周 娜，黃文雄，程 科，郜 培，郭亞麗，梅 竹

(國糧武漢科學(xué)研究設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430079)

管道的布置在糧油加工廠的設(shè)計(jì)中有著非常重要的位置。設(shè)備與設(shè)備之間，車間與車間之間有著繁復(fù)的管道系統(tǒng)，而且隨著經(jīng)濟(jì)及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，糧油加工廠自動(dòng)化、信息化操作正在實(shí)現(xiàn)，對(duì)管道設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求也越來越高。因此，如何合理布局，就需要管道設(shè)計(jì)工程師統(tǒng)籌優(yōu)化，全盤考慮，充分利用空間，并滿足相關(guān)要求，做出最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)已經(jīng)無法滿足行業(yè)發(fā)展需求了，越來越多的設(shè)計(jì)人員將目光集中到三維設(shè)計(jì)上。三維管道設(shè)計(jì)，從工程設(shè)計(jì)信息和圖紙上,實(shí)現(xiàn)了各個(gè)車間高標(biāo)準(zhǔn)化的三維模式,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程設(shè)計(jì)信息在各階段的可視化展示,為后期建設(shè)方案制定、成本計(jì)劃管控、工程施工管控、施工項(xiàng)目管理等方面提供了全面的數(shù)據(jù)支撐。下面以油脂加工廠設(shè)計(jì)為例，論述三維軟件在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 三維軟件在管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.1 單體車間設(shè)計(jì)

(1)運(yùn)用傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方式進(jìn)行油脂工廠的管道設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員、校核審核人員具有一定的空間想象力；而三維管道設(shè)計(jì)則非常清晰直觀，可以在三維空間呈現(xiàn)立體效果，模擬實(shí)景，讓設(shè)計(jì)人員可以觀察到設(shè)計(jì)中每個(gè)角度的細(xì)節(jié)，還可以通過渲染使模型有光影感，讓三維效果更為逼真,提升整體設(shè)計(jì)的質(zhì)感。

(2)當(dāng)采用二維設(shè)計(jì)方式進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí),通常是憑借管道設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工檢驗(yàn)，因此施工過程中的“碰、漏、缺”等問題是無法回避的。這樣,就極易形成施工工作量增大和返工的問題。在三維管道設(shè)計(jì)圖完成后,即可通過碰撞檢測(cè)命令進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)審。軟件自檢后能夠大大減少實(shí)際施工中的碰撞問題(如圖1所示)，可以清楚的看見產(chǎn)生碰撞的管道，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，快速進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而避免了工程中不必要的返工，縮短了工程時(shí)間,節(jié)約了成本。

圖1 軟件自檢

(3)使用三維管道設(shè)計(jì),可以得到比傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)更詳細(xì)的二維圖紙,圖中所有設(shè)備、管道、管件等的參數(shù)屬性都和三維建模時(shí)保持一致，且具有關(guān)聯(lián)性，便于更改。

1.2 廠區(qū)及罐區(qū)管網(wǎng)設(shè)計(jì)

在罐區(qū)管網(wǎng)設(shè)計(jì)施工過程中，由于儲(chǔ)罐通常面積較大、數(shù)量較多、儲(chǔ)存介質(zhì)較多，且儲(chǔ)存工藝不同，充氮、吹掃、溫度等功能的需要，也往往增加了管道布置的復(fù)雜性。錯(cuò)綜復(fù)雜的管道，如果采用傳統(tǒng)的二維軟件進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，管道的功能不能直接反映,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生管距差異,如不同介質(zhì)、不同管徑的管道之間距離各不相同，在不同的車間與車間之間，不同層高的管道與管道之間，管道與管架之間，管道與設(shè)備之間都可能存在交叉干擾或內(nèi)部沖突[1]。運(yùn)用三維軟件進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì),可以根據(jù)不同的應(yīng)用條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在三維可視化的界面中，設(shè)計(jì)人員可以清楚的看到管網(wǎng)布置的真實(shí)效果(見圖2)，及時(shí)調(diào)整不合理的設(shè)計(jì)，不同層高、不同方向的管道都一目了然，這樣就極大地提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和有效性。使用三維軟件進(jìn)行管道設(shè)計(jì),還可以快速進(jìn)行碰撞檢測(cè),從而解決了潛在的設(shè)計(jì)隱患，杜絕了重大事故的出現(xiàn)。

圖2 三維可視化界面效果圖

另外,通過使用三維軟件的BOM功能,還可以出具準(zhǔn)確的材料清單(見圖3)，特別是管徑、閥門和組件數(shù)量，以及電纜直徑，因此可以有效解決物料浪費(fèi)或者缺料的問題。以罐區(qū)管道為例,可以通過使用人工計(jì)算公式和軟件BOM表值進(jìn)行比較，同一根管道的長短,在不考慮不均勻系數(shù)的情形下,人工計(jì)算長度往往比軟件值大百分之五。但一般來說,如果根據(jù)整個(gè)油廠的項(xiàng)目規(guī)模來測(cè)算管道長度，則整個(gè)管線用料的總量勢(shì)必超過百分之五,這對(duì)整個(gè)EPC總承包項(xiàng)目而言將是一項(xiàng)巨大的損失[2]。而如果有設(shè)計(jì)人員計(jì)算錯(cuò)誤，在安裝過程中材料缺少，這可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工程停工，這也是對(duì)人力成本和時(shí)間成本的一種浪費(fèi)。

圖3 三維軟件的BOM材料清單

通過三維軟件運(yùn)算不僅能夠得到更準(zhǔn)確的工程量數(shù)值,還能夠降低人工計(jì)算的誤差,進(jìn)而縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，而且對(duì)公司的工程造價(jià)、投標(biāo)報(bào)價(jià)和建造成本測(cè)算、成本管理,乃至風(fēng)險(xiǎn)管理等都有非常大的輔助作用。

1.3 應(yīng)力分析及非標(biāo)設(shè)備的設(shè)計(jì)

通過三維設(shè)計(jì)能夠直觀地表現(xiàn)出各個(gè)構(gòu)件的受力狀況,特別是管徑較大、溫度較高或者是與重要設(shè)備連接的管道更需要進(jìn)行應(yīng)力分析，三維設(shè)計(jì)軟件使工程設(shè)計(jì)人員能夠直觀的針對(duì)情況,根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。除此之外,如果對(duì)后期設(shè)備尺寸需局部修改的話,也只需在三維圖上進(jìn)行調(diào)整,就可以得到全新的二維圖紙,這樣極大程度地提升了工作效率。在設(shè)備廠家中，這些技術(shù)已經(jīng)得到廣泛運(yùn)用，認(rèn)可度也非常高。

1.4 工程管理應(yīng)用

1.4.1施工管理方面

三維管道設(shè)計(jì)對(duì)于施工安裝也有很好的指導(dǎo)性，通過三維可視化優(yōu)勢(shì),在各專業(yè)部門之間都嚴(yán)格地按三維圖進(jìn)行施工。拿管道施工來說，傳統(tǒng)的二維施工圖紙?jiān)谥笇?dǎo)安裝的過程中，繁復(fù)的管道設(shè)計(jì)圖在平面圖上縱橫交錯(cuò)，施工人員很難讀懂，有時(shí)就直接用工藝設(shè)計(jì)圖來直接指導(dǎo)工程安裝，這可能會(huì)造成管道走向以及閥門放置的隨意性?，F(xiàn)場隨意改動(dòng)，有可能產(chǎn)生安全隱患或者管道死角。運(yùn)用三維管道設(shè)計(jì)，讓圖紙更易懂，有效的解決了二維平面圖紙的閱讀障礙，能夠和現(xiàn)場人員清楚的溝通，這樣可以有效降低施工的不規(guī)范、理解誤差導(dǎo)致的不按圖進(jìn)行施工等問題,并且減少了材料采購余量，減少了對(duì)建筑材料的耗費(fèi)，從而加快了施工進(jìn)度，并節(jié)約了大量人力,對(duì)整個(gè)施工的質(zhì)量與時(shí)間進(jìn)行更高效的管理。

1.4.2安全管理方面

運(yùn)用三維管道設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段就可以規(guī)避掉工程施工中可能出現(xiàn)的一些不安全的因素，在工程施工階段也可以幫助發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生的違規(guī)施工，把可能會(huì)出現(xiàn)的重大安全隱患提前消除,提高管理水平[3]。

1.4.3其它

其他的工程管理板塊,還有成本管理、質(zhì)量管理、組織管理、工作環(huán)境管理、信息技術(shù)服務(wù)管理等。借助于三維管道工程設(shè)計(jì),能夠比較直接明確的顯示出建筑物工程量,以及在工程中的有關(guān)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)等。根據(jù)上述特點(diǎn),便能夠提出高質(zhì)量的設(shè)計(jì)方案、施工方案，制定出更合理的施工計(jì)劃、成本管理計(jì)劃,以及制定進(jìn)度計(jì)劃表等,并實(shí)施全過程管理,使工程各項(xiàng)要素均得到有效控制，提高工程項(xiàng)目整體質(zhì)量。

2 三維設(shè)計(jì)軟件在應(yīng)用中存在的問題

2.1 現(xiàn)有工藝流程的影響

傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)師已經(jīng)習(xí)慣了二維CAD制圖，有些界面使用不習(xí)慣，影響了他們的設(shè)計(jì)思路，并且現(xiàn)階段三維設(shè)計(jì)軟件在生成二維圖的過程中，仍存在一些細(xì)節(jié)表達(dá)不規(guī)范的問題，需要進(jìn)行一定程度的手動(dòng)修改，對(duì)摸索階段的設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生了額外的工作量，所以他們也會(huì)產(chǎn)生一定的抵觸情緒。

2.2 經(jīng)濟(jì)投入的影響

三維設(shè)計(jì)軟件的售價(jià)往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二維設(shè)計(jì)軟件，大部分都會(huì)設(shè)置加密鎖來控制，實(shí)行一機(jī)一鎖，且加密鎖也價(jià)格不菲，如需設(shè)計(jì)人員全員配置，那前期投入是非常大的，另外還需購買一些配套系統(tǒng)和相關(guān)軟件，這些高昂的花費(fèi)對(duì)于有些承接傳統(tǒng)項(xiàng)目比較多的設(shè)計(jì)單位來說是不可接受的。

3 結(jié)束語

在糧油加工廠的規(guī)范化設(shè)計(jì)方面,全套標(biāo)準(zhǔn)化車間的設(shè)計(jì)已越來越需要與國際先進(jìn)水平接軌，這已經(jīng)成為工程設(shè)計(jì)單位提升工程設(shè)計(jì)水準(zhǔn)、提升企業(yè)核心競爭力的必要條件。特別是承接大型項(xiàng)目尤其是國際項(xiàng)目時(shí)，就能體現(xiàn)三維設(shè)計(jì)真正的價(jià)值，要以前瞻性的眼光來觀察行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，三維設(shè)計(jì)軟件取代二維設(shè)計(jì)軟件是必然趨勢(shì)。隨著三維管道設(shè)計(jì)技術(shù)在糧油加工廠設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用,能夠增強(qiáng)企業(yè)的行業(yè)地位和提升核心競爭力，為企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展帶來積極深遠(yuǎn)的正面影響。