SmartPlant3D的工程化应用

 摘 要：在学习理解SmartPlant3D软件的基本架构、数据库体系和规则的基础上，通
过开展用户化定制、数据库建立、成品输出定制等工作，实现了新一代三维工程设
计软件SmartPlant3D在实际工程设计中的成功应用。与PDS软件相比，SmartPlant3D
的数据库架构不够简洁紧凑，与AutoPLANT软件相比，在设计建模的易用性方面，
二者互有优缺点。1. 背景
东华工程科技股份有限公司具有10年以上的三维软件应用经验，并形成了丰富
的技术储备,我们采用AutoPLANT完成的工程项目已达上百个，采用PDS完成的工程项目亦有数十个。
由于受AutoPLANT软件架构的局限以及软件商的制约，该软件难以进一步深
化应用，管理功能也难以拓展。由于PDS软件是30年前开发的产品，其软件体系早已不适应当今计算机技术的发展要求。为此，我们必须寻求采用新技术的三维软件作为公司三维工程化技术的发展平台，以利于工程信息化的长期可持续发展。
2. SmartPlant3D应用
2.1 软件的先期学习和掌握在SmartPlant3D软件投入实际工程应用之前，我们组织了一个由多专业人员参加的，针对小型装置的导航项目的学习培
训，旨在通过完整的导航项目应用，全面学习SmartPlant3D的基本功能，了解软件服务端、客户端、命名服务器、文件服务器、批处理服务器等的安装、配置和网络通讯，掌握该软件的基本架构、数据库体系和规则。在导航项目运行过程中，根据实际需要，完成必要的用户化定制，为软件的实际工程化应用做好先期准备。
2.2 项目应用配置
2011年，SmartPlant3D软件以多专业协同模式在实际工程项目中开始应用。
针对项目的工作内容和专业人员工作分解情况，在SmartPlant3D中完成了项目
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，使工作便捷的同时又充分保证了安全。
将AutoCAD格式的总图经过一定的处理后，加载到SmartPlant3D中，以便结构
和设备建模时的捕捉定位。
SmartPlant3D在进行管道建模时，必须先建立管线系统。若在SmartPlant3D
中逐一输入，不仅效率相对较低，且不易统一规则。为此，将有关的Excel管线表处理后，一次性导入加载到管线系统中，显著提高了工作效率。利用批处理和计划任务工具，定期自动进行项目的备份和模型浏览文件的生成，掌握工作项目的各种恢复方式，保证了三维工程项目的安全进行。
SmartPlant3D具有两种碰撞检查模式：服务端的全面碰撞检查和工作过程中
的即时碰撞检查。服务端的全面碰撞检查是对整个项目进行完整的碰撞检查并生成报告，通过碰撞检查报告，便于在模型定位时对碰撞点进行检查。开启即时碰撞检查后，在工作过程中发生的碰撞可即时显示出来，提醒设计者及时进行调整和修改。但即时碰撞检查功能对系统资源占用较大，从而影响计算机的运行速度。
2.3 数据库建立和用户化定制
由于实际工程项目大多采用中国标准，涉及到SH、GB以及HG标准，出现碳
钢、不锈钢材质、钢衬里等多种材质，牵涉到DN15~DN1000各种壁厚的管子和管件，以及各种形式的法兰、阀门、特殊件和仪表元件等，因此，所有数据库需要全部新建。
2.3.1 规则定制和数据库建立根据公司标准材料码规则和格式以及相应的工程规则要求，对数据库的规则表单（Codelist）进行用户化定制，使其与标准材料码相关字段的内容、格式和表述方式相一致，形成统一在公司材料码规则下的标准化格式。数据库规则表单的定制需要系统化的考虑，涉及到数据库的信息化管理、数据调用方式的确定、数据间的属性关联、成品输出的定制等诸多方面。基于用户化定制规则，应建立相应的中国标准数据库。我们自定义了多种特殊件及仪表元件并成功应用；根据国内工程习惯建立了若干规格类型的桥架数据库，加载了中国标准的型钢标准库。该软件原始默认的都是ANSI标准，
因此，当工程项目应用中放置参数化设备时，其管接口默认的是ANSI标准，设计者需要多步操作才能将其切换为项目使用的中国标准管口。为此，要对有关的参数化设备数据文件进行修改，将项目使用的中国标准管口设置为默认方式，在方便了使用的同时，也降低了因选择不当而出现问题的几率。
2.3.2 软件开发
材料码数据库的建设是一件工作量巨大而又极难检查错误的工作。为此，我们正在开发程序，为设计者提供工作界面，完成带材料码的等级表，同时，自动生成相关的Sm a r t P l a n t 3 D 等级库（Specification）、材料码元件库（Catalog）以及材料描述库（MaterialDescription Data）。有关的软件主体功能
开发已基本完成。该软件的应用，将极大提高三维建库的效率和质量，并简化了数
据库的维护。
2.4 三维模型设计
在统一的规则架构和权限约定下，管道布置、结构、仪表、电气、水道等各专业工程设计人员，统一在SmartPlant3D平台下开展项目的工程设计。完成了包括标准设备和非标准设备在内的所有工艺设备模型的建立（共348台），完成了全部的管道设计，包括：规格DN15～DN1000的管线2240根，管子总长约4.2×104m，阀门5668个，管件28894个。结构设计人员采用将PKPM计算结果导入SmartPlant3D和直接在SmartPlant3D中建模两种模式，完成了轴网、柱、框架梁、次梁、支撑、框架柱基础、设备基础、楼板、楼梯、栏杆和设备支架的结构建模。电气、仪表工程设计人员完成了仪表桥架和电气桥架的三维模型设计（参见图1）。
2.5 报表和成品出图
首先定制SmartPlant3D所需格式的公司图框文件，再按公司规则对管道布置
图、管道轴测图进行用户化定制。管道布置图包括：用户化定制管线号的标识方式、管架的符号图示和管架号的标识、设备位号、设备管口号、特殊件号、仪表位号的标识方式、各种不同元素的线型、粗细和颜色区分等（参见图2）。
管道轴测图包括：按公司标准的材料表格式定制轴测图的材料表，用颜色和线
形粗细区分不同规格范围的管道，不同种类元件的ISO图示，伴热、保温的不同标识等。
各种材料报表包括：基本掌握三维模型生成各种二维成品图和报表的工作方法。通过定制及编程，完成了从SmartPlant3D模型中自动生成公司报表格式的管道安装材料表、管道综合材料表、管道绝热安装一览表、管道防腐蚀一览表等多种报表的定制（参见图3）。
已完成的工程项目共生成输出轴测图3173张、布置图288张、材料表534张。
3. 存在问题
一是SmartPlant3D的数据库架构不够精简，冗余数据量大，造成数据库的建
立和维护工作量巨大。如果能将材质、壁厚属性放在Piping Commodity Filter表单中，以元件标准和元件类别关联Catalog，则数据量会大大下降。
二是软件对计算机的硬件要求比较高，显卡的兼容性问题较多。