機電管路三維設計之ABC

田永生

摘 要：在工程設計中，如何保證在有限的空間合理布置大量管道和設備，是機電專業關注的重大問題。當前，CAD技術已經愈發成熟和先進，工程設計已有過去的二維設計全面向三維設計邁進。相比于傳統的二維平面設計，三維設計有其獨特的優勢和當下需要改善的方面。本文針對目前市場上主流的三維設計平臺進行分析和比較，設計人員可以取各自優點為設計所用。

關鍵詞：三維設計；管道；CAD技術

一、概述

隨著計算機技術的發展，CAD技術也應運而生。在CAD技術的發展過程中出現許多三維設計軟件產品，其中有多專業通用設計軟件，也有獨立專業設計軟件。機電專業的設計往往需要基于水工、建筑、結構等專業，因此在一個設計機構在進行協同設計時，選用設計工具時候需要考慮多專業需求。當前，能夠相對全面滿足全專業的是三家公司的三個平臺，分別為：

A——Autodesk，Autodesk是世界領先的設計軟件和數字內容創建公司，全球最大的二維、三維設計和工程軟件公司，為制造業、工程建設行業、基礎設施業以及傳媒娛樂業提供卓越的數字化設計和工程軟件服務和解決方案。

B——Bentley；Bentley 公司是一家全球領先企業，致力于提供全面的可持續性基礎設施軟件解決方案。該公司的使命就是提高他們的項目績效，以及他們所設計、建造和運營的資產的性能。Bentley 通過幫助基礎設施行業充分利用信息技術、學習、最佳實踐和全球協作以及推動專注于這項重要工作的職業人的發展，為基礎設施行業提供長久支持。

C——CATIA；CATIA 是法國達索（Dassault System）公司共同推出的CAD/CAE/CAM軟件，CATIA是達索公司的產品開發旗艦解決方案。飛機、汽車等行業設計翹楚，機械行業的王牌設計軟件。CATIA具有強大的知識工程和參數化建模的功能，并允許用戶自由和開放式的建立自己的標準件庫。

二、平臺比較

三維設計各軟件是相關聯的，機電管路往往需要基于建筑，水工等基礎專業來設計，故而，平臺比較需要從平臺綜合性和專業性兩方面進行。

（一）平臺綜合功能性

所謂綜合整體性比較，主要是比較基礎平臺的和基于基礎平臺多軟件組合來完成設計任務的全面性和便利性，以及格式的兼容性和普及性。

A——Autodesk，Autodesk公司主要平臺為AutoCAD，默認格式DWG，是目前設計行業二維圖紙的標準格式。無論Autodesk公司還是其他公司的設計軟件，都兼容此格式。Autodesk公司開發或收購了上百款軟件，可以提供各行業設計解決方案；同時，Autodesk在CAD市場占有率多年保持第一。

AutoCAD軟件自身可以提供三維設計建模功能，功能一般，提供有限參數功能。Autodesk公司旗下三維設計軟件還有Civil 3D、Inventor和Revit等等，雖然幾個軟件面對專業不同，都可以完成三維設計工作。Revit等軟件里可以方便的進行參數化設計；并且可以賦予模型的實際屬性信息。Autodesk致力于提供所有專業的CAD技術，但是每個專業軟件并不能很好集成和互相兼容，無法和AutoCAD這一基礎軟件很好的集成，是一個缺點。 Autodesk當前提供的解決辦法是開發接口程序進行模型轉換，信息有一定的損失，隨著技術的進步，未來肯定會更好的解決此問題。

B——Bentley，Bentley公司主要平臺軟件為Microstation，默認格式DGN，工程設計中第二大標準，同時和Autodesk公司簽署了相互認證協議，相互可以直接打開；DGN變相的成為了設計行業標準格式，用戶不用擔心成果交付問題，貌似不起眼的事兒對于市場推廣非常重要。

Microstation，三維設計功能強大，也可以提供參數化功能，參數化功能不強。基于Microstation，Bentley公司開發和打包了面向不同行業的軟件包，有Building系列、Plant系列、Civil系列和Geospatial系列等；每個系列包含幾款軟件，Building系列包括Bentley Architecture和Bentley Structural等，所有軟件都是基于DGN格式；各專業軟件建立的模型包含屬性信息，可以很好滿足設計需求。另外，針對參數化設計，Bentley推出了GC。Bentley圍繞Microstation的基礎平臺可以很好解決全行業全生命周期設計需求。

C——CATIA，CATIA采用模塊化定制，全模塊CATIA可以滿足各行各業設計需求，本身就是一個完整軟件，專業整合最好，但文件格式無法被其他軟件直接打開和編輯。如果對模型進行分析或者導入其他軟件使用，CATIA支持一些接口來輸出模型，如stp格式和igs格式等等。

CATIA最初用與設計有大量復雜曲面的飛機和輪船等。CATIA平臺里集成了眾多專業應用模塊組，如基礎設計、機械設計、設備與系統和知識工程等十幾個模塊組，每個模塊組又包含多個具體的功能模塊，各模塊組的功能模塊可以組合使用，三維建模能力非常強，并且是原生的三維設計平臺。除了強大的曲面建模能力，CATIA另一種王牌功能就是參數化和知識工程。設計過程中，通過參數化和模板等功能，CATIA的模型復用和適應能力對設計人員是非常大的幫助，也是效率的保證。

（二）機電專業功能性

機電專業主要有大量的管路和設備需要設計和布置，三維設計平臺都有相應的軟件或者模塊來完成專業工作。當下最流行和通用的三個平臺ABC，在機電專業都有相應的解決方案。

A平臺軟件眾多，多個軟件都可以完成管路設計，此處以Revit為例。無論Revit還是AutoCAD，都一個顯著特點，包含“屬性”面板，在屬性面板上顯示圖元的相關屬性，顏色、線性和圖層等屬性；且屬性面板自帶編輯屬性按鈕，可以對圖元的項和屬性值進行修改。Revit里自帶了管道、管道占位符和管路附件等功能，可以通過點擊相應的功能按鈕來進行建模設計。Revit自帶許多管道的模板（Revit里稱之為族，以下稱族），可以方便的調用和修改族，來快速實例化建模，完成的模型不僅是幾何三維的，并且每個模型圖元都帶有實際屬性，如管道屬于水油氣哪個系統，口徑多大，彎頭標準，管材密度以及流速等等，列表中沒有的屬性可以手動添加，還可以自行修改其數值。設計過程中，軟件會自動捕捉相連接管件的屬性進行下一步設計，方便快捷，設計完成后可以輸出各種BOM表和文檔，也可以快速輸出平立剖圖紙。目前在建筑領域應用非常廣泛。

B平臺在工程設計中使用非常廣泛，也有多款軟件可以完成機電管路設計，其中管道設計最成熟的軟件當屬PSDS。PSDS操作方式同Microstation一致，方便設計人員上手。PSDS中可以進行各種管道設計，并且進行參數化，可以輸出各種BOM表和文檔，出圖也相當方便，各種平立剖圖紙甚至軸測圖都可以快速輸出，實際效果很好。PSDS還有一個特點，參數化的管道基于SQL數據庫，通過安裝SQL Server對數據庫可以進行管理和保護。目前工程領域應用不錯。

C平臺過去主要應用于飛機、輪船等機械設計，當然，飛機上也有很多管道，所以CATIA里包含有設備與系統模塊組，其中的管路設計可以滿足專業需求。CATIAV5版本里管路設計模塊定制了一套管道系統，通過軟件自帶功能就可以快速進行專業設計。但是，V5版里管道設計模塊的定制是基于后臺控制文件，而非數據庫，使用起來稍有不便，但是可以通過強大的參數化和模板功能來自定義管道。可以輸出材料表等功能，圖紙可以另存為DWG文件。當前主要應用于機械行業內。

三、平臺綜合評價

當前，三維設計已經推廣開來，但是并沒有一個統一交付標準，市面上各種平臺都有使用，各個平臺也各有優缺點，

1）A平臺有最廣泛的應用基礎，二維圖紙的交付標準，這都是得天獨厚的優勢；Revit軟件是當前建筑領域的No1，伴隨著BIM概念的認可，Autodesk和Revit也將繼續在這個行業里稱霸。鑒于當前依然以二維圖紙交付為準，Autodesk依然會有很強的競爭力，但是其軟件過多，整合度不夠，未來可能制約其發展。

2）B平臺軟件整合不錯，格式與DWG相兼容，工程設計行業綜合應用最好，參數化功能相對較弱，雖然近幾年在此方向做了不少努力，依然是其一個短板。

3）C平臺軟件整合最好，軟件建模功能最強大，但是其默認格式不夠通用，同時，平臺主要應用于飛機等機械行業，針對國內的開發和定制不足，這些都是不足之處。

綜合的看，當前各平臺和軟件都能完成相關任務，只是難易之別。同時考慮整體性，設計人員是否喜歡主要依據所處的行業。