SmartPlant在三维工程设计中的研究与应用

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摘 要：为了解决二维设计软件无法进行碰撞检查、异地同步设计差、数据安全性差、材料控制差、管理模式不灵活等问题，大庆油田设计院应用smartplant进行三维工程设计，并完成北I-2天然气处理厂项目的三维可视化建模、数据库建立、权限划分等不但解决了上述问题，而且达到了提高工作效率，提高工程设计质量，节约工程设计成本等目的。

关键词：SmartPlant；三维工程设计；材料数据库；生命周期；数字化油田

中图分类号：TP311

SmartPlant是智能化工程设计软件，它可以完成三维工程建模，工艺流程图定制，工程可视化漫游，材料控制等工作。大庆油田设计院为了在竞争激烈的工程设计领域中占有一席之地，同国际化的工程公司接轨，成为国内工程建设总承包的领头羊，满足外部市场需求，大庆油田设计院在应用SmartPlant基础功能前提下研究开发了适用于工程设计领域的应用功能。

1 SmartPlant关键技术研究

SmartPlant是新一代、面向数据、面向对象、规则驱动的三维工程设计软件，使用该软件在三维工程设计中，主要研究开发了如下功能：异地同步设计、数据零距离交互、材料控制、碰撞检查等，它打破了二维设计技术在工厂设计中的局限，最终实现整个工程的立体可视化建模。SmartPlant三维设计与传统二维设计的对比，有以下不同点：

1.1 设计空间不同

二维工程设计只是基于平面设计中，缺少立体感，工程整体效果不明显，而设计人员通过应用SmartPlant三维设计可以更直观的反应工程的整体框架，更容易、更直观地表达其设计意图。

1.2 面向对象不同

SmartPlant三维工程设计中的设备材料等各种数据模型，是带有属性参数，是可视立体化的实体，而二维设计中设备材料只是以点线面的形式存在，往往参数是以标注的形式存在，不直观。

1.3 标识要求不同

传统二维设计材料设备的统计工作基本靠人工完成，对系统、设备、部件等的标识没有具体的要求。但SmartPlant三维设计需要对每个零部件、每个模型都要进行详细设置，依据材料的唯一编码系统自动统计生成材料表，设备表等表单，工程中各区域、各系统、各设备、各部件的标识代码都是唯一的。

1.4 出图方式不同

SmartPlant三维模型理论上可从全方位多角度提取现行二维设计所要出的大部分图纸。还可根据客户或者施工方的要求个性化定制图纸，从简化程序、提高效率的目的出发，管道布置图只需出一张轴测图，将材料表信息也包括在轴测图中。

1.5 视觉效果不同

SmartPlant三维设计可将整个项目直观并且生动的展现在客户的面前，我们不能用几张二维图纸，就期待用户把它们与三维实体建立起联系，越复杂越庞大的项目这种优势就越明显。

2 SmartPlant软件在北I-2天然气处理厂项目的应用

大庆油田设计院不断努力和摸索实践，已经在多个项目中应用SmartPlant3D软件完成工程的三维可视化建模，使用SmartPlantP&ID设计了大量工艺流程图纸，在应用SmartPlant软件方面取得了一定的成果。

大庆油田设计院承接了北I-2天然气处理厂项目，此项目投资由天然气工程与化工、工业建筑、电力、仪表电信、机械、给排水等8个专业30多名设计人员共同完成三维建模，历时3个月时间达到了设计目标，目前该项目已经投入使用，如图1为北I-2天然气处理厂项目三维模型。

图1 为北I-2天然气处理厂项目三维模型

具体工作内容及实施步骤如下：

2.1 工程项目的建立及权限划分

首先由项目经理在SmartPlant3D中创建项目、工厂并划分各专业人员使用权限，根据专业不同划分为8个权限组，再将设计人加入到所属科室权限组中，SmartPlant中的权限设置是系统应用的重要部分，分配了权限的人员只能在自己的权限范围内进行设计，方便设计人员的同时保证了系统的安全性。

2.2 定制材料数据库

根据北I-2项目材料、采标统一规定，通过查找技术规范、API标准库、工程管理标准库、材料设计标准库等50多个标准库，来定制管道材料数据库，共涉及到的阀门，弯头，三通等材料3000多个，每个材料都使用Marian材料管理软件创建唯一编码，并依据材料数据库创建规则，在Marian系统中建立从1.0A1到6.3K1共23个管道等级。

接下来利用材料的唯一编码生成用于SP3D设计用的管道等级表。然后数据库管理经理将管道等级表加载到SP3D后台数据库中。在创建唯一编码时，需要在Marian系统中填写各种数据表，其中比较重要的表单有Group，Part，Object parameter，Geometric Rules等，这些表单包含了材料的类别，几何尺寸，几何规则的属性内容，

最后在每个管道压力等级下，填写要与之建立联系的阀门、弯头、三通等模型的数据表。

目前已经创建了北I-2项目使用的管道压力等级23个，与压力等级相关联的材料设备建模3000多个。

2.3 流程图元件的定制

由于SmartPlant P&ID软件提供的仪表元件标准库不能满足北I-2项目流程图设计的需要，我们需要定制符合项目要求的仪表元件，可灵活的在元件开发工具中完成符合要求的新元件或者对已有元件进行修改，经过多个项目的实施，已经建立了符合设计规范标准的仪表元件200多个，完成工艺流程图90多张。

2.4 数据模型标准化定制

北I-2项目中除了用到SmartPlant3D提供的标准设备模型外，还对项目中遇到的非标准设备进行拼装，即利用标准设备搭建非标准设备，例如火炬区的铁塔就是利用标准设备模型搭建出来的。

我们还可以将标准设备设计出一组模型导入数据库中，例如轻烃罐区的卧式罐，这样就可将卧式罐定制为标准化的模型，在以后设计类似模型时可直接使用。

通过设备的自由搭建可以让三维工程设计软件设计出的非标准设备模型更加的逼真，而标准化设备模型的使用，将极大的减少设计时间，提高工作效率，也可降低图纸错误率并提高绘图准确率。

2.5 SmartPlant3D和SmartPlantP&ID之间实现数据交互

SmartPlant3D和SmartPlantP&ID软件都可对设备的属性或者管道的属性进行参数配置，并通过软件提供的功能将这项属性传递到其他软件中，这样可以有效的避免数据的重复录入，降低数据录入错误率。

2.6 碰撞检查

在SmartPlant3D软件中可对设计的全厂模型进行碰撞检查，可以从中发现各专业模型之间是否存在直接碰撞或者模型之间预留空间是否充足，我们在服务器端设定碰撞检查执行日志，或者是在客户端进行实时的检查，碰撞检查可以将问题暴露在设计阶段，避免了在施工期遇到更大的麻烦，使问题严重化。三维模型的碰撞检查对提高设计质量起到很重要的作用。

2.7 出图和报告

在三维模型中提取任意区域，都可按照需要对该区域提取各管道系统、电缆桥架和布置图。可以方便的生成管道及设备材料清单等，减少了人工统计的工作量，采购人员可根据报告包含中的设备类型、规格和数量、用到材料的材质、尺寸进行采购，这样可以使买到的材料是在出厂前就加工好的，不会在施工现场临时处理。避免了材料的浪费，节约了设计成本。

2.8 三维工厂漫游

SmartPlant Review是用于三维模型渲染的一个理想工具，可根据要求在工厂中设置浏览路径，应用模拟仿真技术对工厂进行真实渲染，能清晰的反应整个工厂的全貌或者局部细节。

通过应用SmartPlant软件对北I-2天然气处理厂项目进行三维可视化建模，缩短了设计周期20多天，提高了设计质量，节省了材料费用200余万，使设计人员在思想意识和设计理念都有了焕然一新的感觉，三维设计更加方便快捷，而且设计成果更加直观。

3 结束语

通过成功的运用SmartPlant软件对油田产能项目的三维可视化设计，标志着大庆油田设计院工程设计水平已经走向一个新阶段，随着更加深入的应用SmartPlant软件，我们将开始研究以SmartPlant Foundation集成平台为核心的，实现各专业软件数据交换与信息管理的三维数字化设计平台，为打造数字化油田，创建国际一流的工程建设公司而努力。

参考文献：

[1]郑午，王智明.三维工厂设计[M].北京：化学工业出版社，2005（02）.

[2]陈立勋，郭锦涌.三维设计基础[M].北京：中国轻工业出版社，2005（05）.

作者简介：靳国锋（1981-），男，黑龙江大庆人，本科，研究方向：计算机应用。

作者单位：大庆油田设计院，黑龙江大庆 163712