黃孟， 涂照妹， 田達(dá)理， 王倩

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖北 武漢 430064)

三維軟件在大運(yùn)量、長(zhǎng)距離輸煤管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃孟， 涂照妹， 田達(dá)理， 王倩

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司， 湖北 武漢 430064)

針對(duì)采用二維軟件進(jìn)行工藝管道布置存在的工作量大、易出錯(cuò)等問(wèn)題，分析了國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域所使用的各種三維軟件的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出將Solidworks軟件應(yīng)用于大運(yùn)量、長(zhǎng)距離輸煤管道設(shè)計(jì)中，詳細(xì)介紹了Solidworks軟件在輸煤管道方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段中的應(yīng)用。

輸煤管道； 三維軟件； 輔助設(shè)計(jì)； Solidworks

0 引言

管道輸煤在中國(guó)煤炭輸送領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但采用傳統(tǒng)的二維軟件進(jìn)行工藝管道布置和方案設(shè)計(jì)具有以下缺點(diǎn)：① 對(duì)于輸煤管道設(shè)計(jì)而言，管道支架具有種類多、造型多樣、力學(xué)計(jì)算繁雜等特點(diǎn)，采用二維軟件設(shè)計(jì)工作量較大。② 管道和設(shè)備空間位置關(guān)系復(fù)雜，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)無(wú)法直觀地檢查干涉，導(dǎo)致設(shè)計(jì)修改和設(shè)計(jì)返工的工作量加大。③ 對(duì)于管道軸測(cè)圖繪制而言，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)存在繪圖工作量巨大、易產(chǎn)生錯(cuò)誤等問(wèn)題。三維軟件的應(yīng)用能夠較好地克服上述缺點(diǎn)。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域所使用的三維軟件種類繁多，各軟件的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 不同三維設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)缺點(diǎn)

分析表1可知，Solidworks優(yōu)勢(shì)明顯，因此，本文將Solidworks應(yīng)用于大運(yùn)量、長(zhǎng)距離輸煤管道設(shè)計(jì)中。輸煤管道設(shè)計(jì)分為方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)3個(gè)階段。

1 三維軟件在輸煤管道方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)輸煤管道時(shí)，首先應(yīng)設(shè)計(jì)制漿工藝、泵輸工藝和脫水工藝等主要工藝方案；然后確定設(shè)備選型，通過(guò)Solidworks建立三維設(shè)備模型，再進(jìn)行三維設(shè)備及廠房布置；最后通過(guò)專家論證分析，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行比選和優(yōu)化，確定最終的設(shè)計(jì)方案。

在方案設(shè)計(jì)階段，三維設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：① 建立三維設(shè)計(jì)平臺(tái)。通過(guò)三維設(shè)計(jì)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)各專業(yè)交互式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以調(diào)用并實(shí)時(shí)更新設(shè)備三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，大大簡(jiǎn)化了資料傳遞工作和后續(xù)設(shè)計(jì)工作。② 對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行三維展示。在進(jìn)行方案匯報(bào)和審查時(shí)，可通過(guò)三維軟件繪制透視圖和鳥(niǎo)瞰圖，展示設(shè)計(jì)方案。

棒磨機(jī)是水煤漿制備車間的主要設(shè)備，在確定設(shè)備型號(hào)后，通過(guò)設(shè)備廠家提供的圖紙和相關(guān)資料，建立棒磨機(jī)三維模型[1]，如圖1所示。在設(shè)備布置和方案優(yōu)化的過(guò)程中，可以直接調(diào)用該模型，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。另外，該模型可以直觀展示設(shè)備檢修空間和設(shè)備間距，在滿足規(guī)范要求的前提下，快速完成車間布置，從而確定廠房大小。

根據(jù)水煤漿制備工藝流程的需要和空間布置的特點(diǎn)，完成制備車間的設(shè)備布置，如圖2所示。在后續(xù)方案修改的過(guò)程中，可以對(duì)設(shè)備模型直接進(jìn)行修改，修改后車間布置會(huì)自動(dòng)重新生成。

圖1 棒磨機(jī)及獨(dú)立基礎(chǔ)三維模型效果

圖2 水煤漿制備車間三維布置效果

2 三維軟件在輸煤管道初步設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

輸煤管道初步設(shè)計(jì)階段是最終設(shè)計(jì)成果的準(zhǔn)備和實(shí)施階段，在該階段，一些設(shè)計(jì)難點(diǎn)和重點(diǎn)需要借助三維設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行攻克[2]。該階段三維設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：① 輔助設(shè)計(jì)。② 完成主要設(shè)備及材料的統(tǒng)計(jì)。通過(guò)三維設(shè)計(jì)可自動(dòng)生成材料清冊(cè)，完成消耗材料統(tǒng)計(jì)，便于計(jì)算初步設(shè)計(jì)階段工程造價(jià)。

大型儲(chǔ)罐是輸煤管道中重要的煤漿儲(chǔ)存設(shè)備。依據(jù)工藝特點(diǎn)和使用需要，對(duì)其罐頂?shù)囊笕缦拢壕哂斜匦Ч?；自重??；造型美觀；價(jià)格低廉。因此，采用輕型罐頂代替?zhèn)鹘y(tǒng)罐頂，即采用檁條和巖棉夾芯板代替焊接鋼板，將儲(chǔ)罐罐頂自重降低50%以上，帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在布置檁條時(shí)，通過(guò)三維輔助設(shè)計(jì)可以精確地表達(dá)出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置關(guān)系[3-4]。輕型罐頂檁條布置三維效果如圖3所示，施工后現(xiàn)場(chǎng)安裝效果如圖4所示。

圖3 輕型儲(chǔ)罐罐頂檁條布置三維效果

圖4 輕型儲(chǔ)罐罐頂檁條布置現(xiàn)場(chǎng)安裝效果(局部)

3 三維軟件在輸煤管道施工圖設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

輸煤管道施工圖設(shè)計(jì)階段是最終出設(shè)計(jì)成果的階段。該階段需要出大量的設(shè)計(jì)圖紙，除了建筑總平面圖、建筑施工圖外，還包括大量的設(shè)備安裝布置圖、管路的軸測(cè)圖和支架安裝圖。該階段三維設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：① 生成支架安裝圖紙。② 生成設(shè)備布置圖，進(jìn)行干涉檢查。③ 生成管道安裝軸測(cè)圖。

3.1 支架安裝圖紙生成

輸煤管道設(shè)計(jì)中存在大量的管道支架，而標(biāo)準(zhǔn)圖集常滿足不了現(xiàn)場(chǎng)施工要求。在施工圖繪制階段，往往支架局部有一點(diǎn)改變就需要重新繪制圖紙，工作量大。而采用三維設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要對(duì)管道支架進(jìn)行靈活修改，然后生成工程圖紙，簡(jiǎn)單、快捷。以煤漿制備車間中匯漿管路的支架為例，其三維設(shè)計(jì)模型如圖5所示。依據(jù)三維設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)換成的工程圖紙如圖6所示，可以自動(dòng)標(biāo)注尺寸和生成材料清冊(cè)。該支架現(xiàn)場(chǎng)安裝效果如圖7所示。工程圖紙可準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝，體現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

圖5 管道支架三維模型效果

圖6 管道支架工程圖紙

圖7 管道支架現(xiàn)場(chǎng)安裝效果

3.2 設(shè)備布置圖生成

管道輸煤施工圖設(shè)計(jì)階段中包括大量的設(shè)備布置圖。在傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于設(shè)備和管路等空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生干涉，從而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工變更甚至返工，最終影響施工工期，造成施工成本上升。三維軟件帶有干涉檢查功能，利用該功能可以簡(jiǎn)單、快速地發(fā)現(xiàn)施工圖中不易發(fā)現(xiàn)的車間、廠房設(shè)備布置中的碰撞和干涉問(wèn)題[5]及檢修、安裝空間不足的問(wèn)題，有效減少施工過(guò)程中的返工，減少“三查四定”的工作量，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和水平，減少現(xiàn)場(chǎng)施工管理的工作量。

在傳統(tǒng)二維設(shè)備布置圖(圖8)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)棒磨機(jī)出料口法蘭和設(shè)備土建基礎(chǔ)之間的位置關(guān)系缺少詳細(xì)的描述，不易發(fā)現(xiàn)存在干涉的情況，如圖8中畫(huà)圈部位所示。而利用三維設(shè)備布置圖(圖9)可以直觀地發(fā)現(xiàn)法蘭與設(shè)備基礎(chǔ)發(fā)生干涉，如圖9中畫(huà)圈部位所示。根據(jù)圖9對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，修改后的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際效果如圖10所示。

圖8 傳統(tǒng)二維設(shè)備布置

圖9 三維設(shè)備布置

圖10 棒磨機(jī)出料口安裝效果

3.3 管道安裝軸測(cè)圖生成

采用傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方法繪制管道安裝軸測(cè)圖相當(dāng)困難，不僅要占用大量的設(shè)計(jì)資源，而且容易發(fā)生錯(cuò)誤，影響管道正常施工。而采用三維設(shè)計(jì)時(shí)，在完成車間管路布置后，可以直接利用三維管路模型抽出軸測(cè)圖，不但避免了繪制錯(cuò)誤，而且提高了設(shè)計(jì)效率，節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)成本。

4 結(jié)語(yǔ)

分析了采用二維軟件進(jìn)行工藝管道布置存在的問(wèn)題，對(duì)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)領(lǐng)域所使用的各種三維軟件進(jìn)行了對(duì)比，并選用Solidworks軟件進(jìn)行輸煤管道設(shè)計(jì)；詳細(xì)介紹了Solidworks軟件在輸煤管道設(shè)計(jì)3個(gè)階段中的應(yīng)用，即方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工圖設(shè)計(jì)階段。三維軟件的應(yīng)用能夠減少設(shè)計(jì)和施工返工，提高設(shè)計(jì)水平，帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于設(shè)計(jì)單位而言，Solidworks等三維軟件的應(yīng)用和推廣也將是快速響應(yīng)個(gè)性化市場(chǎng)需求、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、降低設(shè)計(jì)和施工成本的有效手段。

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Application of 3D software in design of large capacity and long distance coal pipeline

HUANG Meng， TU Zhaomei， TIAN Dali， WANG Qian

(CCTEG Wuhan Design and Research Institute, Wuhan 430064, China)

In view of problem of large work amount and error-prone of pipeline layout using 2D software, advantages and disadvantages of 3D software used in domestic design field were analyzed, and Solidworks software was proposed to apply to design of large capacity and long distance coal pipeline. The application of Solidworks software in schematic design stage, preliminary design stage and construction drawing stage of coal pipeline was introduced in detail.

coal pipeline; 3D software; auxiliary design; Solidworks

2016-10-20;

2016-11-01；責(zé)任編輯：胡嫻。

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司青年基金項(xiàng)目(2014QN039)。

黃孟(1986-)，男，安徽六安人，工程師，現(xiàn)主要從事長(zhǎng)距離管道輸煤設(shè)計(jì)研究工作，E-mail:563417937@qq.com。

1671-251X(2016)12-0092-04

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.12.020

TD58

A

時(shí)間：2016-12-01 11:00

http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20161201.1100.020.html

黃孟，涂照妹，田達(dá)理,等.三維軟件在大運(yùn)量、長(zhǎng)距離輸煤管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2016,42(12)：92-95.