關于選礦廠三維設計的認識和應用實踐

徐金光，熊峰，李宏建，張勛，王鑫

(中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

關于選礦廠三維設計的認識和應用實踐

徐金光，熊峰，李宏建，張勛，王鑫

(中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

針對選礦廠設計，對比分析三維設計與二維設計的工作模式，并結合三維設計在選礦廠項目中的應用實踐，和礦漿管道三維設計中存在的問題，探討了選礦廠三維設計應用的最佳方式和改進方向。

選礦廠；三維設計；Bentley軟件；管道建模

隨著礦業開發的國際化發展，礦業投資面臨著越來越多的風險，這促使業主更加關注選礦廠設計效率和質量的提高。選礦廠的設計方式目前仍以二維為主，二維設計在展現細節方面具有一定的優勢，但其效率水平不能得到進一步提高，并會逐漸落后于時代要求。三維設計在軟件、模型、數據和協同設計等方面具有明顯優勢。利用三維設計平臺，可實現集成設計，也可參與碰撞檢查、施工模擬和全生命周期的維護。三維設計表現出比二維設計更高的設計效率，并更能保證設計質量。本文針對選礦廠設計，對比分析三維設計與二維設計的工作模式，并結合三維設計在選礦廠項目中的應用實踐，探討選礦廠三維設計應用的最佳方式和改進方向。

1 選礦廠設計工作模式分析

與以往工程設計“甩圖板”革命有所不同，二維設計到三維設計更新的不僅僅是軟件、模型和數據，而更多的是一種工作流程和模式的變化。

在傳統二維設計中，各專業根據上游專業提交的接口條件進行各自設計，設計成果由各專業匯總而成。工作流程一般是：首先，工藝專業依據相關初始資料確定工藝流程、工藝指標和設備明細，并采用CAD二維軟件繪制設備配置圖、建構筑物聯系圖、設備基礎圖及包含公輔專業信息的圖紙。然后將相關數據和圖紙作為接口條件分別提交給總圖、土建、電力、給排水、技經、報價等公輔專業[1]。上述專業收到接口條件后進行各自設計，同時根據需要彼此互提接口條件。這種工作模式屬于線性流程，其特點是必須等上游專業的工作基本完成后，下游專業才能開展工作；而且一旦出現設計沖突或變更，就必須通過補提接口條件進行修改，造成設計周期長，易出現專業銜接失誤，難免造成項目成本的增加。這種工作模式局限于接口條件和設計人員之間的語言溝通。主要原因是接口條件中的工藝數據不能保證唯一性，一張圖紙不能完全展現所需的設計數據，語言溝通也無法保證信息的高效傳達。例如，在施工圖設計階段，廠房和平臺往往含有許多柱間斜撐和次梁，與設備、管道之間不免出現碰撞；雖然在設計收尾階段會按要求進行“對圖”，但由于圖紙信息不能完全展現，設計人員往往不能做到一一核對[2]。

三維設計模式是在同一平臺、同一模型和同一數據下進行設計，設計人員可實時存儲和發布設計成果。在三維設計中，各專業結合上游專業發布的三維模型和接收的相關工藝數據進行設計；設計成果除說明書需要撰寫外，其他內容基本可通過三維模型自動提取。工作流程可描述為：首先，工藝專業依據相關初始資料確定工藝流程、工藝指標和設備明細，并用三維軟件繪制設備模塊及定義屬性、確定設備配置、粗略搭建所需廠房及平臺等。然后存儲和發布，同時將相關工藝數據提交給相關公輔專業[2]。各專業通過平臺將工藝專業模型參考到各自模型中，結合工藝數據即可進行設計。這種工作模式不完全屬于線性流程，因為各專業是基于同一模型進行設計。其特點是可有效避免設計差錯和設計沖突，專業之間可實現無縫銜接。這種工作模式可擺脫接口條件的局限，接口條件中的工藝數據可在平臺上統一發布，如需修改則即時更新。模型完成后可進行自動碰撞檢查，即對應的是二維設計中的“對圖”工作，不同之處在于三維設計是借助于軟件自動進行的，設計人員僅需對碰撞處進行修改即可[2-3]。在同一平臺和同一模型上進行選礦廠三維設計，可有效降低施工中工程變更的發生率，并把變更控制在設計階段，從而能有效控制整個項目的成本。

2 選礦廠三維設計的應用實踐

目前，在國內較流行的三維設計軟件包括：美國Intergraph公司的PDS及SmartPlant 3D、Bentley公司的PSDS、英國AVEVA公司的PDMS和歐特克公司的PLANT 3D。中國瑞林工程技術有限公司采用Bentley公司的PlantSpace系列軟件和ProjectWise軟件（以下簡稱PW平臺）完成了澳大利亞某銅礦項目和菲律賓某渣選項目的詳細設計工作。PlantSpace系列軟件包括P&ID、工藝設備、建筑、結構、暖通、電力、儀表、管道以及模型干涉檢查和生成管道軸測圖等主要功能模塊。PW平臺則主要支持項目設計、施工和運營時的協同工作及工程信息管理[4]。圖1為PW平臺上的文件結構，其中各文件均設有修改及查看權限，專業設計人員僅能修改本專業內容，并且一處修改，處處即時更新。

按照PBS（產品分解結構）主線，即項目—（系統）—子項—專業，分子項分專業完成了選礦廠各部分的三維建模，然后組裝完成了整個選礦廠的三維模型。以渣選項目的子項磨浮車間為例，工藝專業的單體模型包括設備模型、金屬結構件模型、礦漿管道及支吊架模型等，上述模型構成工藝專業的磨浮車間組裝模型；并與其他專業的三維模型構成完整的磨浮車間，磨浮車間再與其他子項構成完整的渣選廠。圖2所示為渣選項目中工藝專業的磨浮車間組裝模型。

圖1 PW平臺上的項目文件結構

圖2 渣選項目工藝專業的磨浮車間組裝模型

上述項目是在二維設計的基礎上采用三維設計進行管道設計以及碰撞檢查，所以未涉及到完整的三維設計工作模式。關于最終出圖，工藝專業的設備配置圖、設備基礎圖、設備安裝圖、金屬結構件及管道支吊架制造圖仍采用二維設計完成。

3 基于PSDS的礦漿管道三維設計

三維設計的最大特點就是三維管道設計。利用PSDS進行三維管道設計時，前提工作包括：完成工藝PID和設備配置，添加設備屬性和管嘴信息，參考進土建專業的梁、板、柱及給排水、電力等專業的管道和橋架模型，輸入管道管件的定制數據[5]。上述前提條件具備后，設計人員開始布置管道走向和坡度。然后生成管道模型，并添加各類閥門、三通和支吊架等。完成管道建模后，需要進行碰撞檢查，以避免實際安裝時發生干涉問題。管道軸測圖和材料明細均可自動抽取。但由于PID修改、非標管件修改、二維管道的介入及制圖規定等種種原因，難免需手動完善軸測圖和材料明細。隨著三維設計的不斷應用，有望逐漸減少這方面的負面清單。

關于礦漿管道，由于其易磨損的原因，彎頭、三通等管件和直管段均需采用法蘭連接以便于更換；并且由于管道坡度等問題，需要進行非標管件的數據定制。此時應注意以下問題：1）不同管徑的直管段定長。例如碳鋼管，管徑大于DN200時定長為8 m或10 m，管徑在DN100～DN200時定長為6 m，管徑小于DN100時定長為3 m。2）直管段兩端是否自帶法蘭。若不自帶法蘭，則生成管道后需要按直管段定長手動添加成對法蘭及墊片；若自帶法蘭，則生成管道后需要刪除自動生成的直管，然后順序添加直管段及墊片。3）與自帶配對法蘭的設備管嘴連接時，管道連接端不需要添加法蘭，但此處需注明與配對法蘭的焊接。

有關管道支吊架，目前的操作方式仍然是依照已完成的二維制造圖建立支吊架模型，然后放置在相應位置，并在此處添加邏輯點及屬性（支吊架型式、編號、圖集號等）。該支吊架模型僅起到碰撞檢查和示意的作用，不便于定位查看及修改支吊架模型。對此，有望采用專業的支吊架建模軟件，以便于發現碰撞和支撐點不合適的問題，從而提高設計質量，節省設計人工時，創造更高的經濟效益。

4 結論

1）目前，二維和三維并行是最好的設計方式，因為三維設計的發展是一個長期過程，不會一蹴而就。在具體使用時，設計人員需要避開認識誤區，從多個層面清晰了解三維設計是一種工作模式，從而打通實施三維設計的各個環節，創新工作流程，實現更大的商業價值。

2）目前，選礦廠三維設計主要應用在施工圖和詳細設計項目中。對于初步設計和基本設計項目來說，由于該階段出圖量不多，且對模型的干涉碰撞可降低要求，所以有必要采用三維設計方式進行，從而提高設計準確度，并為下一步工作提供更可靠的依據。

3）對于選礦廠三維設計，當工藝專業的組裝模型完成并上傳到協同平臺后，相關公輔專業可以進行查看和參考，從而可減少提交接口條件的工作量，并提高專業銜接方面的工作效率。

[1]曾躍林，劉珊.三維設計技術在選煤廠設計中的綜合應用[J].煤炭加工與綜合利用，2013（S1）：62-67.

[2]涂逸晨.探索三維協同設計之路[M]//北緯華元公司.中國設計院之BIM與建筑信息化.[2015-03-21].http://www.chinabim.com/ news/domestic/258.html.

[3]何關培.BIM在建筑業的位置、評價體系及可能應用[J].土木建筑工程信息技術，2010，2（1）:109-116.

[4]莊葉凱.Bentley三維工廠軟件在工程設計中的應用[J].有色冶金設計與研究，2009，30（6）:108-109.

[5]吉曉輝.管道三維設計及SupportModeler應用[J].科技傳播，2013（6）:219-220.

Understanding and Application Practice of 3D Design in Concentrator

XU Jinguang,XIONG Feng,LI Hongjian,ZHANG Xun,WANG Xin
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

According to design of concentrator,the paper compares and analyzes the difference of work mode between 3D design and 2D design,based on application practice of 3D design in concentrator project,by analyzing the problems existed in 3D design of slurry pipeline based on PSDS,the paper discusses the best mode and improvement direction of 3D design application of the concentrator.

concentrator;3D design;Bentley software;Pipeline modeling

TD928. 1；TP391.41

B

1004-4345(2015)05-0010-02

2015-04-21

徐金光（1982—），男，工程師，主要從事礦山工程設計。