SmartPlant 3D 在水泥工厂设计中的应用

 目前，随着数字化信息技术的高速发展，工厂设计已由单纯的二维绘图系统迈入了以网络技术、数据库技术、人工智能技术和现代管理技术等为基础的工厂协同三维模型设计阶段。对于水泥工厂设计行业来说，起步较晚。如今，三维设计软件进入了工厂协同设计系统阶段。它增加了对各专业或各设计者的跨地域、分布式的交互操作的支持，实现了工厂设计软件之间的数据无缝集成和共享。
目前国外流行的三维工厂设计软件主要有美国Intergraph 公司的PDS、SmartPlant 3D （ 以下简称SP3D）； 英国CADCentre 公司开发的PDMS；Bentley
公司的AutoPlant 和PlantSpace；Autodesk 公司的RevitTM MEP。
本文介绍SP3D 设计软件， 并结合设计的项目，从柱网、结构、设备、管道设计、出图和材料统计方面描述了该软件在水泥三维工厂设计中的应用特点。

1 SP3D 介绍
SP3D 是SmartPlant 系列软件的重要组成部分。SP3D 作为先进的工厂设计软件，是Intergraph 推出的新一代的面向数据和规则驱动的产品，它更符合工程
设计理念，能够极大地保证设计数据的准确性和可重复利用性。SP3D 以商业数据库MS SQL 和Oracle 为基础数据平台，所有模型都是以对象的形式存放在基础数据库中，在充分享用商业数据库强大功能的同时，保证了数据格式的通用性。SP3D 使用开放的Visual Basic和.net 技术作为开发手段，为用户进一步拓展功能提供了便利条件。SP3D 能够更加有效地使设计优化，提高工作效率和质量，从而缩短项目周期。
SP3D 作为基于数据库基础上的一体化多专业集成布置数据库平台，极大简化了工程设计过程，有效使用并重复使用现有数据，各专业在此平台上进行协
同设计， 提高了设计质量和设计效率。图1 为SmartPlant 系列软件的集成平台。

2 SP3D 的应用特点
打开SP3D， 首先定义一个工厂区域（Workspace）。通过过滤器（Filter）的设置，选择设计者进入SP3D 所需显示的范围。
2.1 柱网设置
SP3D 建模的基础是设计者根据总图坐标将整个工厂的三维模型建立起来。可以很直观地预览到整个工厂的模型，并根据总图，及时校对车间之间的相对位置，发现并有效纠正结合部位的错误。建立起来的柱网系统可作为全局的参考坐标和定位系统，大大地简便了后续的结构、设备、管道和电气等的布置定位。在水泥工厂中，常采用SP3D 建立圆形、与北向平行或垂直轴线。常用的几种轴线形式见图2。

圆形柱网在库中应用较多，矩形柱网适合于大部分车间，而倾斜矩形柱网可以应用于三次风管支架。

2.2 结构模型搭建
SP3D 在结构建模方面， 其最大的特点是杆件之间的关联性。在进行柱、梁等结构布置时，应结合数据库，选择合适的结构断面。在进行楼板的创建时，可以采用多种方法。一般是选定楼板放置的平面，选择楼板的类型，根据需要修改楼板的相关属性信息，在该平面中选择放置楼板的边界。也可以选择事先建立好的轴线系统作为楼板的边界，通过设置偏移值确定楼板的位置。此外，还可以在2D 或3D 界面上选择不规则的边界。
对于楼梯、栏杆和爬梯等结构的创建，SP3D 主要基于外形方面的参数设置。根据设计需要选择合适的类型，并可对相应的参数进行修改。
SP3D 创建的结构模型， 主要用于示意及碰撞检查，并不能作为结构专业的出图标准，如图3 预热器框架结构。

其模型需要导出三维模型格式给结构设计专业软件， 经结构专业计算后的三维模型再导入SP3D 软件，保证结构模型与实际相符，达到检查碰撞的效果，如图4 中红色圆球代表碰撞记号。2.3 设备模型搭建
在SP3D 中，设备模型放置可以有以下几种方式：
1） 可以放置SP3D 数据库中已有的参数化设备模型和非参数化设备模型。对于参数化设备模型的修改，可以通过定义设备名称、修改设备的尺寸等标准属性。对于非参数化设备，是用户自定义设备类型，它采用SP3D 提供的多种体形的shape 和设备部件组成一些简易设备的基本外形。2）可以导入外部文件来插入设备外形。如：SP3D支持的.SAT、.DGN 和.DWG 等格式的三维模型的文
件。对于水泥工厂来说，设备种类多而杂。为了更能体现预热器、回转窑和磨机等主机设备的细部特点，一般采用.SAT 格式的设备三维模型导入SP3D 中。图5 为生料磨模型，图6 为预热器模型。

2.4 管道模型建立
对于管道模型的建立，SP3D 的功能是很强大的。在建立管道模型前，应完成管道、管件和阀门等数据库。在管道建模时首先需要充分理解管道的不同属性。在管道模型中，SP3D 的Piping System 将管道属性分为：Pipe Line、Pipe Run、Pipe Feature 和Pipe Parts，其中Pipe Line、Pipe Run 和Pipe Feature 最为常用。Pipe Line 必须设置在Piping System 中。Pipe Line的下一级为Pipe Run， 见图7 中Piping 目录结构。Pipe Line 是由Pipe Run 组成的，一个Pipe Line 可有多个Pipe Run，见图8。

2.5 平面布置图的生成
在完成三维模型后，需要出二维图纸指导现场安装， 设计者在指定出图区域和出图模板后更新图纸，绘图工作由计算机完成。出图完成后，设计者做适当的修改，包括尺寸、标签位置的调整等。图9~图11 为预热器及水泵房的布置。

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2.6 管道ISO 图
管道ISO 图是专门为Piping 设定的图纸，目的是更加形象地指导管道安装。ISO 图的抽取非常简单，只需要选择出图的管线，软件就会自动生成该管线的
ISO 图，生成的图纸上有需要的各种标注信息，图面的右侧信息为材料统计，告诉施工人员管道及管件的描述信息。出完的ISO 图几乎不需要人工修改。

图12为一段管线的ISO 图。

2.7 设备材料统计
材料统计对采购和施工的影响较大，SP3D 对材料的统计功能也非常强大，可以根据项目需求，选择是按车间还是按全厂出材料表， 涉及的项目包括电缆、桥架、钢结构、混凝土、管道和保温等，统计信息准确、简单、高效。
2.8 三维设计项目展示
图13～图15 分别为石灰石堆场、生料磨系统和窑头系统的三维设计项目展示。

3 总结
相对于传统的二维设计，三维工厂设计的设计模式和工作流程将发生巨大变化，对于实施三维设计的公司来说既有挑战也有难得的升级设计模式的机遇。