選礦廠工藝管道三維設計軟件的二次開發及應用

（中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430064）

1 選礦廠生產管道設計現狀

選礦廠生產管道根據管道的材質分為耐磨管、鋼制管道。耐磨管是根據生產管道設計圖紙在耐磨管生產廠家預制后運到安裝現場進行安裝，如果設計的耐磨管在現場安裝的過程中出現碰撞、交叉等問題需要調整時，必須在廠家重新生產后再運到現場，這就必然增加生產運輸成本，嚴重影響工期；鋼制管道是根據生產管道設計圖紙在現場對鋼制管材進行切割、焊接、安裝，如果設計情況與現場不相符，造成碰撞、影響行走等問題，就需要將已安裝的鋼制管道廢除，重新進行安裝，這就造成了管材的浪費，安裝進度的延期，人工費用的增加。選礦廠主廠房內布置著近百條管道，彼此交錯，如果沒有一個強有力的軟件，將很難設計出既經濟又滿足要求的生產管道。

傳統的生產管道設計，采用較多的設計軟件是AutoCAD。它是一款經典的以平面設計為主的二維設計軟件，表達的是物體在同一平面上的投影關系，對三維空間表達能力較弱。對于簡單的生產管道系統設計，AutoCAD軟件操作方便，投影關系清晰；但是近年來隨著工程項目規模變大，生產管道系統越來越復雜，AutoCAD軟件在生產管道設計的能力明顯不足。

2 管道三維設計軟件的選取

基于AutoCAD軟件在目前選礦廠生產管道設計中的不足，引用三維軟件設計顯得非常必要。目前常用的三維設計軟件有PRO/E，UG，SolidWorks等，從使用的實用性，方便性，準確性出發，選擇了性價比高，市場使用廣泛的SolidWorks軟件進行管道三維設計及管道標準數據庫的二次開發。

SolidWorks是一款功能強大、使用廣泛、兼容性好、費用較低的三維設計軟件，已經在機械制造、石油化工、礦化工等行業得到了大量應用，并取得了很好的效果。SolidWorks軟件針對管道設計特點，開發了管道設計專用模塊Routing。如果將SolidWorks軟件應用到選礦廠生產管道的設計，應該能夠快速提高管道設計質量和設計效率。

3 管道三維設計軟件數據庫的二次開發

SolidWorks軟件功能的實現需要豐富的模型數據庫的支持，SolidWorks軟件自身提供的模型數據庫與生產管道設計的要求有很大的差距，主要表現在以下幾方面：

（1）適合選礦廠三維設計應用的工藝設備及構筑物模型屬于空白；

（2）數據庫中模型的種類少，數量少，例如閥門數據庫中的模型只有球閥，缺少蝶閥，閘閥模型，同時球閥的模型也只有幾個直徑等級的模型，遠遠不能滿足設計的需要；

（3）模型數據庫的模型是以美標，德標為設計標準的模型，以我國國標為設計標準的模型少之又少；

（4）選礦廠設備中非標件類型多，數量多，例如溜槽，平臺，攪拌桶等非標件都需要自建數據庫；

基于以上SolidWorks軟件數據庫的不足，需要我們對SolidWorks軟件的模型數據庫進行二次開發，設計出符合我國國標要求，能應用到選礦廠管道設計。

3.1 主廠房模型數據庫的開發

選礦廠主廠房多采用鋼結構和鋼混結構，主要構件包括梁，柱，樓面，窗等。選礦廠主廠房模型數據庫的開發設計，以土建專業出版的廠房建筑和結構圖為基礎，建立了H型鋼，方鋼，圓鋼，工字鋼，角鋼，槽鋼等模型數據庫。

3.2 管件模型數據庫的二次開發

管件模型數據庫包括法蘭模型數據庫，異徑管模型數據庫、彎頭模型數據庫、閥門模型數據庫、三通模型數據庫、管卡模型數據庫等，管件模型庫設計選用以下標準：1）鍍鋅鋼管、無縫鋼管（GB8163），卷焊鋼管（SY/T5037）；2）法蘭、異徑管、彎頭、三通、管卡（《給水排水標準圖集》）。

3.3 選礦廠設備模型數據庫的開發

選礦廠設備包括礦泥水設備，洗選設備和各種溜槽；選礦廠設備模型數據庫可以分為：泵類設備模型數據庫、洗選設備模型數據庫、溜槽設備模型數據庫、非標模型數據庫等四大類。

4 管道三維設計軟件的應用

管道模型數據庫二次開發完成后，將進行管道三維設計軟件的應用。以內蒙古巴彥高勒礦井選礦廠項目為模型進行工藝管道的三維設計，該項目是一個年入洗500萬噸原礦的洗礦廠，其主要工藝是150～13（25）mm級塊礦采用淺槽分選。

4.1 選礦廠主廠房模型的設計

巴彥高勒礦井選礦廠主廠房模型的建立，以土建專業出版的廠房建筑圖和結構圖為基礎；通過Solidworks軟件建模后如圖1所示。

圖1 選礦廠生產管道模型

4.2 選礦廠生產管道模型的設計

主廠房內工藝管道數量較多，為了便于管理、設計、查找和修改，對工藝管道進行編號；以實體模型面為設計參考，先進行耐磨自流管道的設計，然后進行耐磨壓力管道的設計，接著進行鋼制管道的自流管道的設計，最后依次進行壓力中礦泥水管道、清水管道、空氣管道的設計。以脫介篩篩下合格介質耐磨管為例介紹生產管道設計。

（1）管道起始點、終止點的定位。利用配合關系將管道法蘭定位在脫介篩篩下為起始點，將管道法蘭定位在合格介質桶上為終止點；

（2）在主廠房模型內繪制管道的3D草圖作為管道的路徑；

（3）在Routing模式下進行脫介篩篩下合格介質管道的設計，管道以步驟2中的3D草圖為路徑，彎頭、管道、法蘭自動添加；

（4）修改管道時，只需修改步驟2中的3D草圖，Routing模式下的管道隨著3D草圖自動修改。

耐磨管道經過上述步驟設計后，經過碰撞檢查、行走檢查，將有問題的管道進行優化，重新設計后的管道如圖2所示。

圖2 重新設計后的管道圖

5 結語

我們經過對該軟件的應用及基本數據庫的二次開發后，在內蒙古巴彥高勒礦井選礦廠主廠房生產管道的設計中，取得了以下應用效果。

（1）通過碰撞檢查、行走檢查，減少了多條管道的碰撞及管道與設備，管道與梁的碰撞，提高了設計圖紙的質量，避免了現場管道的修改；

（2）縮短了修改圖紙的時間，加快了設計進度。在傳統設計模式下，修改單條管道，進行相關線路的調整，至少需要2到3天的時間，而現在只需1到2天，時間節省了一半；

（3）材料統計更準確，采用SolidWorks軟件設計，可以自動更新材料表，減少錯誤率，保障管道設計圖紙與現場安裝一致。

如果在后續的使用和研究中，開發出其他功能，同時將其推廣到其他相關專業，實現工程設計全過程的三維化，必將更大的提高工程項目的整體設計質量和設計效率，創造更多的工程價值。