浅析三维工厂设计软件Autocad Plant 3D在工厂项目中的应用

浅析三维工厂设计软件Autocad Plant 3D 在工厂项目中的应用 （兖矿国宏化工有限责任公司，山东 邹城 273512） 李仕超  摘要：介绍了三维工厂设计软件在国内外的发展情况，重点对Autocad Plant 3D软件的特点和优势进行了介绍，同时阐述了未来工厂设计的发展趋势。 关键词：三维工厂设计；Autocad Plant 3D；工厂；应用 1 前言 目前，随着科学技术的进步和人类思想认识的逐步提升，新兴的设计手段已越来越广泛的应用于石油、化工、机械和电子等各行各业，其中的三维软件更是如雨后春笋搬纷纷发展，它们以自身的直观、高效、精准和简捷的优势得到了业主和设计院的推崇。 传统的项目设计大多使用二维AutodCAD完成工厂设计，无法直观、精准的反映出工厂布局和设备、厂房和管道布置情况，工作效率低下，设计周期冗长繁琐，而且非常容易出错，修改起来比较麻烦，已经越来越不能适应社会的快速发展，三维工厂系统设计软件的出现使得这些难题迎刃而解。目前在国内设计院和石化工厂使用较多的三维工厂设计软件有PDS、PDMS、Autoplant 3D和Autocad Plant 3D等，在中小型工厂项目设计中，尤以Autocad Plant 3D(以下简称P3D)发展最为迅猛，得到了设计院和业主的青睐。 2 三维软件特点简介 Autocad Plant 3D是由欧特克公司开发的新兴工厂三维系统设计软件，采用MS SQL lite大型关系数据库，软件包含了P&ID、plant 3d、cad等部分，自带了完整的以欧洲标准、美洲标准和中国国标开发的三维元件库，涵盖了从钢结构、土建、支架、设备、管道，到各种尺寸和压力等级的法兰、垫片、螺栓、螺母、三通、弯头、阀门、过滤器等管件，同时还可以根据项目需要自行添加各式各样的规格表，软件具有的特点有如下几个方面： 2.1 精准显示工厂布置情况，与Auto CAD无缝衔接     P3D是欧特克公司基于自家AutoCAD平台开发的三维工厂软件，能与CAD实现无缝衔接，文件本身就以DWD格式进行存储，操作命令和CAD全兼容，可随时切换到CAD工作空间进行操作。与其他三维软件一样，能精准的100%、1：1比例完美呈现工厂建成后的全貌，即能宏观的显示工厂总体布局，又能微观的展示小到一个阀门、一个管托，能在工厂建成前预先知道工厂情况，及时纠正在设计中的不合理情况，比如阀门位置、设备布置中的不方便工艺操作和检修情况。图1~图3为笔者使用P3D完成的已建项目精馏工段的三维工厂模型。   图1   图2     图3  2.2 简化设计，提高工作效率，节约成本    P3D培训和项目启动的时间都很短，并不需要昂贵的服务器和数据库系统，一般PC机均可运行，适合大中小型设计院和企业公司。P3D的等级驱动技术和现代化的界面，使得建模和管道，设备，结构支架的编辑直接在工作空间中以三维形式进行，以及其他工厂管件更加简单，易用，比传统的AutoCAD二维平面设计提高工作效率成百倍，完成精确的材料统计汇总，减少错误和漏项，节省投资。不用像CAD那样要考虑每个楼层、每个设备间影响，减少了繁琐的中间计算、考虑环节，即使需要进行修改，也能在较短的时间完成。同时在项目设计时，和Autodesk Navisworks无缝集成，完成设计检视，渲染和管道碰撞检查等工作。 仅仅使用几个简单的命令即可在短时间内实现精确的材料清单和报表生成，有效的避免了传统人工统计导致的10%错误。同时还能全自动生成符合国际和行业标准的ISO单线图、管道平面立面图、施工图等，直接共享给整个项目团队。便携式的 P3D的DWG文件可以被其他专业的工程师直接用AutoCAD打开，查阅。这些将极大的提高设计效率，节约成本，缩短设计周期，赢得宝贵的市场先机。图4为笔者生成的ISO单线图。 其开放性的数据接口，可将三维模型和管道数据直接输出到类似于应力分析，或者管段预制等其他软件中，进行应力分析和工程管理施工，提升设计的严谨性和安全性，如CAESAR Ⅱ。 图4  详细描述(尺寸)规格尺寸线号标签隔热层厚度Schedule剪切长度PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15555-4-9S1-H540950PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15556-4-9S1-H14025PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15554-4-9S1-H040600PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15553-4-9S1-H1402650PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15552-4-9S1-H2403001PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15551-4-9S1-H340436PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15545-4-9S1-H440950PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15550-4-9S1-H540389图5 2.3 在项目信息管理系统中的应用 不论对于EPC还是其他方式承包的项目，首先，基于三维实体建模的技术方案涵盖了全面的项目技术信息，由于设计效率的提高而能进入信息管理系统，并能随着项目不断进展而提供实时动态资料，其不断扩充的各类数据库甚至能提供超出本项目所涉范围的技术信息，供项目管理者作对比。其次，软件自身能以项目为单位进行统一合理编码，按专业分区分类别布置，且对外部软件具有良好的包容性和便捷的输出接口，比较容易融入项目管理信息系统，只要设定了访问权限限制，可以方便快捷地取用所需技术图纸资料和各种报表以及保密控制。 2.4 在工程造价管理中的应用 以P3D格式存放的已竣工或在建工程与拟建工程结构特征和设计内容一致的类似工程预算资料可以为项目前期工程经济评价提供直观的准备的参考依据，使将已竣工工程造价依据数据源自动成为其他相关工程造价应用的数据源成为可能。 P3D三维实体建模设计方式与传统二维方式相比，在设计阶段可节约时间和金钱达60%以上，实体建模完成后，其分部工程也相应确定，可同时产生各类元件、设备、材料的统计报告，直接为确定工程量清单提供了明确的依据。 P3D增强了项目管理功能，加强了对设计系统的动态控制，能产生各种图纸和数据库修改的历史报告，这就为解决工程造价软件能编制工程（预）决算而缺乏审核功能难题提供了条件。 P3D的开发性使得可以通过网络技术将工程建设各参与方有机练习起来，共同对项目的工程造价进行有效控制，充分发挥网络具有的资源共享、信息传递、互动交流的优势，通过监督和制约措施，遏制工程“概算超估算、预算超概算、结算超预算”现象，在P3D基础上形成和应用动态造价信息系统。 2.5 在施工过程和竣工后运营中的应用 P3D将项目施工中所需的技术信息明晰化，精确化，从而具体、形象、全名反映工程项目的全貌。其建模特征的可拓展性，使工程各个专业的施工管理可不断深化延展。尤其是P3D为项目竣工保留的三维技术资料，从一个入口进入，可以方便直观的查询任何一个原件、设备等的相关资料，极大的便利了项目运行后的维护。 2.6 方便运营后的技术改造和革新 用P3D设计完成的项目，利用保留的技术资料，可直接进行便捷的管道改造，工艺变更，设备增加等等技术改造，而不需要像传统的CAD二维设计一样，绘制多幅图纸，也不会出现材质、阀门等的选择和材料统计错误。改造后自动生成的材料清单能最大程度的接近真实施工所需数量，减少了材料浪费，对运营后生产、检修成本起到了非常好的控制作用。 对于企业今后的快速高效发展，成立自己的技术中心，拓展新工艺、新产品都将起到非常大的推动作用。 2.7 方便员工培训，缩减培训成本     由于P3D能完全真实的呈现工厂全貌，对于业主来讲，员工能得以在电脑上实现工厂的实境漫游，身临其境的实现不出户查看工厂每一处细节，熟知各个阀门的位置，各个管道的走向，为工厂的投产和生成运营打下非常好的基础，若与其他的控制仿真软件结合，将能在传统培训所需时间的1/10或者更少内实现对新工厂新项目熟悉、掌握，培训成本得以缩减十倍乃至上百倍，适应当今激烈的市场竞争，为企业快速发展，获得经济效益赢得先机。(可以查看附件中的视频1) PIPE,SEAMLESS,4ND,PE,ASMEB36.10,ASTMA106GRBSMLS,SCH40CS150100ME-15546-4-9S1-H54023553 结语     根据笔者自己的学习情况，依靠自己能在几天时间内100%完全的还原一个化工单元的三维工厂模型，可以在短时间内甚至1个小时内生成准确度超过设计院的材料表、施工图、单线图和设备管道布置图，相信如果能有一个团队分工合作，将能以超过常规N倍的速度完成一个工厂的设计。 综上所述，三维工厂设计软件拥有众多的优点和优势，工厂设计进入三维化是现今的发展趋势，无论对于设计院、工程公司，还是业主，极早引入三维工厂设计软件，都能提升工作效率，降低投资成本，获得良好的经济效益。 作者简介：李仕超 男，四川宜宾人，化工工程师，中国矿业大学化工工艺专业毕业，天津大学在读工程硕士，兖矿国宏化工有限责任公司沥青车间副主任 通信地址：山东省邹城市西兖矿国宏化工有限责任公司邮编：273512联系QQ：31558614邮箱：[e-mail]