PDMS管架材料自动匹配的研究与实现

谢明明 郑帅 陈佳丽

中国五环工程有限公司 武汉 430223

随着项目规模的日益扩大、精细化管理理念的切实贯彻，设计精细化的要求也越来越高。而在化工项目中，管道作为装置中设备之间物料流通所用主要的连接设备，其架设方式复杂多样，管道可能承受许多种外力的作用，包括其自身的重量、其内介质流体的压力作用、风雪载荷、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震灾害等[1]。为了消除震动、扭曲等影响安全生产的隐患,保证管道的强度和刚度，必须设置不同类型的支(吊)架，如活动支架、固定支架、导向支架和弹簧支架等。而管道支(吊)架材料的正确选用是其强度的有效保证。

目前用于工厂设计的主流三维建模软件基本上都有其对应的管道支(吊)架设计模块，基本也仅限于管架的实体模型，而对管架材料统计功能却较为欠缺。一方面，由于各个项目(尤其是不同领域的项目)使用的管道用材料类型差别较大，致使其对应的管架材料也差异甚大，无法做到项目通用，如果按照一个项目一个管架材料库，势必造成基础工作量大、耗时费力、后期维护较为复杂；另一方面，仅在同一项目中，从管道特性、安全及经济实用性综合角度考虑，其不同材料等级在管架材料使用方面也存在一些共通之处(如碳钢类、不锈钢类、高温钢类、低温钢类通常会每类分别采用统一的管架材料)。因此如何定制一个可以快捷、通用的批量匹配管架材料的工具十分必要。

笔者借鉴目前流行的三维软件(PDMS)的工作原理，以化工部管架标准图册(HG/T 21629-1999)为例并基于对应的管架开发工具介绍管架材料快速匹配的具体实施思路。

1 设计要求

1.1 管道支架表的精细化要求

无论是从材料的汇总采购还是从现场施工便利角度出发，在管道支架表中的每一子项(无论是标准零部件:如管架标准中的A1～A40类型，还是组合管架中的结构型钢等)均需要明确其具体的材料规格，这样才能保证工程设计采购施工的一致性。因此需要在支架表中将具体材料标记到每一子项中。

1.2 项目的通用性考虑

考虑到不同项目的管架材料选用可能不同，这就无法建立一个可以适用所有项目的材料库。综合PDMS软件中的开发过程，将材料作为一个属性值放入到每个管架子项中，这样只需要考虑如何应用PDMS开发程序对该属性值进行批量匹配即可。

2 管架材料匹配实现具体过程

针对任一实体管架，通过管道等级得到等级分组的组别信息进而得到分组材料设定表中纵坐标，匹配实体管架子项的类型得到分组材料设定表中横坐标，从而交汇得出分组材料设定表中该等级的具体管架材料信息。主要过程示意见图1。

图1 管架材料匹配主要过程示意

2.1 等级分组设定

因不同材料等级在管架材料使用方面也存在一些共通之处，将可以统一处理的材料等级按组编号：如碳钢类(group1)、不锈钢类(group2)、高温钢类(group3)、低温钢类(group4)等。程序中首先获取当前项目的所有材料等级，然后按类型进行分组设定，并将结果在当前项目中新建SITE进行保存便于后期调用。程序设定界面及结果见图2、图3。

图2 程序设定界面

图3 程序设定结果界面

2.2 分组材料表设定

按规定对设置好的组别中的管架子项材料进行设定，设定后将文件保存在项目数据库路径下便于后续程序读取使用。分组材料表界面见图4。

图4 分组材料表界面

其中，可能存在区分考虑的情况，如对于管架用的管材，在同类材质时可能对于不同口径，有的规格采用无缝形式而有的规格采用焊接型，故此可能需要按照口径对其材料描述进行额外区分，此时需要在程序中进行额外设定，如表4中Tube所在行所示的350/300/200三个值分别对应相应组别中管架中所用管道材质分界的临界口径，20#|Q235B、A312.TP304-S|A312.TP304-W、06Cr19Ni10(PA)| 06Cr19Ni10(VI)则分别对应临界口径以下及以上范围内对应的材料取值。

2.3 程序匹配

按照设计流程可以分为两种模式：预设定模式及后期修改模式。

如果项目初期可于管架创建之前完成上述准备工作，则可以在创建实体管架时直接使用设定中的材料而无需后期修改；如果于实体管架创建之后方才设定或是存在修改，可以使用后期修改模式进行管架材料批量修改。

主要程序伪代码：

get_spec() /*获取等级与分组对应关系的两个数组

input_filefullname() /*自动获取当前项目配置文件

read_file(filefullname) /*获取项目分组材料设定数组

for i=0 to flines.size

{

checktype[i] /*管架子类型数组

checkmat[i] /*已设定分组材料数组

}

input_attaref() /*管架类型

input_line() /*管架初始描述

get_attaspec(attaref) /*获取对应管道等级

match_group(fgroup,num) /*匹配管道等级得到组别信息

mtype =get_subtype() /*得到实体管架子项的类型

num = find_first(mtype) /*匹配实体管架子项的类型得到横坐标

num1 = checkmat(find_first(fgroup)) /*匹配级别信息得到列坐标

if mtype<> 'Tube' /*管架子类型非管材

{

fmat =replace_mat(num,num1) /*材质替换

}

else /*管架子类型为管材

{

get_tubeod(line) /*得到管架使用管道口径

check_mat(num,num1) /*得到管道材料的特殊设定

if tubeod > chmat[1]/*判定管道口径是否大于相应组别中设定的临界口径

{

fmat = chmat[3] /*取值临界口径以上的管道材料设定

}

else

{

fmat = chmat[2] /*取值临界口径以下的管道材料设定

}

}

return rebuild(fmat) /*根据得到管架材料信息重组管架描述

3 运行结果

程序运行结果及生成的管道支架表Excel文件见图5。

图5 程序运行结果

4 局限性说明

本文所述内容在很大程度上能够解决三维建模软件管架设计中材料选择所面临的通用性问题，具有一定的价值，但管架材料的选择不但与管道自身的材质有关，还要综合考虑经济、环境等因素，如低温塔附塔管线上管架与设备相接触型钢因其生根点环境的特殊性，其材质的选择需要单独考虑、项目对某些关键管线管架的特殊材质要求等，这些特殊规则因项目迥异而不适宜进行程序内置；故此在用本文程序进行通用设置后还需要对特殊的情况进行甄别确认。

5 结语

经程序实际运行验证，在实际项目中使用本程序，可高效、准确实现相关管架材料信息的通用匹配。同时，本程序的开发思路可对今后相关程序的开发提供借鉴。