李美慧 左傳鵬 張?zhí)K寧 曲明媚 崔鶴

摘? ? ? 要： 隨著時代的高速發(fā)展，二維設(shè)計(jì)技術(shù)存在一定的滯后性，已經(jīng)無法滿足設(shè)計(jì)單位及業(yè)主的進(jìn)度需求，使用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)工作成為設(shè)計(jì)核心。PDMS軟件擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫技術(shù)并結(jié)合其強(qiáng)大的圖形處理功能，可對復(fù)雜的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析，生成設(shè)計(jì)所需的分專業(yè)的相關(guān)圖紙及文件報告，并可完成三維空間碰撞干擾檢查。因此，運(yùn)用PDMS軟件制圖，不僅提高了工業(yè)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性以及科學(xué)性，減少不必要的各類碰撞問題和施工階段的變更，而且提高了經(jīng)濟(jì)效益及整個設(shè)計(jì)單位的競爭力。結(jié)合PDMS軟件的基本功能和特點(diǎn)，以模塊為單位，以實(shí)際項(xiàng)目為例，說明PDMS軟件在化工管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)? 鍵? 詞：PDMS;軟件;管道設(shè)計(jì);三維模型

中圖分類號：TP273? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）09-2146-05

Abstract： With the rapid development of the times， there is a certain lag in the two-dimensional design technology， which has been unable to meet the progress requirements of the design institute and business entrepreneur. Accordingly， using the three-dimensional software design technology becomes the core of future design. With the independent database technology and powerful graphics processing function，a lot of data analysis for complex engineering projects can be carried out by PDMS software. Not only that， the related documents and all kinds of professional drawings for different majors all can be generated and 3D space collision interference check can be completed by PDMS software. Therefore， using PDMS software into the design work not only improves the accuracy and scientificalness of the industrial design，but also reduces the unnecessary collision problems and changes in the construction phase， and improves economic efficiency and competitiveness of the design institute. In this paper， by combining the basic functions and characteristics of PDMS software， application of PDMS software in the design of chemical pipeline was illustrated by taking modules as a unit and taking practical projects as an example.

Key words： PDMS; Software; Design of pipeline; Three-dimensional model

PDMS（全稱：Plant Design Management system）指的是工廠三維布置設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，是一款由英國AVEVA公司（原CAD-Centre公司）開發(fā)，擁有獨(dú)立數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)軟件。自從1977年，首個商業(yè)版本發(fā)布以來，就廣受工廠設(shè)計(jì)項(xiàng)目的青睞。由于應(yīng)用廣泛，技術(shù)也相對趨于成熟，目前已經(jīng)更新到PDMS-12.1版本，是國際、國內(nèi)石油、化工、電力等行業(yè)主要采用的設(shè)計(jì)軟件之一。該軟件采用了多專業(yè)聯(lián)合布置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫平臺，可實(shí)現(xiàn)管道、設(shè)備、結(jié)構(gòu)、建筑 、暖通、電氣各專業(yè)共同進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，使得專業(yè)間結(jié)合的更加緊密。PDMS通過三維模型可直接獲取多專業(yè)裝置布置圖、單線圖、管道平面圖、土建結(jié)構(gòu)詳圖等，并實(shí)現(xiàn)圖紙的自動標(biāo)注及抽取材料表及管段表等。本文將以塔及構(gòu)架的設(shè)計(jì)為例，說明PDMS是如何幫助設(shè)計(jì)者完成配管工作的。

1? PDMS軟件基本特點(diǎn)

相對于傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)軟件（如Auto CAD等），運(yùn)用三維技術(shù)的PDMS具有更大的優(yōu)勢[1]。

1.1? PDMS軟件的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1? 直觀性

PDMS采用了全方位三維立體的建模形式，使得裝置整體布局更加直觀。

1.1.2? 可實(shí)現(xiàn)多專業(yè)聯(lián)合設(shè)計(jì)

在執(zhí)行項(xiàng)目整體過程中，均可通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行多專業(yè)實(shí)時聯(lián)合設(shè)計(jì)、模擬真實(shí)的現(xiàn)場布局環(huán)境。各專業(yè)可隨時查看其它專業(yè)的模型，及時調(diào)整本專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，保證相互間信息的實(shí)時傳遞，避免碰撞的發(fā)生。

1.1.3? 模塊采用樹狀結(jié)構(gòu)[2]容易理解和使用

圖1 為設(shè)計(jì)模塊的數(shù)據(jù)庫層次。

1.1.4? 實(shí)時碰撞檢查功能[3]

設(shè)計(jì)過程中，可自動檢查各元件之間是否發(fā)生碰撞，并以報告形式輸出檢查結(jié)果。便于設(shè)計(jì)人員及時修改。

1.1.5? 獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫

圖形和數(shù)據(jù)均存儲在軟件自帶的數(shù)據(jù)庫中，且數(shù)據(jù)庫具有很強(qiáng)的移植性，可采用引用的方式實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)庫的調(diào)入使用。

1.1.6? 交互性

生成的單線圖及軸測圖均采用CAD文件格式，與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)形成完美結(jié)合，為設(shè)計(jì)人員提供了便利。

1.1.7? 系統(tǒng)平臺可以為用戶提供二次開發(fā)接口。

1.2? 與PDS軟件對比

目前公司采用的兩大主流軟件分別為PDS及PDMS，下列表1中所示，從不同的方面對比兩個軟件， 進(jìn)一步了解PDMS軟件。

2? 簡述在管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

PDMS軟件中具有多樣的模塊選項(xiàng)，可以幫助設(shè)計(jì)者建立準(zhǔn)確模型，完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。下面我們將用實(shí)例說明PDMS是如何幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行管道設(shè)計(jì)工作的。

2.1? 建立設(shè)備模型

進(jìn)入Equipment模塊，根據(jù)廠家訂貨資料，建立設(shè)備模型。PDS中可以通過四種方法建立基本的設(shè)備模型?；驹O(shè)備模板（Standard Equipment template）、參數(shù)化設(shè)備模板（Parametric Equipment template）、搭積木方式（Primitive）及讀取宏文件（Input Macro file）[4]。

建立設(shè)備模型時，較多采用搭積木方式與參數(shù)化設(shè)備模板相結(jié)合的方法?！按罘e木”方式是利用單個元素拼湊成理想的形狀以完成設(shè)備模型的搭建。另一種方法是“參數(shù)法”搭建設(shè)備模型，利用已存在于數(shù)據(jù)庫中的模板，通過向窗口中輸入相應(yīng)的參數(shù)生成一些典型的設(shè)備，達(dá)到一次成型，通過調(diào)整參數(shù)實(shí)現(xiàn)修改。此方法大多用來建立常用的設(shè)備，如泵、塔、罐、空冷器、換熱器等。同時“參數(shù)法”還可搭建設(shè)備管口、平臺及梯子等參數(shù)化部件。對于復(fù)雜的設(shè)備，可以采用兩種方法結(jié)合搭建的方式。設(shè)備搭建完成后需要進(jìn)行碰撞檢查，確認(rèn)碰撞情況，使設(shè)備及其部件的布置更加合理。設(shè)備模型的數(shù)據(jù)庫層次如圖2所示，圖3為采用PDMS軟件建立的云煉醚化項(xiàng)目塔及構(gòu)架區(qū)的設(shè)備模型。

2.2? 建立管道模型

數(shù)據(jù)庫中存儲了大量的管道元件（Component），這些元件可組成分支管道（Branch），而多個分支構(gòu)成管系（Pipe），管系則歸屬于管道模塊中，模塊匯聚形成區(qū)（Site）。進(jìn)入Pipework模塊，根據(jù)流程圖選擇管道等級，并為每個分支定義管道的起點(diǎn)和終點(diǎn)。PDMS中自動為兩個相鄰管件之間生成管道，從而減輕設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)。

管道施工中，由于其繁瑣性，容易出現(xiàn)各種問題。因此要求在管道設(shè)計(jì)時，緊密結(jié)合各專業(yè)的影響因素，統(tǒng)籌考慮，盡可能減少因設(shè)計(jì)失誤而產(chǎn)生錯誤的可能性。

二維設(shè)計(jì)中設(shè)備及管道的平面、俯視，側(cè)視三個視圖全部需要通過設(shè)計(jì)人員的想象完成規(guī)劃，難免產(chǎn)生差錯。通過PDMS三維設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)人員可以直觀地觀察到管道及設(shè)備各方向的空間位置關(guān)系，合理進(jìn)行管道布置，有效避免碰撞。PDMS中還可通過調(diào)整表格形式，將管道表中的信息導(dǎo)入模型，使管道信息便于修改，同時降低設(shè)計(jì)人員工作量以及因手動輸入帶來的失誤。圖4為管道模型數(shù)據(jù)庫層次示意圖。

2.3? 建立梯子平臺

進(jìn)入Structure模塊下，可創(chuàng)建結(jié)構(gòu)梁柱、廠房門窗等。結(jié)構(gòu)模塊不僅可以被建筑及結(jié)構(gòu)專業(yè)使用，在管道的設(shè)計(jì)過程中，塔器及容器的平臺和梯子都可以在此模塊中完成。圖5為結(jié)構(gòu)模型數(shù)據(jù)庫層次圖，圖6為云煉醚化項(xiàng)目塔及構(gòu)架區(qū)使用PDMS軟件實(shí)際添加平臺梯子后的模型圖。PDMS建立的三維模型，美觀大方，檢修通道及操作空間都可以一目了然。

2.4? 建立管道支吊架

管道設(shè)計(jì)中支吊架有兩個主要作用，一個是支撐管道;另一個是對管道的柔性進(jìn)行調(diào)節(jié)。區(qū)別于其他軟件，PDMS具有自己獨(dú)立的支吊架模塊—MDS模塊。當(dāng)然考慮到不同的情況，PDMS可以設(shè)置邏輯支架與實(shí)體支架兩種支架形式。實(shí)體支架的加入可以使模型更加直觀，進(jìn)而減少因支架產(chǎn)生的碰撞。圖7 為邏輯支架與實(shí)體支架的示意圖。

2.5? 出圖

進(jìn)入Draft模塊，由已建立的三維模型，PDMS可以調(diào)整模板，生成用戶需要的管道軸測圖、設(shè)備管道的平、豎面布置圖，導(dǎo)出文件格式均為CAD格式，因此大幅減少了設(shè)計(jì)人員在后續(xù)出圖方面的工作量[1]。

圖8 為使用PDMS軟件抽出的軸測圖。圖框可用戶自定義。

對于生成的平面圖，PDMS具有自動標(biāo)注功能。用戶只需定義想要的模板即可。在自動標(biāo)注的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)人員進(jìn)行合理調(diào)整即為我們最終的產(chǎn)品。圖9 即為重新標(biāo)注修改后的構(gòu)架平面圖。

2.6? 材料報告輸出

Isodraft模塊具有快速生成材料報告的一項(xiàng)基本功能，可生成綜合料表及管段表。管段表結(jié)合采購專業(yè)的材料統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，可以對每個管道號進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)，同時還可與之前輸入的材料進(jìn)行對比，便于材料的整體管理。此外，生成的信息可轉(zhuǎn)換為Excel格式輸出，用戶只需設(shè)置材料表模板，就可得到詳細(xì)的材料報告。表2為PDMS軟件生成料表。

2.7? 設(shè)計(jì)檢查

2.7.1? 數(shù)據(jù)一致性檢查

進(jìn)入Design 模塊中的Pipework 子模塊下可進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢查。在菜單中選擇Utilities>Data Consistency，可以針對一部分管道進(jìn)行數(shù)據(jù)一致性檢查，并根據(jù)報告內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)修改。檢查內(nèi)容包括：管道是否閉合，分支間的首尾連接是否正確。

管件之間直管段長度是否符合可加工的最小長度;異種材質(zhì)的管件間連接類型是否匹配;彎頭角度是否偏離等。

2.7.2? 碰撞檢查

在Design模塊下，根據(jù)安裝手冊及標(biāo)注規(guī)范的要求設(shè)置接觸間隙值、誤差值、重疊值等一系列碰撞檢查所需要的參數(shù)，選擇碰撞檢查范圍，之后執(zhí)行碰撞檢查?？杉皶r發(fā)現(xiàn)管道與管道、管道與結(jié)構(gòu)、管道與設(shè)備之間是否存在各種碰撞，并及時做出調(diào)整與修改。

2.7.3? 軸測圖檢查

進(jìn)入Design模塊中的Pipework子模塊下，在菜單中選Utilities>Pipe Isometric，進(jìn)行軸測圖檢查。如果存在管道連接有誤的情況，單線圖中會出現(xiàn)“FAIL”字樣，提示抽圖失敗，需要返回設(shè)計(jì)模塊對模型進(jìn)行修改。除此之外，分支首尾連接有誤、一個管系中存在環(huán)形回路等情況都會導(dǎo)致抽圖失敗（圖10）。

3? 結(jié)束語

PDMS三維軟件界面靈活，操作方便，易學(xué)易懂。多專業(yè)實(shí)時協(xié)同設(shè)計(jì)，減少了專業(yè)間因交流滯后而產(chǎn)生的碰撞。三維立體全景模型，使設(shè)計(jì)者與業(yè)主都更加直觀。相對于二維軟件，立體的三維模型幫助設(shè)計(jì)者減少了設(shè)計(jì)、制圖和材料統(tǒng)計(jì)過程中的失誤率，同時節(jié)省了勞動力與時間。即便相比于同樣是三維軟件的PDS，PDMS生成的單線圖及平面圖都為CAD圖形格式，使用及修改起來無疑更加便捷。

綜上所述，PDMS 軟件使設(shè)計(jì)人員擺脫了許多繁瑣的工作，可以將更多的精力投入設(shè)計(jì)的調(diào)整及完善工作中，確保管道設(shè)計(jì)安全合理[5]，提高設(shè)計(jì)效率，準(zhǔn)確性，達(dá)到保證設(shè)計(jì)質(zhì)量和進(jìn)度的目標(biāo)。今后可對PDMS進(jìn)行二次開發(fā)，開發(fā)出更多的插件，致力于幫助設(shè)計(jì)者減少機(jī)械性的重復(fù)勞動。例如自動標(biāo)注平面模板、綜合料表模板、支吊架材料的生成等，都是有待開發(fā)和完善。隨著發(fā)展，PDMS三維設(shè)計(jì)軟件，在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中有著廣闊而光明的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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