PDMS在埋地重力流管網(wǎng)設計中的開發(fā)應用

2014-02-20 15:25:42 作者: 來源:第一幕墻收集整理【大中小】我要評論（0）

摘要：本文介紹了在石油化工裝置設計過程中，如何利用三維設計軟PDMS實現(xiàn)埋地重力流管網(wǎng)的三維設計，并使用PML語言對其元件庫、ISODraft、Draft以及材料報表模塊進行二次開發(fā)，從而提高地下管道的設計效率和設計質量。

關鍵詞：埋地重力流管網(wǎng)；PDMS；二次開發(fā)；元件庫；Draft；PML

隨著計算機技術的不斷進步和設計理念的不斷提升，在今天石油化工裝置的設計過程中，越來越傾向于借助三維設計軟件進行設計、施工和驗收。目前國際上比較流行的兩大三維設計軟件分別是鷹圖（INTERGRAPH）的PDS（PLANT DESIGN SYSTEM）和AVEVE公司的PDMS（PLANT DESIGN MANGERMENT SYSTEM），兩者雖開發(fā)平臺不同，但其中心理念都是數(shù)據(jù)的集成：縱向貫穿石化裝置的設計、施工、生產(chǎn)維護等整個生命周期的各類數(shù)據(jù)，橫向貫穿參與設計、施工、采購、驗收、生產(chǎn)的各個專業(yè)及各個參與方的協(xié)同數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)了數(shù)字化工廠的理念。在過去的10多年里，我們通過軟件的引進和應用開發(fā)，實現(xiàn)了地上裝置的三維設計，但鑒于埋地重力流管網(wǎng)設計與施工的特殊性，一直沒有實現(xiàn)三維設計，下文將講述如何在PDMS平臺下實現(xiàn)埋地重力流管網(wǎng)的三維設計。

1 開發(fā)背景

1.1 開發(fā)需求

石油化工裝置地下鋪設的管道包括壓力流和重力流；埋地重力流管道包括生產(chǎn)污水、生活污水和雨水等。制約埋地重力流管道設計的因素較多，如地理環(huán)境、地上設備和管道的規(guī)劃、大口徑地上管道的支撐點、振動管道的地面支撐點、設備和構架基礎、埋地壓力流管道和電纜的位置、管道坡度、施工因素和地下空間等。埋地管道一般隨基礎、電纜溝一起開挖、施工、防滲和覆土�，F(xiàn)場實踐證明使用二維CAD進行埋地重力流管網(wǎng)設計，不可避免地造成大量的錯、漏、碰、缺等問題，由于地下管道交叉嚴重，防腐補口要求高且施工困難，一旦發(fā)生設計變更就會造成人力和財力的很大浪費，同時二維CAD設計也不能滿足數(shù)字化工廠的需要。隨著石化裝置的日益大型化和數(shù)字工廠的建設，此矛盾越來越突出，迫切需要解決。

1.2 PDMS簡介

PDMS是由英國CADCENTRE（現(xiàn)AVEVA）公司開發(fā)研制的面向數(shù)據(jù)型大型工廠設計管理系統(tǒng)。通過圖形平臺，實現(xiàn)全比例三維實體建模，所見即所得；通過網(wǎng)絡實現(xiàn)多專業(yè)實時協(xié)同設計，模擬真實的現(xiàn)場環(huán)境，建立一個詳細的3D數(shù)字工廠模型；交互設計過程中，實時三維碰撞檢查，自動地在元件和各專業(yè)設計之間進行碰撞檢查，保證設計成果的空間正確性；擁有獨立的數(shù)據(jù)庫結構，元件和設備信息全部可以存儲在參數(shù)化的元件庫和設備庫中，不依賴第三方數(shù)據(jù)庫；開放的開發(fā)環(huán)境，為用戶的二次開發(fā)提供了良好的平臺。

1.3 PML簡介

PML是指AVEVA Programmable Macro Language，是PDMS內(nèi)置的開發(fā)語言，隨著PDMS的升級，PML語言共經(jīng)歷了PML、PML2、PML .Net三個時代。

PML更像是PDMS命令的集合，功能強大，與PDMS無縫連接，同時具有簡化的用戶界面（GUI）。在管子創(chuàng)建、部件創(chuàng)建修改等許多方面都能方便的開發(fā)，PDMS自身的很多功能也是使用PML編寫的。

PML2是PML的升級和加強，是基于面向對象的解釋型語言，而不是面向對象的語言。因為面向對象的語言支持類、繼承、多態(tài)的概念，而PML2不支持繼承，但是可以對象組合。PML2中的對象（Objects）有成員變量和成員函數(shù)，即屬性和方法，使得PML語言更加規(guī)范。

PML .Net是PML與.Net技術的融合，可以通過PML語言調(diào)用.Net語言編譯的DLL文件，擴大了PML的應用范圍，方便了與外部程序的溝通。

2 開發(fā)過程

2.1 編碼的確定

編碼即物質編碼或材料編碼，是PDMS及其他三維設計軟件數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)管理的主線，同樣也是管道材料規(guī)范化管理的必經(jīng)之路。由于以往的分工、技術和標準不完善等原因，造成了埋地重力流管道材料編碼并未納入管道材料編碼的范疇，隨著國內(nèi)設計、制造標準的完善和工程設計規(guī)范要求的加強，給埋地重力流管道編碼成為可能和必然。埋地重力流管道材料種類多、管件型式復雜、連接形式變化多樣，部分標準中的管徑系列、壓力等級系列與石化標準、美國標準都不能兼容，同時還存在著未納入國家和行業(yè)標準的公司級標準圖集等內(nèi)容，因此根據(jù)材質和用途，將材料編碼分為三類：C類，主要包括鑄鐵管子、管件；U類，主要包括塑料（襯塑）管子、管件；M類，無法歸類的特殊管子、管件，如地漏、清掃口等。根據(jù)材料編碼規(guī)則，將設計標準、材質標準、連接形式、壓力等級、特殊要求等信息以編碼的形式組合成唯一的標識碼，如圖示：

2.2 元件庫的開發(fā)

2.2.1元件庫是PDMS模型的基礎，是管道材料設計標準的外在體現(xiàn)，決定了管子、管件在模型中以何種形狀出現(xiàn)、在管段圖（ISODraft）和平面圖（Draft）中的形狀與標注方法，同時也是等級庫的根源所在。

根據(jù)編碼的分類和設計依據(jù)，管道元件的元件庫主要采用以下幾個標準：

GB/T 13295 水及燃氣管道用球墨鑄鐵管、管件和附件

CJ/T 189 鋼絲網(wǎng)骨架塑料（聚乙烯）復合材料管材及管件

GB/T 10002.1 給水用硬聚氯乙烯（PVC_U)管材

GB/T 10002.2 給水用硬聚氯乙烯（PVC_U)管件

GB/T 5836.1 建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材

GB/T 5836.2 建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管件

2.2.2為了方便開發(fā)與建模，對元件做以下約定：

1）在能夠表達外形的前提下，盡可能將元件的外形簡化，方便建模；

2）元件的GTYPE（Generic Type）、SKEY（Symbol Key）、連接形式盡量向已有的形式靠近，減少自定義的內(nèi)容，提高兼容性；

3）對于承插焊、插接、熱熔、粘結等形式，根據(jù)目前的應用深度，統(tǒng)一歸為承插焊（SWF）連接類型；

4）元件庫中同時添加變長管（TUBE）和定長管（FTUBE）兩種管道，既能滿足鑄鐵、水泥管分段生產(chǎn)的特性，也能滿足較短管道的布置；

2.2.3 創(chuàng)建元件：

1）首先定義數(shù)據(jù)集（Data Set），數(shù)據(jù)集是構成元件外形參數(shù)的集合，公稱直徑是必要的參數(shù)，其他參數(shù)根據(jù)外形的要求添加；

2）第二步定義點集（Point Set），根據(jù)元件的SKEY，確定要使用的點的個數(shù)和各個點的功能，具有連接屬性的點就需要定義管徑和連接形式，參考點用來方便構造元件外形；

3）第三步定義形集（Geometry），依據(jù)元件的外形和點集的設置，使用圓柱體、正方體、球體等基本體進行外形的構建，如果需要更加形象，可以使用負實體進行開孔開洞等；

4）第四步在Category中輸入元件各管徑對應的數(shù)值；

5）第五步如果此元件有螺栓，應在螺栓集（Bolt Set）中定義或關聯(lián)螺栓表；

6）最后生成完整的元件，如下圖

2.3 ISODraft的定制開發(fā)

由于元件庫創(chuàng)建時基本上使用的都是已有的SKEY，因此對于PDMS提供的的ISODraft樣式不需要進行過多的定制，就能滿足需求，只需要在以下方面進行改進：

1）為了使軸測圖顯示更多的管道信息，便于現(xiàn)場埋地重力流管道的施工，將軸測圖的圖紙幅面定義為A2；

2）為了與ISO圖風格一致，將軸測圖Material List定制在圖紙右側；

3）將需要的管道信息如溫度、壓力等輸出到指定的位置；

4）為方便設計建模，單個裝置使用的是設計坐標系統(tǒng)，即將PDMS的坐標原點作為裝置的坐標原點，但是埋地重力流管道一般以工廠坐標作進行定位，在不改變模型坐標的情況下，將ISO圖和軸測圖輸出坐標轉換為工廠坐標。在模型中創(chuàng)建一個設備(EQUI)且命名為“PLANT_ZERO”，將其坐標定義為工廠坐標的反向坐標，然后在設置文件的Annotation選項中，將Origin Coordinates 更改為 “ID Name”選項，且ID Name For Origin設置為“EQUI PLANT_ZERO”，經(jīng)測試輸出坐標為工廠坐標，如下圖：

2.4 Draft模塊的二次開發(fā)

Draft模塊的開發(fā)是此次開發(fā)的重點和難點。以往的埋地重力流管道圖紙只包含平面圖，不能完整地表達埋地重力流管網(wǎng)的整體布置和具體的管件連接。ISODraft模塊生成的軸測圖完美解決了管件的連接問題，使用Draft模塊的功能和PML語言進行二次開發(fā)，生成埋地重力流管道軸測圖，更好地指導現(xiàn)場施工和驗收。

2.4.1首先要先清楚需要開發(fā)出什么樣的軸測圖，圖面的標注、標示等信息應達到什么樣的深度，通過深入討論，形成了如下共識：

1）軸測圖不是平面圖也不是通常意義的ISO圖，不需要詳盡的表達連接方式、間隔尺寸等細節(jié)問題，要著重體現(xiàn)埋地重力流管道網(wǎng)絡體系的連接情況，因此對尺寸標注、元件標示的詳細程度要求較低；

2）圖面應充分表達各管線之間、井與井之間的連接關系、地上管線與地下管線的連接關系，以及裝置與裝置、裝置與管網(wǎng)之間的連接關系；

3）圖面應表達漏斗、地漏、清掃口的標高信息；

4）應體現(xiàn)關鍵的彎頭點標高信息，方便計算傾斜管道鋪設的起止點標高；

5）應體現(xiàn)井與管道接口的標高、方位，以及接口套管的數(shù)量；

6）應體現(xiàn)井蓋的方位。

2.4.2為了實現(xiàn)軸測圖預想的功能，在Draft出圖時對以下方面做了配置和開發(fā)：

1）將管道號按照分支（BRAN）的頭（HEAD）進行管號標注，為了避免圖面太雜亂，將管道用序號進行標示，然后在圖中生成序號與管號的對照表，根據(jù)分支的頭尾連接關系，很容易查詢管道的連接關系；

2）使用PML編程，對軸測方向上的管道進行尺寸標注，間距小于500mm的標注將被省略；

3）使用PML編程對漏斗、地漏、清掃口進行標高標注；

4）給特殊位置的彎頭添加自定義屬性(UDA)，如“:SETPOINT”，在使用PML編程時，所有屬性值為“Y”的彎頭，進行標高標注；

5）為了表達管道與井的連接關系和接口的標高，使用設備（EQUI）為井建模，與管道的接口使用對焊（BWD）形式的管嘴（NOZZ）進行建模，這樣管道與井的接口就會體現(xiàn)在軸測圖中，再使用PML編程將接口的標高、方位生成列表；每個接口對應一個套管，將套管按直徑進行匯總；

6）使用管嘴（NOZZ）為井蓋進行建模，命名時使用特殊命名，如包含“JG”特殊字符，與其他接口區(qū)別開，再使用PML編程獲取其相對于井本體的方位角度，一并列入接口表，如圖二所示；最終的軸測圖效果如圖一所示（由于本文圖幅限制，僅體現(xiàn)了局部）。

圖一軸測圖

圖二井口表

2.4.3部分代碼

1）創(chuàng)建管道數(shù)組

var !pipes append coll all pipe within $!limit for $!Idname

do !n index !pipes

!pipename = namn of $!pipes[$!n]

!str = '$!n,$!pipename'

!list.append(!str)

解釋：在管道列表（!ldname）中尋找在空間!limit內(nèi)的管道，添加到數(shù)組!pipes中，然后取出每個管道的名字!pipename，再將管道序號!n和管道號形成對應關系，追加到數(shù)組!list中。

2）創(chuàng)建需要標注的漏斗、清掃口、地漏數(shù)組

var !memb coll all bran mem for $!brans[$!m]

do !mem value !mems

!dtxr = dtxr of $!mem

if(mat(!dtxr,'漏斗') gt 0 or mat(!dtxr,'清掃口') gt 0 or mat(!dtxr,'地漏') gt 0)then

!memcoll.append(!mem)

解釋：遍歷分支（BRAN）中的每個成員，當描述中含有漏斗、清掃口、地漏時，將其添加到數(shù)組!memcoll中。

3）創(chuàng)建需要標注標高的UDA彎頭數(shù)組

var !elems coll all elbo with (:setpoint eq 'Y') for $!bran

do !elem value !elems

!epos = p0pos of $!elem

var !name '$!elem'

!epose = !epos.east

!eposn = !epos.north

!eposu = !epos.up

解釋：將分支（BRAN）中:setPoint屬性為“Y”的彎頭創(chuàng)建為一個數(shù)組!elems，遍歷每個彎頭，將彎頭的X、Y、Z坐標分別提取出來，便于生成標高標注。

4）創(chuàng)建井口表及井蓋數(shù)組

var !nozzs coll all nozz for $!equi

do !nozz value !nozzs

……

if(mat(!nozzname.part(3,'/'),'JG') gt 0)then

!desc = '井蓋'

解釋：將設備（EQUI）中所有NOZZ創(chuàng)建為一個數(shù)組!nozzs，遍歷每個管嘴，將管嘴的X、Y、Z坐標分別提取出來，并將含有“JG”的管嘴標示為井蓋。

2.5 材料報表的定制開發(fā)

PDMS自身帶有材料統(tǒng)計功能，但是其內(nèi)容與格式并不能滿足出版要求，AVEVA中國開發(fā)團隊很早就認識到這個問題，在其開發(fā)的工具集（Tookit）里面，加入了管道材料統(tǒng)計功能，生成一個*.CSV的材料表文件，基本滿足出版要求。為了使材料表更容易閱讀和檢查，我們又使用Visual Basic語言，根據(jù)編碼進行了分類匯總，生成最終的材料表。

3 改進與完善

通過我們對元件庫、等級庫、ISODraft模塊、Draft的開發(fā)和設置，已經(jīng)能生成滿足施工需要的埋地重力流管道軸測圖，很大程度上減少了錯漏碰缺的問題，且一定程度上解決了設計質量與施工進度的沖突，但由于對PDMS還不是很了解，且PML編程水平有限，在以下方面還有改進的空間：

1）由于使用Draft模塊的切圖功能，不能形象的了解切圖區(qū)域，只能不斷嘗試，滿足圖面和圖框的要求，下一步可以設法從Design 模塊中切圖，然后再到Draft模塊中處理；

2）Draft模塊生成的圖紙，導出為DWG文件時，中文文字會出現(xiàn)亂碼，需要解決；

3）管道比較復雜時，尺寸標注、標高標注、管號標注比較密集，會出現(xiàn)交叉重疊的現(xiàn)象，導致圖面較亂，需要進一步解決。

4）為了盡快在工程項目中使用，在開發(fā)中忽略了一些數(shù)據(jù)的真實性，如連接形式的歸類、Skey的代用，都是此開發(fā)的瑕疵，需要在以后的維護中逐漸更正。

作者簡介：

宋繼偉高級工程師，中國石油工程建設公司華東設計分公司副總工程師

地址：山東省青島市市南區(qū)華嚴路2號

郵編：266001

參考文獻:

1. PDMS隨機文檔《Software Customisation Guide》