謝明明 鄭帥 陳佳麗

中國五環(huán)工程有限公司 武漢 430223

隨著項目規(guī)模的日益擴(kuò)大、精細(xì)化管理理念的切實貫徹，設(shè)計精細(xì)化的要求也越來越高。而在化工項目中，管道作為裝置中設(shè)備之間物料流通所用主要的連接設(shè)備，其架設(shè)方式復(fù)雜多樣，管道可能承受許多種外力的作用，包括其自身的重量、其內(nèi)介質(zhì)流體的壓力作用、風(fēng)雪載荷、熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力、振動載荷和地震災(zāi)害等[1]。為了消除震動、扭曲等影響安全生產(chǎn)的隱患,保證管道的強(qiáng)度和剛度，必須設(shè)置不同類型的支(吊)架，如活動支架、固定支架、導(dǎo)向支架和彈簧支架等。而管道支(吊)架材料的正確選用是其強(qiáng)度的有效保證。

目前用于工廠設(shè)計的主流三維建模軟件基本上都有其對應(yīng)的管道支(吊)架設(shè)計模塊，基本也僅限于管架的實體模型，而對管架材料統(tǒng)計功能卻較為欠缺。一方面，由于各個項目(尤其是不同領(lǐng)域的項目)使用的管道用材料類型差別較大，致使其對應(yīng)的管架材料也差異甚大，無法做到項目通用，如果按照一個項目一個管架材料庫，勢必造成基礎(chǔ)工作量大、耗時費力、后期維護(hù)較為復(fù)雜；另一方面，僅在同一項目中，從管道特性、安全及經(jīng)濟(jì)實用性綜合角度考慮，其不同材料等級在管架材料使用方面也存在一些共通之處(如碳鋼類、不銹鋼類、高溫鋼類、低溫鋼類通常會每類分別采用統(tǒng)一的管架材料)。因此如何定制一個可以快捷、通用的批量匹配管架材料的工具十分必要。

筆者借鑒目前流行的三維軟件(PDMS)的工作原理，以化工部管架標(biāo)準(zhǔn)圖冊(HG/T 21629-1999)為例并基于對應(yīng)的管架開發(fā)工具介紹管架材料快速匹配的具體實施思路。

1 設(shè)計要求

1.1 管道支架表的精細(xì)化要求

無論是從材料的匯總采購還是從現(xiàn)場施工便利角度出發(fā)，在管道支架表中的每一子項(無論是標(biāo)準(zhǔn)零部件:如管架標(biāo)準(zhǔn)中的A1～A40類型，還是組合管架中的結(jié)構(gòu)型鋼等)均需要明確其具體的材料規(guī)格，這樣才能保證工程設(shè)計采購施工的一致性。因此需要在支架表中將具體材料標(biāo)記到每一子項中。

1.2 項目的通用性考慮

考慮到不同項目的管架材料選用可能不同，這就無法建立一個可以適用所有項目的材料庫。綜合PDMS軟件中的開發(fā)過程，將材料作為一個屬性值放入到每個管架子項中，這樣只需要考慮如何應(yīng)用PDMS開發(fā)程序?qū)υ搶傩灾颠M(jìn)行批量匹配即可。

2 管架材料匹配實現(xiàn)具體過程

針對任一實體管架，通過管道等級得到等級分組的組別信息進(jìn)而得到分組材料設(shè)定表中縱坐標(biāo)，匹配實體管架子項的類型得到分組材料設(shè)定表中橫坐標(biāo)，從而交匯得出分組材料設(shè)定表中該等級的具體管架材料信息。主要過程示意見圖1。

圖1 管架材料匹配主要過程示意

2.1 等級分組設(shè)定

因不同材料等級在管架材料使用方面也存在一些共通之處，將可以統(tǒng)一處理的材料等級按組編號：如碳鋼類(group1)、不銹鋼類(group2)、高溫鋼類(group3)、低溫鋼類(group4)等。程序中首先獲取當(dāng)前項目的所有材料等級，然后按類型進(jìn)行分組設(shè)定，并將結(jié)果在當(dāng)前項目中新建SITE進(jìn)行保存便于后期調(diào)用。程序設(shè)定界面及結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 程序設(shè)定界面

圖3 程序設(shè)定結(jié)果界面

2.2 分組材料表設(shè)定

按規(guī)定對設(shè)置好的組別中的管架子項材料進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定后將文件保存在項目數(shù)據(jù)庫路徑下便于后續(xù)程序讀取使用。分組材料表界面見圖4。

圖4 分組材料表界面

其中，可能存在區(qū)分考慮的情況，如對于管架用的管材，在同類材質(zhì)時可能對于不同口徑，有的規(guī)格采用無縫形式而有的規(guī)格采用焊接型，故此可能需要按照口徑對其材料描述進(jìn)行額外區(qū)分，此時需要在程序中進(jìn)行額外設(shè)定，如表4中Tube所在行所示的350/300/200三個值分別對應(yīng)相應(yīng)組別中管架中所用管道材質(zhì)分界的臨界口徑，20#|Q235B、A312.TP304-S|A312.TP304-W、06Cr19Ni10(PA)| 06Cr19Ni10(VI)則分別對應(yīng)臨界口徑以下及以上范圍內(nèi)對應(yīng)的材料取值。

2.3 程序匹配

按照設(shè)計流程可以分為兩種模式：預(yù)設(shè)定模式及后期修改模式。

如果項目初期可于管架創(chuàng)建之前完成上述準(zhǔn)備工作，則可以在創(chuàng)建實體管架時直接使用設(shè)定中的材料而無需后期修改；如果于實體管架創(chuàng)建之后方才設(shè)定或是存在修改，可以使用后期修改模式進(jìn)行管架材料批量修改。

主要程序偽代碼：

get_spec() /*獲取等級與分組對應(yīng)關(guān)系的兩個數(shù)組

input_filefullname() /*自動獲取當(dāng)前項目配置文件

read_file(filefullname) /*獲取項目分組材料設(shè)定數(shù)組

for i=0 to flines.size

{

checktype[i] /*管架子類型數(shù)組

checkmat[i] /*已設(shè)定分組材料數(shù)組

}

input_attaref() /*管架類型

input_line() /*管架初始描述

get_attaspec(attaref) /*獲取對應(yīng)管道等級

match_group(fgroup,num) /*匹配管道等級得到組別信息

mtype =get_subtype() /*得到實體管架子項的類型

num = find_first(mtype) /*匹配實體管架子項的類型得到橫坐標(biāo)

num1 = checkmat(find_first(fgroup)) /*匹配級別信息得到列坐標(biāo)

if mtype<> 'Tube' /*管架子類型非管材

{

fmat =replace_mat(num,num1) /*材質(zhì)替換

}

else /*管架子類型為管材

{

get_tubeod(line) /*得到管架使用管道口徑

check_mat(num,num1) /*得到管道材料的特殊設(shè)定

if tubeod > chmat[1]/*判定管道口徑是否大于相應(yīng)組別中設(shè)定的臨界口徑

{

fmat = chmat[3] /*取值臨界口徑以上的管道材料設(shè)定

}

else

{

fmat = chmat[2] /*取值臨界口徑以下的管道材料設(shè)定

}

}

return rebuild(fmat) /*根據(jù)得到管架材料信息重組管架描述

3 運行結(jié)果

程序運行結(jié)果及生成的管道支架表Excel文件見圖5。

圖5 程序運行結(jié)果

4 局限性說明

本文所述內(nèi)容在很大程度上能夠解決三維建模軟件管架設(shè)計中材料選擇所面臨的通用性問題，具有一定的價值，但管架材料的選擇不但與管道自身的材質(zhì)有關(guān)，還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等因素，如低溫塔附塔管線上管架與設(shè)備相接觸型鋼因其生根點環(huán)境的特殊性，其材質(zhì)的選擇需要單獨考慮、項目對某些關(guān)鍵管線管架的特殊材質(zhì)要求等，這些特殊規(guī)則因項目迥異而不適宜進(jìn)行程序內(nèi)置；故此在用本文程序進(jìn)行通用設(shè)置后還需要對特殊的情況進(jìn)行甄別確認(rèn)。

5 結(jié)語

經(jīng)程序?qū)嶋H運行驗證，在實際項目中使用本程序，可高效、準(zhǔn)確實現(xiàn)相關(guān)管架材料信息的通用匹配。同時，本程序的開發(fā)思路可對今后相關(guān)程序的開發(fā)提供借鑒。