黃孟， 涂照妹， 田達理， 王倩

(中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司， 湖北 武漢 430064)

三維軟件在大運量、長距離輸煤管道設(shè)計中的應(yīng)用

黃孟， 涂照妹， 田達理， 王倩

(中煤科工集團武漢設(shè)計研究院有限公司， 湖北 武漢 430064)

針對采用二維軟件進行工藝管道布置存在的工作量大、易出錯等問題，分析了國內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域所使用的各種三維軟件的優(yōu)缺點，并提出將Solidworks軟件應(yīng)用于大運量、長距離輸煤管道設(shè)計中，詳細介紹了Solidworks軟件在輸煤管道方案設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段中的應(yīng)用。

輸煤管道； 三維軟件； 輔助設(shè)計； Solidworks

0 引言

管道輸煤在中國煤炭輸送領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，但采用傳統(tǒng)的二維軟件進行工藝管道布置和方案設(shè)計具有以下缺點：① 對于輸煤管道設(shè)計而言，管道支架具有種類多、造型多樣、力學(xué)計算繁雜等特點，采用二維軟件設(shè)計工作量較大。② 管道和設(shè)備空間位置關(guān)系復(fù)雜，傳統(tǒng)二維設(shè)計無法直觀地檢查干涉，導(dǎo)致設(shè)計修改和設(shè)計返工的工作量加大。③ 對于管道軸測圖繪制而言，傳統(tǒng)二維設(shè)計存在繪圖工作量巨大、易產(chǎn)生錯誤等問題。三維軟件的應(yīng)用能夠較好地克服上述缺點。國內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域所使用的三維軟件種類繁多，各軟件的優(yōu)缺點見表1。

表1 不同三維設(shè)計軟件的優(yōu)缺點

分析表1可知，Solidworks優(yōu)勢明顯，因此，本文將Solidworks應(yīng)用于大運量、長距離輸煤管道設(shè)計中。輸煤管道設(shè)計分為方案設(shè)計、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計3個階段。

1 三維軟件在輸煤管道方案設(shè)計中的應(yīng)用

設(shè)計輸煤管道時，首先應(yīng)設(shè)計制漿工藝、泵輸工藝和脫水工藝等主要工藝方案；然后確定設(shè)備選型，通過Solidworks建立三維設(shè)備模型，再進行三維設(shè)備及廠房布置；最后通過專家論證分析，對技術(shù)方案進行比選和優(yōu)化，確定最終的設(shè)計方案。

在方案設(shè)計階段，三維設(shè)計的主要任務(wù)：① 建立三維設(shè)計平臺。通過三維設(shè)計平臺可以實現(xiàn)各專業(yè)交互式設(shè)計，設(shè)計人員可以調(diào)用并實時更新設(shè)備三維模型數(shù)據(jù)庫，大大簡化了資料傳遞工作和后續(xù)設(shè)計工作。② 對技術(shù)方案進行三維展示。在進行方案匯報和審查時，可通過三維軟件繪制透視圖和鳥瞰圖，展示設(shè)計方案。

棒磨機是水煤漿制備車間的主要設(shè)備，在確定設(shè)備型號后，通過設(shè)備廠家提供的圖紙和相關(guān)資料，建立棒磨機三維模型[1]，如圖1所示。在設(shè)備布置和方案優(yōu)化的過程中，可以直接調(diào)用該模型，簡化設(shè)計流程。另外，該模型可以直觀展示設(shè)備檢修空間和設(shè)備間距，在滿足規(guī)范要求的前提下，快速完成車間布置，從而確定廠房大小。

根據(jù)水煤漿制備工藝流程的需要和空間布置的特點，完成制備車間的設(shè)備布置，如圖2所示。在后續(xù)方案修改的過程中，可以對設(shè)備模型直接進行修改，修改后車間布置會自動重新生成。

圖1 棒磨機及獨立基礎(chǔ)三維模型效果

圖2 水煤漿制備車間三維布置效果

2 三維軟件在輸煤管道初步設(shè)計中的應(yīng)用

輸煤管道初步設(shè)計階段是最終設(shè)計成果的準備和實施階段，在該階段，一些設(shè)計難點和重點需要借助三維設(shè)計的優(yōu)點進行攻克[2]。該階段三維設(shè)計的主要任務(wù)：① 輔助設(shè)計。② 完成主要設(shè)備及材料的統(tǒng)計。通過三維設(shè)計可自動生成材料清冊，完成消耗材料統(tǒng)計，便于計算初步設(shè)計階段工程造價。

大型儲罐是輸煤管道中重要的煤漿儲存設(shè)備。依據(jù)工藝特點和使用需要，對其罐頂?shù)囊笕缦拢壕哂斜匦Ч蛔灾匦?；造型美觀；價格低廉。因此，采用輕型罐頂代替?zhèn)鹘y(tǒng)罐頂，即采用檁條和巖棉夾芯板代替焊接鋼板，將儲罐罐頂自重降低50%以上，帶來顯著的經(jīng)濟效益。在布置檁條時，通過三維輔助設(shè)計可以精確地表達出每個節(jié)點的位置關(guān)系[3-4]。輕型罐頂檁條布置三維效果如圖3所示，施工后現(xiàn)場安裝效果如圖4所示。

圖3 輕型儲罐罐頂檁條布置三維效果

圖4 輕型儲罐罐頂檁條布置現(xiàn)場安裝效果(局部)

3 三維軟件在輸煤管道施工圖設(shè)計中的應(yīng)用

輸煤管道施工圖設(shè)計階段是最終出設(shè)計成果的階段。該階段需要出大量的設(shè)計圖紙，除了建筑總平面圖、建筑施工圖外，還包括大量的設(shè)備安裝布置圖、管路的軸測圖和支架安裝圖。該階段三維設(shè)計的主要任務(wù)：① 生成支架安裝圖紙。② 生成設(shè)備布置圖，進行干涉檢查。③ 生成管道安裝軸測圖。

3.1 支架安裝圖紙生成

輸煤管道設(shè)計中存在大量的管道支架，而標準圖集常滿足不了現(xiàn)場施工要求。在施工圖繪制階段，往往支架局部有一點改變就需要重新繪制圖紙，工作量大。而采用三維設(shè)計時，可以根據(jù)設(shè)計需要對管道支架進行靈活修改，然后生成工程圖紙，簡單、快捷。以煤漿制備車間中匯漿管路的支架為例，其三維設(shè)計模型如圖5所示。依據(jù)三維設(shè)計模型轉(zhuǎn)換成的工程圖紙如圖6所示，可以自動標注尺寸和生成材料清冊。該支架現(xiàn)場安裝效果如圖7所示。工程圖紙可準確地指導(dǎo)現(xiàn)場安裝，體現(xiàn)了三維設(shè)計的準確性和實用性。

圖5 管道支架三維模型效果

圖6 管道支架工程圖紙

圖7 管道支架現(xiàn)場安裝效果

3.2 設(shè)備布置圖生成

管道輸煤施工圖設(shè)計階段中包括大量的設(shè)備布置圖。在傳統(tǒng)平面設(shè)計過程中，由于設(shè)備和管路等空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生干涉，從而導(dǎo)致現(xiàn)場施工變更甚至返工，最終影響施工工期，造成施工成本上升。三維軟件帶有干涉檢查功能，利用該功能可以簡單、快速地發(fā)現(xiàn)施工圖中不易發(fā)現(xiàn)的車間、廠房設(shè)備布置中的碰撞和干涉問題[5]及檢修、安裝空間不足的問題，有效減少施工過程中的返工，減少“三查四定”的工作量，提高設(shè)計質(zhì)量和水平，減少現(xiàn)場施工管理的工作量。

在傳統(tǒng)二維設(shè)備布置圖(圖8)的設(shè)計過程中，對棒磨機出料口法蘭和設(shè)備土建基礎(chǔ)之間的位置關(guān)系缺少詳細的描述，不易發(fā)現(xiàn)存在干涉的情況，如圖8中畫圈部位所示。而利用三維設(shè)備布置圖(圖9)可以直觀地發(fā)現(xiàn)法蘭與設(shè)備基礎(chǔ)發(fā)生干涉，如圖9中畫圈部位所示。根據(jù)圖9對設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計進行修改，修改后的現(xiàn)場實際效果如圖10所示。

圖8 傳統(tǒng)二維設(shè)備布置

圖9 三維設(shè)備布置

圖10 棒磨機出料口安裝效果

3.3 管道安裝軸測圖生成

采用傳統(tǒng)二維設(shè)計方法繪制管道安裝軸測圖相當困難，不僅要占用大量的設(shè)計資源，而且容易發(fā)生錯誤，影響管道正常施工。而采用三維設(shè)計時，在完成車間管路布置后，可以直接利用三維管路模型抽出軸測圖，不但避免了繪制錯誤，而且提高了設(shè)計效率，節(jié)約了大量的設(shè)計成本。

4 結(jié)語

分析了采用二維軟件進行工藝管道布置存在的問題，對國內(nèi)設(shè)計領(lǐng)域所使用的各種三維軟件進行了對比，并選用Solidworks軟件進行輸煤管道設(shè)計；詳細介紹了Solidworks軟件在輸煤管道設(shè)計3個階段中的應(yīng)用，即方案設(shè)計階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段。三維軟件的應(yīng)用能夠減少設(shè)計和施工返工，提高設(shè)計水平，帶來顯著經(jīng)濟效益，對于設(shè)計單位而言，Solidworks等三維軟件的應(yīng)用和推廣也將是快速響應(yīng)個性化市場需求、提高市場競爭力、降低設(shè)計和施工成本的有效手段。

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Application of 3D software in design of large capacity and long distance coal pipeline

HUANG Meng， TU Zhaomei， TIAN Dali， WANG Qian

(CCTEG Wuhan Design and Research Institute, Wuhan 430064, China)

In view of problem of large work amount and error-prone of pipeline layout using 2D software, advantages and disadvantages of 3D software used in domestic design field were analyzed, and Solidworks software was proposed to apply to design of large capacity and long distance coal pipeline. The application of Solidworks software in schematic design stage, preliminary design stage and construction drawing stage of coal pipeline was introduced in detail.

coal pipeline; 3D software; auxiliary design; Solidworks

2016-10-20;

2016-11-01；責(zé)任編輯：胡嫻。

中國煤炭科工集團有限公司青年基金項目(2014QN039)。

黃孟(1986-)，男，安徽六安人，工程師，現(xiàn)主要從事長距離管道輸煤設(shè)計研究工作，E-mail:563417937@qq.com。

1671-251X(2016)12-0092-04

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.12.020

TD58

A

時間：2016-12-01 11:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20161201.1100.020.html

黃孟，涂照妹，田達理,等.三維軟件在大運量、長距離輸煤管道設(shè)計中的應(yīng)用[J].工礦自動化，2016,42(12)：92-95.