Smart 3D 與CADWorx 在設計中的應用比較

沈延順 高 妍 李雅翔

（天華化工機械及自動化研究設計院有限公司）

Smart 3D是一個先進的智能工廠設計軟件，由Intergraph公司推出， 采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL和Oracle為基礎數(shù)據(jù)平臺，它是真正的以數(shù)據(jù)為中心的工廠建模環(huán)境，由設備、管道、結構、電氣、暖通、支吊架以及圖紙報告等模塊組成，是先進的三維工廠設計系統(tǒng)之一。

CADWorx也由Intergraph公司研發(fā)， 是基于AutoCAD平臺的一款完全兼容AutoCAD命令的三維工廠設計軟件，廣泛應用于化工、環(huán)保及醫(yī)藥等行業(yè)［1］。

傳統(tǒng)的二維設計提資工作量較大，圖紙二次轉(zhuǎn)化效率較低且出錯率較高，出圖和材料統(tǒng)計任務量很大， 三維設計可最大限度地減少設計錯誤，提高整體的設計水平和效率［2］。在化工工程項目設計中，Smart 3D和CADWorx有各自的優(yōu)勢，筆者基于Smart 3D 2016版與CADWorx 2015版在工程項目中的設計進行對比。

1 軟件概況與數(shù)據(jù)結構

Smart 3D采用商業(yè)數(shù)據(jù)庫Microsoft SQL和Oracle為基礎數(shù)據(jù)平臺，基于服務器—管理員客戶端—建模客戶端模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動圖形、域環(huán)境協(xié)同設計完成整個工程設計與管理。 軟件的所有設計都以數(shù)據(jù)的形式實時通過網(wǎng)絡在服務器上進行讀寫，保證了客戶端不需要很高的配置即可完成設計工作。

CADWorx基于AutoCAD平臺， 是以圖形為核心、管道元件庫和管道等級庫等數(shù)據(jù)為輔助的模式實現(xiàn)三維設計。 CADWorx并不能實現(xiàn)多專業(yè)、多人員同時完成一個工廠化的設計。

2 項目管理和設計協(xié)同

Smart 3D軟件的讀寫儲存都在后臺的服務器上完成， 為了保證客戶端多個專業(yè)多個人員協(xié)同設計， 軟件在項目管理方面的工作保證了數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。 首先軟件通過域環(huán)境給所有管理人員、設計人員分配獨有的賬號，以區(qū)別同公司的軟件使用者與非使用者。 其次，軟件給項目管理人員獨立出了Project Management軟件和Bulkload Reference Data軟件， 前者用于項目的建立、 權限分配， 后者用于設計數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的交互。 Smart 3D項目的權限分配層次如圖1所示。

圖1 某項目Smart 3D的權限分配層次

Smart 3D軟件的設計界面中也建立項目的System，通過工程、裝置區(qū)、單元、專業(yè)等System進行具體裝置的管理。 Smart 3D的System層次結構如圖2所示。

圖2 某項目Smart 3D的System層次結構

CADWorx軟件不帶有任何項目管理功能，需要設計人員人為管理工作， 可以dwg文件的名稱實現(xiàn)具體設備、管道及結構等專業(yè)的區(qū)分，以文件夾實現(xiàn)裝置區(qū)的區(qū)分。 CADWorx模型文件管理如圖3所示。 CADWorx是單機軟件類型，所以不能實現(xiàn)實際意義上的協(xié)同工作，只能通過具體設計人員設計不同單元區(qū)域最終整體組合的方式實現(xiàn)裝置區(qū)設計。

圖3 某項目CADWorx的模型文件管理

通過比較，可以明顯看出在項目管理和設計協(xié)同方面，Smart 3D更加優(yōu)秀。

3 設備建模

Smart 3D軟件通過參數(shù)化設備、 參數(shù)化零部件、幾何體搭建及導入接口等方法實現(xiàn)設備的建模，并且外部接口可以實現(xiàn)幾乎所有機械設計軟件的模型導入，幫助建模人員將設計中心放在更為重要的方面。

CADWorx軟件帶有Equipment模塊，此模塊采用的是軸向幾何體搭建的方法進行設備建模，雖然幾何體可以移動處理，但當設備條件發(fā)生一點變化， 所有的幾何體將回歸至軸向方向。 因為CADWorx 軟件是基于AutoCAD 平臺的，所以Equipment模塊不能實現(xiàn)的部分可以使用Auto-CAD實現(xiàn)。 CADWorx軟件也可以實現(xiàn)機械設計軟件導出的dwg文件的導入，完成設備建模，但軟件是通過圖形驅(qū)動設計工作，所以若使用外部導入的設備模型，會使設計文件過大，圖形驅(qū)動硬件負荷增大，導致計算機卡頓和死機。

另外，Smart 3D會智能區(qū)分設備本體的碰撞和設備與外部的碰撞， 從而實現(xiàn)真實碰撞檢查。而CADWorx軟件通過圖形的重疊區(qū)別碰撞與否，所以設備本體自身的這種無關設計的碰撞，軟件也會報錯，從而督促設計人員將設備建模完全細化，當然設計人員也可關閉軟件的碰撞檢查。

4 管道設計

在實際工程項目設計過程中，管道設計是工作量最大、周期最長、調(diào)整最頻繁，同時也是產(chǎn)生問題最多的環(huán)節(jié)［2］。

Smart 3D 管道系統(tǒng)分級層次如圖4 所示。Smart 3D軟件通過Piping設計模塊和Support設計模塊完成管道的設計， 通過Piping system—Pipeline—Piping run—Piping feature—Piping part實現(xiàn)對管道系統(tǒng)的分級，讓設計人員可以輕松地完成設計、查找及修改等工作。 軟件內(nèi)置彎頭/彎管選用規(guī)則、開支管規(guī)則（三通/支管/焊接管座）、最短管道規(guī)則、法蘭偏移規(guī)則、焊縫寬度規(guī)則、螺栓選用規(guī)則、螺母選用規(guī)則及墊片選用規(guī)則等設計驅(qū)動規(guī)則，幫助設計人員完成設計。

圖4 某項目Smart 3D的管道系統(tǒng)分級層次

CADWorx軟件也內(nèi)置Piping設計模塊， 但只有Pipeline一個分級，不能很好地完成檢查、修改等工作。CADWorx軟件的管道系統(tǒng)分級層次如圖5所示。 同樣的CADWorx可以使用AutoCAD自身的命令輔助完成管道設計工作，但也因此，導致同一Pipeline下的數(shù)據(jù)一致性被破壞，只能手動調(diào)整和自我識別。

Smart 3D管道設計保證了設計工作的準確性， 不會存在各種不必要的差錯， 但不及CADWorx的靈活性。

5 其他模塊設計

Smart 3D軟件內(nèi)置了柱網(wǎng)設計， 這是CADWorx軟件沒有的，但可以通過繪制直線完成此工作。 由于Smart 3D可以通過后臺強大數(shù)據(jù)庫的支持，讓所有模型在設計期間建立關聯(lián)關系，例如所有的結構柱與柱網(wǎng)關聯(lián)，結構梁與柱和柱網(wǎng)關聯(lián)， 這樣就保證了當其中一個設計發(fā)生變化時，其余有關聯(lián)關系的設計都將發(fā)生相應的變化，因此減輕了設計人員逐個修改的工作量，也減少了出錯。

Smart 3D軟件還內(nèi)置了電氣儀表、暖通、管道支吊架設計模塊，這些設計模塊是CADWorx沒有的或者是完全不能比擬的，并且通過項目系統(tǒng)管理和內(nèi)置設計的模塊，同樣可以完成總圖、消防、給排水、電氣及電信等專業(yè)的設計工作。

Smart 3D軟件高度開放， 開發(fā)人員還可以通過VB和.NET編程輔助各個專業(yè)設計工作。

6 出圖與報表

因Smart 3D和CADWorx均為Intergraph公司的產(chǎn)品，所以內(nèi)置的ISOGEN軟件工作原理相同，管道軸測圖設計完全相同。

CADWorx還可以通過BOX壓制生成平面圖紙和Excel文件的材料報表，但需要大量的手動處理和統(tǒng)計工作，并將處理結構與公司的相應成品文件模板組合從而形成最終設計文件。

Smart 3D軟件由于高度開放， 可以通過管理人員根據(jù)公司所有成品文件的模板定制Smart 3D的出圖與報表的格式，通過定制工作，后期設計完成后，不再需要設計人員進行任何處理工作軟件就可以直接生成最終成品文件。

7 結束語

通過比較分析可以得知，對于需要多個專業(yè)、多個設計人員協(xié)同工作， 且項目規(guī)模大的設計工作宜采用Smart 3D進行設計；項目簡單，專業(yè)交叉較少或少量建模人員能夠完成的設計宜采用CADWorx完成。 考慮產(chǎn)品的采購、后期維護、培訓及二次開發(fā)等費用， 從項目的投資回報率來看，CADWorx是小型項目開展三維設計的首選。 因此，設計單位要結合自身單位的特點、項目設計規(guī)模、項目需求及投資回報等多個方面，選擇合適的三維建模設計軟件，高質(zhì)量地完成設計工作。