三维建模技术应用研究及二次开发

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第3期
三维建模技术应用研究及二次开发
辛培刚
（海洋石油工程（青岛）有限公司， 山东 青岛 266555）
[摘 要] PDMS作为多专业集成布置设计数据库平台，可实现设备、结构、配管等多专业协同设计。

本文结合海洋石油平台惠州25-8项目应用情况，着重阐述了该软件在小管线建模过程中的基本要求、常见问题及解决对策。

同时根据实际需要进行了二次开发，不仅改善了工作效率而且提高了准确性。

[关键词] PDMS；三维建模；二次开发
作者简介：辛培刚（1978—），男，山东东明人，2010年毕业
于中国石油大学（华东），硕士学位，工程师。

现在海洋石油工程（青岛）有限公司从事海洋石油管线研究与设计工作。

海上石油平台空间有限、布局紧凑，为节约建造成本和便于现场生产操作，技术人员必须在详细设计和加工设计阶段进行科学安排、统筹规划。

海洋石油平台各种管线的设计工作非常重要，要实现配管专业和其它专业协调设计，选用先进的设计和管理软件尤为重要。

本文结合PDMS 在海洋石油平台惠州25-8项目中的应用，着重阐述了PDMS 在管线建模中的基本要求、常见问题及解决对策。

1 PDMS 三维技术主要特点
PDMS 全称为Plant Design Management System ，即工厂设计管理体系，是一款三维工厂设计管理软件，由AVEVA 公司开发。

该软件以数据为核心、高度参数化，三维实体建模可多用户、分布式开展，直观高效，同时还可以进行客户化和二次开发。

PDMS 作为多专业集成布置设计数据库平台，可实现设备、结构、配管等各专业设计，并可直接生成多专业布置图、单管图、配管图、结构详图、支吊架安装图、抽取材料报表。

因此PDMS 三维技术的应用越来越广泛，尤其是在大型海工和船舶设计中愈发得到重视。

其主要应用特点如下[1]：
(1)可并行设计，促进各专业协同工作，提高工作效率和质量。

以配管为例，设计时间可压缩约50%以上，同时设计错误大幅下降，避免返工修改节约成本；
(2)一个模型多种图纸，模型图纸相统一，如设备定位图、管线平面布置图、I SO 图、支架制作图、地漏布置图等；
(3)材料管理和材料统计更加便捷准确；
(4)项目信息平台化，可进行一致性检查、碰撞检查，从而有效避免设计工作中容易出现的“错、漏、碰、缺”等问题；
(5)为施工建造人员提供直观的模型支撑。

2 PDMS 三维技术小管线建模基本要求
PDMS 三维设计应先结构建模，后设备定位，再进行配管、电仪、舾装、安全消防设计，与平台建造次序基本相同。

由于海上采油平台空间有限，布局紧凑，多专业应协同设计，配管电仪等专业要提前规划、总体优化，防止兜圈绕弯。

2.1 管线建模基本要求
(1)逃生通道、吊装区域等必要空间，禁止任何管线穿越，并应以实体填充锁定，同时考虑后续设计或施工应预留空间。

(2)管线建模数量要以P I D 为准，防止遗漏管线，同时要关注P I D 升版情况，随时对管线变化进行完善。

(3)管道应成组、成排布置，既整齐美观，又能降低管道支架的使用数量，从而保证了经济性和适用性，方便维修维护及生产操作。

(4)与设备相连的管线应由甲板下引出，尽量缩短甲板上的布管长度以保持甲板上整洁美观和设备周围通道畅通。

(5)管道穿越甲板时要加套管保护，套管直径应不妨碍管道的热胀，并大于保温后的直径或法兰直径，且穿出甲板时，套管要高出甲板面50mm
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以上。

(6)设备间的管道连接，应在满足规范要求的前提下，尽可能简练、简捷，尤其使用合金钢和压降小的管道，如泵入口管道、压缩机入口管道以及真空管道等。

当管道改变标高或走向时，应避免形成气塞或液塞，否则应设高放或低排。

(7)定期拆卸清扫检修处、高温高压管道以及与设备、容器等连接处必须用法兰连接，其它应避免用法兰连接，以防止法兰处发生泄漏。

一般认为焊接连接是保证管道无渗漏的最佳、最经济的连接方式。

(8)气体和蒸汽管道建议从主管上部引出支管，以减少冷凝液的携带，管道要坡向主管或设备以免积液，在使用气体、蒸汽的设备前应加排液口。

2.2 管件建模基本要求
(1)管线上的流量计，如孔板流量计和转子流量计，水平安装时前后直管段分别至少为10倍和5倍管径，另外还应注意水平装与竖装问题，单向阀一般是水平安装，竖直安装时一般下进上出。

(2)水平管道变径连接，如无特殊要求，应选用底平偏心异径管；垂直管上宜选用同心异径管。

(3)弯头宜选用曲率半径等于1.5倍公称直径的长半径弯头；输送气固、液固两相流物料的管道应选用大曲率半径弯管。

(4)平焊法兰不应与无直管段的弯头直接连接，法兰连接的节点要充分考虑螺栓拆装的操作空间；采用异径法兰连接时，输送介质的流向宜自小口径流向大口径。

(5)阀门和其他静密封接头宜安装在管道支撑点的附近；较大的气动控制阀处应该考虑增加单独的管支架根据详设提供的管支架典型图进行选型，在法兰处不允许加管支架。

(7)手动快速关断阀须放置在水平管线上；电动阀和气动阀必须考虑执行机构占用空间以及方便阀芯维修等问题；调节阀两侧管道上的异径管应紧靠调节阀。

(8)DO管线与主管连接采用马鞍口形式，坡管导致的角度偏差需要用bend连接。

2.3 管支架建模基本要求
支架建模应在结构、管线等专业建模工作完成之后进行，技术人员事先应对支架建模进行整体规划，并制定科学合理的命名规则，要简单易读、分层合理，既有利于支架管理也有利于后期支架出图。

管支架建模应注意的其它事项：
(1)设备的罐体上不能生根建支架，如果要在设备操作平台或者设备底座上生根，则需要核实，支架应尽量避免在设备上生根。

(2)对于支撑较多的管线支架，建议相应增大一个支架尺寸等级或增设型钢以提高支架强度，支架横梁两侧边缘距离管道外壁至少需要75mm间距。

(3) T型支架横梁的最大宽度受限，支撑多根小管线时应考虑管线的平衡问题，避免出现一侧轻一侧重的情况，支撑单根管道时，管道应置于横梁中心，不要放置在两侧。

(4) L型支吊架，管道布置应尽量靠近吊臂处，且不建议支撑受力复杂的管线。

(5)三角形支架，管道布置应尽量靠近生根点处，横梁与斜撑的夹角默认为30°，可据实际情况在30°到60°之间调整，最大不超过60°。

(6)建议L50×50×6角钢仅适用于支撑一根管线的情况，支撑两根以上的管线建议最低强度选择L75×75×8角钢，其它情况根据管线多少及管径大小适当增加型钢强度等级及必要的加强筋，但也无必要追求过高的支架强度。

3 PDMS三维技术管线建模常见问题及对策
海洋石油平台设计技术要求高、所选材料种类多、时间空间相当有限，所以在建模过程中总会出现各种意想不到的问题。

为保证项目工期和设计质量，技术人员必须及时发现问题并妥善解决。

(1)海上平台建设工程量大、工期紧，设计施工经常并行，典型案例就是管线与设备接口处于待定状态，即HO L D状态。

解决办法：先施工、后完善图纸，即在焊接HO L D状态的接口时加设人员应协助现场施工，施工方案经过双方认可，报检合格后加设再完善图纸。

此类情况费时费料，应尽力避免。

(2)海上平台有大量保温管线，保温层的厚度必须充分考虑，否则会出现保温层与相邻管线或管件发生碰撞的情况，保温层厚度可参考表1。

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第3期 图1 管线拆分工具
表1 玻璃纤维和泡沫玻璃的保温厚度
辛培刚 三维建模技术应用研究及二次开发
NPS(inch)Operating temperature（℃）To 200201to 250
251 to 300
1/23030503/430305013030501-1/2
30
50
50
(3)较大卧式罐和立式罐罐体布置喷淋管线，一般要求布置三层，中间层管线距离上下两层甲板3~4m ，所建支架非常大，容易阻挡罐体周围管线。

解决办法：要求厂家在生产罐体时预留喷淋管线支架。

(4)对于装有保温板的房间建模时应调出此类板材模型给予关注，如板材未建模则应参考舾装布置图和厂家资料；另外装有吊顶的房间，如有喷淋系统或消防系统则喷口必须穿出吊顶以下。

(5)若多台主机分别置于不同的房间，则管线尽量不要直穿房间，否则一个房间发生事故会直接影响另一个房间生产操作。

如不可避免需要直接连接，则应考虑主管在外、支管分别进入房间的设计方式。

(6)
平台上各类设备防护要求很高，除外接管
线外一般不允许进行其它动作，尤其动火作业，更不允许在撬内建管支架或进行其它喷涂工作。

(7)当管线要求人身防护时，并非要求整条管线都建人身防护，只在人可能接触到的地方才加，所以要把管线分为若干段，管线拆分工具可以解决此问题[2]，见图1。

(8)结合设备图纸检查人孔、操作台、直梯等设备所需操作空间是否受周围管线影响，管道不应直接越过需拆卸清洗或维修的设备；对泵、压缩机、换热器等需要经常拆卸的设备，管嘴附近应设置一段可拆卸的短管。

4 PDMS 在小管线建模应用中的二次开发
惠州25-8项目2"以下小管线建模工作是由加工设计工程师负责实施完成的，由于加设工程师直接面对施工现场，这就要求建模工作应尽可能接近平台建造需要，尽量减少图纸的再次编辑工作。

鉴于此，需要建模工程师针对具体问题进行了PDMS 二次开发，不仅完善了软件应用功能而且提高了工作效率。

海洋石油平台大部分管线需要进行水压试验，规格书要求此类管线要有高点放空、低点排放。

以往项目高点和低点的添加是由加设工程师在详设图纸上另行添加，费时费力且不具有直观性。

在惠州25-8项目中，针对此问题工程师进行了PM L 二次开发，利用此插件可以直接在建模阶段进行高低点添加[3]。

海洋石油平台管线众多、走向复杂，很多管线需要穿越甲板，这就需要在此类管线上添加船甲板符号、标注穿甲板高度以及添加现场焊符号。

以往项目此项工作也是由加设工程师另行添加，但容易遗漏且不准确。

针对此问题建模工程师进行了二次开发编辑插件，实现了在PDMS 环境下自动添加功能，不仅工作效率高而且准确性更加可靠[3]。

◆参考文献
[1] 万金发. PDMS 三维软件在工程设计中的应用[J ].钢铁技术，2002，(6)：49-51.
[2] 徐庚，黄太安，高凤龙，等.利用PDMS 软件三维设计平台进行配管加工设计新方法探讨[J ].化工设备与管道，2011，48(2)：37-40.
[3] 李祥民等. 海洋平台管道加工设计以及针对性二次开发[A].2014中国油气论坛—油气管道技术专题研讨会论文集（上册）[C].北京：石油工业出版社，2014：184-188.
收稿日期：2016-11-29；修回日期：2017-01-19。