模型参与碰撞检查，模型审查，利用pds报告模块可以方便地生成支吊架报告，极大的方便了设计和施工。但由于pds的管道支吊架模块后台数据库的开发语言不常用， 界面不很友好，过程较繁复，而不同的业主选择使用的支架标准尤其是一次支架型式多样，总是要花费大量的时间修改数据库。正因 如此，设计的支吊架的

11、材料统计不够完善，还需要对照支架列表和 支架标准手工统计材料。另外，二次支架尤其是组合架的添加和修 改不很方便，特殊支架出图麻烦，配合使用mdp要花费不少人工时。 所以我公司大约十年前开始使用 pelican forge 公司开发的支吊架 建模工具 supportmodeler。4管道支吊架建模工具supportmodeler简介 supportmodeler 最初由 pelican forge 公司同样依托microsation开发，可与pds三维工厂设计系统相结合的第三方软 件，后来由in tergraph 公司收购，越来越多的pds用户逐步加以 使用。它可以灵活快捷地建立三维管道支吊架组

12、件和装配件模型，提 供一系列动态变化且易于使用，可自定义的可视化功能，加快建模 过程，其核心理念在于：1）与pds结合，完全实现可视化设计，模型参与整个工厂的碰撞检查；2）支吊架的信息完整地保留在一个统一的数据库中，并集中控制管理；3）自动抽取支吊架相关图纸，生成材料报告，实现设计采购一 体化管理；4）支吊架的设计以三维工厂设计系统为核心设计手段，多人协 同设计supportmodeler支吊架库主要包括两部分，即支吊架三维图形 的图形程序.itm 文件和支吊架尺寸属性数据表.mdb文件。其自带 不少支吊架库，但主要是国外支吊架厂家的标准，难以满足实际设 计的需求，所以首先必须对支吊架库进行定

13、制开发，不断完善 supportmodeler 支吊架库。supportmodeler支吊架建库阶段主要包括程序编制，每个新增 加的支吊架结构需创建一新的.itm 文件和在access的.mdb文件 中创建一个新的数据表，经过反复调试和校验。定制开发过程不仅可以完善支架库，同时也可以弥补智能化的 不足，在程序的编制过程中，可以适当增加相关的条件判断语句， 例如根据对管径、保温厚度和许用载荷等的综合分析条件，选用适 当的支架，达到智能选择支吊架的功能。支吊架库建完后的建模等非常直观、方便快捷，可简单概括为以下几个步骤：1）捕捉参考的pds管道模型，自动读取管道相关信息如直径等；2）根据要求选定支

14、吊架的具体类型，并填写一些必要的数值参 数；3）在管道上相应的位置放置支吊架；4）支架信息传回相应管道模型；5）支架自动出图（如需要）。支架自动出图也是supportmodeler的优势所在，尤其对于某些 不认可支吊架施工标准复用图方式的业主，其要求二次支架全部出 图。面对如此大量的图纸，supportmodeler通过如抽取单线图的 方式，定制合适的图框、视图方向、材料格式等，自动出图，非常 快捷方便。且图形由三维模型直接消影而成，可充分保证各个视图 的正确性，自动生成支吊架明细表、图号和图名等，只需要对视图 略微调整，即可满足支架工程施工要求，大大减少了工作量。另外，supportmode

15、ler创建管道支吊架的智能三维模型，通过 定制可以随时方便地查询各类支吊架并生成各类报告，如管道支吊 架一览表、管线管道支吊架一览表、管道支吊架综合材料表、管道 支吊架分项表等。通过多个项目使用supportmodeler的实践，碰到和解决了许多 问题，还存在一些的不足，主要包括以下几点：1）和pds系统的兼容性问题开始使用supportmodeler时为其7.2的版本，pds还是7.1的 版本，支吊架库根据我公司通用的管道支吊架施工标准编制。模型 中会突然发生某些支架传不到管道模型的状况，后来通过多方测 试，发现主要是isogen版本的原因，这个问题现已算基本解决。 但在某些情况，如管道中心

16、线同一点添加支架数量过多，三通分支 处，同时使用supportmodeler和pds支架模块添加支架时还可能 会发生兼容性问题。2）支吊架和管道中心线失去联系问题pds模型本身也是依托 microsation开发，每个项目的管道模型 分成若干区域的若干模型，supportmodeler也是据此生成若干区域的若干模型，所以管道和支架实际是在不同的文件中，若管道移动 了，支架并不自动移动，还需要从 supportmodeler模型里将支吊 架移动到相应位置。这一点还不是很严重，麻烦的是很多情况下管 线位置根本就没有变动，只是在 pds里运用了某些管道修改命令如 move pipe run ， re

17、connect pipe end等常用命令，更甚至于没有任何修改时，系统将支吊架信息传回管道模型时认为支吊架和中心 线失去联系，就会报错。解决该问题最有效的办法是利用 supportmodeler manager的批 处理命令，并可在后台设定一些自动任务清单，对整个项目或指定 区域指定模型的支吊架加以处理，使之重新建立联系。但 supportmodeler 禾口 supportmodeler man age 都需要相应的许可， 自动任务在读取许可时，难以自动排列，当自动任务较多时，要根 据许可的数量，划分恰当的作业时间。3）已锁定管线丢失支吊架问题此问题是上一问题的衍生，当将支吊架信息管道模型

18、时，它首 先读取所有已传到管道模型的支吊架，然后不管修改与否，统统删 除，再重新校验模型的全部支吊架，校验通过的传回。管道专业三维设计的主要成品是单线图，通常会锁定pds管道模型已发布的单线，防止误操作。但支吊架传回管道模型时，并不 读取此信息。所以会经常发生已锁定的管线上支架丢失的情况。对 于这个问题迄今还不能找到很好地解决方法。只能从出图的程序上 作一些控制4）提高支吊架的可修改性我公司通用的管道支吊架施工标准分类很详细，如生根点情况 不同，支架的功能或管道等级不同会对应一个支架标准号。初创建 supportmodeler支吊架库时，一方面是标准分类的原因，主要还是 机器软硬件及网络的限制

19、，支吊架图形程序.itm 文件的大小限制得很死，也就是语句过长，在添加支吊架时非常容易出错而自动退 出模型。所以支吊架库基本和标准相配套，每个文件较小。这样会导致支吊架可修改性不强，例如某点处支架功能原本是导向架， 现在若要修改成限制架，即变更支架标准号，就必须将原有支架删 除再重新添加。所以，就应根据软硬件条件不断调整支吊架标准及库。随着科 技的迅速发展，计算机水平的不断提高，supportmodeler支吊架库 也在不断完善中。对一次支架标准进行整合重新分类，逐步做到当 管线上某点的支架添加上以后，可以通过改变一些选项，如功能、 管道等级、管道直径等支吊架就会自动修改。为减少特殊二次支架

20、出图，二次支架标准也在不断完善中，不过迄今暂不能达到目标的 将单肢、三角架、t型架、门型架甚至组合架合并，需要不断的重 复实践中。5）支吊架报告通过不断试验，现supportmodeler生成各类报告如管道支吊架 一览表、管线管道支吊架一览表、管道支吊架综合材料表、管道支 吊架管道支吊架分项表等基本能满足设计、材料、分包、施工等 各项要求。但在某些分项材料的统计上尚需进行手动干预。supportmodeler需将支吊架信息传回pds管道模型，而pds系 统对其支架信息每个字段的长度是有限制的，所以支吊架不能包含 太多的信息，虽可通过修改程序或设置，将较长的信息分开传到不 同的字段，但会带来pds模型另外的一些问题，也会导致分项材料 的统计上需手动干预。5管道支吊架建模工具supportmodeler的优势supportmodeer通过与pds三维工厂设计系统相结合，保证了 整个设计过程中使用统一的数据，从而能