SmartPlant 3D在桥架设计中的应用

姚怡君 张公明 东华工程科技股份有限公司 合肥 230024

随着时代的发展，工程设计领域对项目的质量和进度控制要求越来越高，三维辅助设计在国内大型项目中的应用已经屡见不鲜。相较于传统的二维平面设计，三维设计手段能真正体现设计者的设计意图，不仅能更直观、准确地体现设计成果，还可以为工程项目的施工、管理服务，另外在软件功能性上也具有显著的优势。目前，三维设计已经越来越受到用户们的重视。

1 SmartPlant 3D介绍

SmartPlant 3D由INTERGRAPH公司开发，简称SP3D，中文名称是工厂设计系统，它以独立的数据库为基础，实现了工厂设计中多专业多用户的协同设计。SmartPlant 3D不仅为用户提供平台进行三维结构设计、设备布置、管道建模、仪表和电气桥架布置、暖通设计等，还为用户提供了三维模型浏览、碰撞检查、材料统计、成品出图等诸多功能。

SmartPlant 3D是一个全面的、智能的计算机辅助设计和工程设计应用软件，用户需遵循它的基本架构、数据库体系和规则。工程设计时，Smart-Plant 3D需多专业参与进行三维协同设计的数据库和平台的二次开发，调整专业之间的划分及关系，完成二次开发和用户化定制，使项目整体效益最大化，为各专业带来效率或效果的提升。

SmartPlant 3D建模过程较为智能，对管道、设备、仪表及桥架等模型的建立、修改都很方便。桥架等模型建立后，只需设置出图模板，划定出图区域，即可输出成品图纸。即使局部变动，也无需二维作图和修改，能加快项目设计进度，并保证项目在苛刻工期内的顺利完成。

另外，SmartPlant 3D还能按实际建立模型的数量，输出多种材料报表和分类统计，能有效地提高效率，降低项目造价，避免材料浪费，对工程公司满足业主的高要求、控制成本以及提高国际竞争力方面都具有非常重大的意义。

就桥架设计而言，相对于二维桥架设计的桥架敷设、跨接处不够直观，与其他专业的空间分配不能及时更新等问题，利用SmartPlant 3D，可以实现多专业设计对接、协同作业，避免设计碰撞等，且3D模型效果直观、易懂，从而能提高工程设计质量，方便施工。

2 SmartPlant 3D的系统架构

目前，SmartPlant 3D以SQL server软件作为底层数据库支撑平台，基本结构就是Server+Client。Server服务器端，需要至少一台服务器和相关的数据库软件 (分别存放了文件服务器、数据服务器、授权数据库等);Client客户端，则是多个操作站和建模软件 (对应多个操作员的客户端、实时关系数据库通讯软件和建模工具等)。

SmartPlant 3D为基于网络数据库的操作模式，建立的模型和操作信息全部实时纪录在服务器上。服务器应定期备份，保证数据的统一和安全性。SmartPlant 3D数据庞杂，设计人员可根据需要，通过Filter过滤无关内容，任意选择需要显示的各类模型、参数等，使操作界面中只保留部分装置或工段的数据信息。

在实际项目中，能使用SmartPlant 3D实现项目管理，针对项目的工作内容和专业人员工作分解情况，完成项目的层级架构搭建，根据工作内容的不同，进行多种权限界定，并建立相应的权限组予以约束，建造一个可以多人、多专业的协同工作平台，在使设计工作便捷的同时，又充分地保证了文件安全。

3 定制桥架数据库

不同三维设计软件常用的数据库系统也不尽相同。PDS常用的是Orale数据库，AutoPLANT使用office access作为数据支持，而SmartPlant 3D常用的是SQL。

设计模型的建立，就是使用设计数据库的数据进行建模的过程。因而，要进行某个化工工程项目的桥架建模，要先建立符合该项目统一规定的桥架数据库。

由于INTERGRAPH为国外公司，其开发的SmartPlant 3D原始数据库与国内行业规范、工程设计习惯差异较大。其中，尺寸全为英制尺寸，桥架规格描述亦全为英文，桥架型号也与《自控材料设备手册》中差别很大，故在开展SmartPlant 3D桥架设计前，需将桥架数据库进行二次开发。

SmartPlant3D的桥架数据库在电气模块中，是通过Excel工作薄加载实现的。SmartPlant 3D的所有的数据库文件都位于服务器端的安装目录下。

“CableTray.xls”是定义桥架实体的类别和部件的文件，在该文件中，可以定制桥架的型号、规格描述、材质、长度、宽度、深度、弯曲半径等参数。表1为二次开发的槽式直通桥架的部分参数。其他桥架连接件 (如槽式水平弯通、槽式垂直上弯通等)的定制与槽式直通桥架相同。

表1中，工厂 (Manufacturer)、材质 (Material)、桥架类型 (TrayType)、元件类型 (ComponentType)中填写的参数均为代号，不同代号在各项属性sheet中有具体定义。

表1 槽式直通桥架的参数定制

4 桥架建模

SmartPlant 3D是多人、多专业的协同工作平台，桥架设计直接由自控专业设计和建模，不仅保证了模型的及时更新，更简化了工作流程。系统管理员完成桥架数据库建立，并成功通过软件加载和测试后，自控专业就可以在工程项目中调用和建立桥架模型。

实际工程项目中的电缆、桥架设计应本着避开热源、工艺介质排放口、振动及电磁场干扰场所的原则，按较短途径敷设。在SmartPlant 3D全厂模型中，可以清楚地看到各种塔、储罐、换热器、泵等设备的布置，各类管道、风道的敷设路径，以及墙体、结构的梁和斜撑、平台、栏杆、楼梯等，非常直观。桥架建模时，可直接避开管道、设备和建筑物，或在空间位置紧张的情况下，与管道布置、结构专业沟通讨论，调整布局，使空间分配合理、美观。

另外，桥架不应敷设在影响操作、妨碍设备维修的位置，而在SmartPlant 3D中，可以设置检修通道和设备吊装空间，禁止在该区域内建立模型，影响施工。

桥架还不宜平行敷设在高温工艺管道、特种介质 (如氧气等)管道和设备的上方，或有腐蚀性液体的工艺管道和设备下方，在SmartPlant 3D中，可以用不同的颜色表示高温、特种介质等工艺管道，提醒设计人员严格按照规范要求进行桥架建模。

SmartPlant 3D主菜单栏的Electrical模块中，有桥架绘制工具条。其中，为绘制桥架命令、为插入桥架连接部件命令。SmartPlant 3D中，绘制桥架较为智能，可采用多种方式，并能实现自动连接。

5 碰撞检查

使用SmartPlant 3D时，参与建模专业均在同一平台上建模，设计人员可以看到实时保存在服务器上的各专业最新模型，可有效避免桥架与结构梁或柱、管道等碰撞，以及桥架占用检修维护空间的现象。

在模型建立时，开启即时碰撞检查，设计人员就能注意到桥架位置和标高是否合适，桥架与管道、设备、结构是否碰撞，从而及时地进行修改和调整，碰撞截图见图1。

SmartPlant 3D的碰撞检查规则能自行定制，不仅能设置不同类型模型的碰撞规则，还能设置特定类型模型之间的安全距离，若不满足，同样在操作界面中进行提示。

图1 SmartPlant 3D中模型碰撞截图

SmartPlant 3D还能生成碰撞检查报表，该报表不仅包括碰撞的位置、类别，还有对不满足已设置安全距离要求的报警，方便设计人员查找。

6 桥架材料统计

任何三维设计体系，在设计过程完成后，都需要生成各种报表和图纸，以满足工程设计、采购和施工的需要。SmartPlant 3D提供了丰富、多样的报表。

SmartPlant 3D具有自动统计材料功能。Smart-Plant 3D中自带的桥架材料统计报表不满足国内工程公司的设计习惯，故要实现桥架材料表的自动生成，则要先定制所需格式的工程公司图框文件，再按相关规范要求、公司工作手册，对桥架材料表的条目和格式进行二次开发。桥架材料表的内容包括:桥架编号、用户定制的桥架描述、型号、桥架宽度、桥架高度、材质、数量等 (见表2)。

表2 桥架材料表

使用SmartPlant 3D进行材料统计，能做到快速、数量准确。

7 出桥架平面布置图

SmartPlant 3D自身提供了丰富、多样的成品出图功能，不仅包括多种类型的平面图，还有各种视角的三维立体图。

在国内的化工工程设计中，由于桥架平面布置图需包含桥架的平面位置、标高、编号，设备、结构的平面布置，与国外的出图深度不一致，SmartPlant 3D中已有的最类似的Metric_Electrical CableTray Plan模板仍不能满足要求，故仍需将SmartPlant 3D中的桥架图模板进行二次开发。

经过二次开发，桥架平面布置图模板完成后，即可出图。先在SmartPlant 3D的操作界面划定抽图的空间区域，再设定需要表示模型内容的Filter，然后采用 Composed Drawing方式，在 Tasks的Drawings and Reports模块中抽出图纸。抽出图纸后，还需打开SmartSketch Drawing Editor，将桥架的文字标注位置进行编辑调整，最终输出成品，具体的桥架平面布置，见图2。

图2 桥架平面布置截图

在桥架连接处较为复杂时，SmartPlant 3D也可抽出三维立体图，以便能更直观地观察现场桥架走向，方便现场施工。局部桥梁3D图见图3。

三维立体图通常作为桥架的补充说明，放于桥架平面布置图上的空白处。在桥架平面布置图模板中，另行建立View，将三维立体图的局部空间区域与新建View关联，再按桥架平面布置图的出图步骤，即可抽出图纸。

8 结语

SmartPlant 3D是目前较为先进的三维设计软件，在桥架设计中的应用，包括定制桥架数据库、桥架材料表模板、桥架平面布置图模板，设置碰撞检查，进行材料统计和成品出图等，其中还有诸多的模块可以进行用户二次开发和使用。三维辅助建模的应用和多专业协同设计理念的实施，对于提升工程公司整体设计水平，改变传统的设计绘图方式，提供现代化工厂生命周期管理的仿真平台，促使国内工程公司与国际接轨，都具有非常积极的意义。

图3 局部桥架3D图

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