三維配管軟件在醫藥化工設計中的應用

王文鑫 顏虎 許啟超

1. 山東省醫藥工業設計院有限公司 山東 濟南 250000

2. 上海漢智工程設計與顧問有限公司 上海 200000

引言

醫藥化工行業我國經濟體系中的重要一員，更是保障人民身體健康、改善各類疾病患者身體問題，提升人民群眾生活品質，確保社會和諧發展的重中之重。醫藥化工行業更代表著一個國家的科技力量和醫學藥學實力。由此可見，醫藥化工相關的工程設計，其重要性不言而喻。在科技不斷進步的當下時代，三維配管軟件自誕生以來不斷更新發展，在醫藥化工工程設計領域得到了廣泛的應用，得到無數學者和設計人員的認可，大幅度提升了設計的精準度、效率和整體質量，為醫藥化工的發展提供著源源不斷的動力。

1 三維配管軟件介紹

目前世界領先的三維工程設計類軟件開發商，其產品種類豐富繁多，較為常見的有：

英國AVEVA公司開發的PDMS軟件、瑞典鷹圖公司開發的SmartPlant 3D軟件、CAD worx Plant Professional軟件、美國Autodesk公司開發的AutoCAD Plant 3D、3DS MAX、德國Bentley公司開發的Auto Plant Piping。

以上三維配管軟件彼此之間都有著自己的優勢和特點，供各個行業、不同深度設計人員的使用。

1.1 PDSoft 3DPiping簡介

北京中科輔龍計算機技術股份有限公司是國內最早研發三維配管軟件的公司，PDSoft 3DPiping是其打造的三維工廠管道設計與管理系統。由于是國內開發的，更加注重本土化，對使用者更有親和力。研發之初就是基于國人的設計標準和習慣，軟件操作符合國內客戶的設計習慣，用戶易于掌握。

PDSoft是一個較為全面且智能化的電子計算機設計、工程設計軟件，通過PDSoft軟件的合理應用，能夠實現設計成果的最優化，該軟件可以大幅度縮減工程設計的成本造價，減少費用，提升產值。同時，也能有效縮減風險，達到風險的有效防范，保留各項具備價值的數據。

PDSoft能夠創建流程工廠中的建筑、結構、設備、管道、儀表、電纜橋架等可視化、信息化三維模型，同時提供強大的只能化的三維模型編輯、碰撞檢查、設計規則檢查、數據一致性檢查等功能，自動生成并自動標注平立剖面圖、ISO圖以及客戶個性化的材料報表，勝任管道專業的設計要求。

PDSoft共有3個子系統和6個功能模塊，其中3個子系統有工程數據庫管理（EDB）、圖形庫管理（Gmanager）及表格模板定制（TempEdit）；6個功能模塊有三維建模（Model）、ISO圖自動生成（ISOGEN）、平立剖面圖生成（PlanGEN）、材料統計（BOMGEN）、消隱（Hiding）、渲染（Shading）。

1.2 PDSoft數據庫

PDSoft軟件當中的核心是對管道的設計，而PDSoft的數據庫又是實施管道設計的前提與基礎，數據中心的合理設置是確保軟件可以正常運行工作的保障，關乎整個醫療化工項目設計，乃至項目整體的成功與失敗。其融括項目的全部規范及標準，包含所有管道材料等級表當中的管道材料、配件、閥門等等元件。數據中心構建的準確性能夠以最直接的形式影響模型建立的質量，也會影響材料匯總的精準度。

2 PDSoft在醫藥化工設計中的合理運用

2.1 數據庫的構建

對于醫藥化工工程的設計工作來說，設計人員必須充分明確具體工程的設計規范及標準，繼而構建管道等級庫與管道元件庫[1]。PDSoft軟件具備相對健全完善的規范元件庫與管道等級文件，包含了GB、HG、SY等一系列的國內規范標準，及ASME、ANSI、DIN、JIS等歐美主流標準。對于特殊要求或非標準件，設計人員可進行增加和修改，自定義工程項目管道等級文件及元件中心。

材料等級庫方面，主要包括兩點。第一，材料等級文件定義每一種材料等級的具體名稱、代碼、溫度臨界表、壓力臨界表、腐蝕裕度等一系列內容；第二，管道配件材料定義文件可以定義一種材料等級所需要用到的全部管件屬性。

管件物理尺寸庫方面，可以定義所有管道配件，例如閥門的長度和寬度等等。每一個管件所需的格式與表格均能夠在相關參考書籍當中查詢到。在組合管件程序庫方面，這一數據庫對連續放置多個管件的程序進行了定義。例如，放置閥組能夠定義一個放置閥組組合管件程序，輸入命令便能夠將閥組整體放置完成。

PDSoft根據設計溫度、設計壓力、介質性質來確定材料、管道壁厚、法蘭類型、閥門及附件類型，并將其分類成不同等級[2]。編入同一等級的管道使用相同材質、型號或形式的管子、閥門和附件，這樣可以統一各種管道的設計要求，而且可以用簡潔的方式在圖紙上表達各種必要的信息。

2.2 數據庫數據的管理

相對機械等領域，PDSoft屬于規模較大的工程項目設計的軟件，因此必須要確保數據的完整和安全。依照每一個項目的差異性要求，把各種不同的等級文件存儲在同一項目指定的文件夾里面。在需要進行一個全新的項目設計的時候，設計人員能夠依照項目基本要求，合理選擇與之相應的等級文件儲存在指定的文件夾里面，繼而有效避免由于人員操作問題而導致的全部等級文件損壞。全部等級庫的文件存儲在服務器的另外一個邏輯盤當中，只有軟件管理員才可以對其進行訪問。

2.3 設備的模型建立

PDSoft軟件當中配有建模模塊，設計人員能夠利用搭積木形式生成設計所需的各類容器與設備，如換熱器、泵、管道等等。設計人員對設備尺寸的定義，比如設備筒身的寬度、長度，設備管道的半徑和方位，設備支架的高度等等的定義，均能夠高質量、高速率的對工程項目所需設備實施模型建立。通過PDSoft軟件設計完成的各類設備，可以該軟件獨特的形式儲存為擴展名為GLE的電子文檔，在接下來的結構模型建立完成之后，能夠以參照的形式把各個不同的設備導入到模型設計文件當中。設計人員在PDSoft中對設備模型文件實施更改，修改完成以后的設備在接下來的管道建模過程中便可以生成。

容器、反應釜、換熱器、塔器等當代醫藥化工領域非常常用的設備。PDSoft軟件自帶了非常多的設備模型，設計人員可以根據項目中設備的具體尺寸要求，通過簡單的幾個參數的調整來得到所需尺寸的設備模型并快速導入到模型設計文件中。

2.4 管道的模型建立

不同于國外軟件煩冗的導入程序（管道模型建立以前，需要把項目前期構建的數據文件全部導入到該項目的項目文件當中），在設備模型的基礎之上，設計人員可隨時進行管道模型的建立[3]。設計人員在建立管道數據庫，對相應管道的等級、壁厚等基本數據實施準確的定義之后，便可以通過搭積木的形式開始繪制，生成準確的管道模型。在管道拐彎的時候，軟件能夠自動增添彎頭、法蘭等一系列必備元件，整個模型的構建非常方便、快捷，對于復雜管道線路設計繪制來說具有較大價值，能夠提升管道設計的質量和效率，省去大量人工成本，也能減少人工設計的遺漏和失誤，更加準確地統計工程建設的整體成本費用。

2.5 建筑物等其他相關模型的建立

醫藥化工項目的建筑物設計分兩部分：一部分是土建專業根據設備及管道的荷載要求設計的建筑和結構組件，另一部分是管道安裝所需要考慮的一些支吊架、平臺、樓梯。建筑物設計需要體現的其他一些元素，PDSoft軟件也均能滿足，包括軸網、框架結構、樓板及開孔、樓梯、欄桿、墻及門窗等。

由于建構筑物是為完成工藝目的來進行配套的，因此以上組件模型與設備模型、管道模型不在同一層，而是在做完模型后通過插入的方式引入后者的模型。另一方面，我們也可以將別的軟件制作的建筑模型、暖通風管模型等（如天正建筑、天正暖通做出的模型）插入到我們的設備管道模型中，即提升了工作效率，也體現了專業軟件做專業工作的精神。

2.6 碰撞檢測

醫藥化工工程設計的特點是，建筑、結構模型復雜，工藝、給排水、電氣、暖通等各專業管道相對煩瑣復雜，管道線路繁多且長度較大。故其配管工作必須詳細且精準，不可以有任何差錯，必須盡可能地防止非必要的碰撞出現，反之則會影響整個工程的設計質量，延誤工期、提高成本[4]。PDSoft軟件針對設計人員的上述需求，配備了智能化的碰撞檢驗模塊，在設備和各專業管道線路模型構建完成之后，可以以動態化、實時化的形式自動實時進行管道/設備、管道/結構等的碰撞檢測，在檢測工作完成以后，如果存在非必要性碰撞，便會自動彈出碰撞警示，便于工程設計人員及時發現錯誤，并對錯誤采取相應的整改措施，提升其工作質量和效率。

2.7 出圖

在醫藥化工工程的管道模型構建完畢后，PDSoft軟件可以自動為設計人員生成軸測圖、立面圖與剖面圖。設計人員可以依據生成內容的差異性，選擇PDSoft軟件當中不同大小的圖框[5]。對于較長管道的軸側圖，PDSoft還可以自動將管道分段呈現在多張圖紙中并分別進行材料統計，從而避免圖紙描述不清的問題。不過，因為醫藥化工工程普遍設計難度較大，管道線路煩瑣復雜，其所生成的管道平面圖相對于實際的出圖標準可能仍然存在一些差距，不可避免的需要設計人員進行后續一系列的圖紙優化處理工作。

2.8 材料報告

在一個工程項目的管道模型建立完畢以后，設計人員可以在PDSoft軟件的材料統計模塊中進行材料的匯總與統計，軟件可以依照設計數據庫的具體數據，并按照材料報告格式文件的基本要求，以自動化的方式快速生成文本形式的材料統計報告[6]。材料匯總的過程當中，可以依照本工程項目的實際需求生成全裝置、分模型、分區的材料統計。甚至單根管道的材料也可以獨立呈現。設計人員可以根據本單位或業主方的具體要求調整材料統計表格模板并按其要求生成相應表格。其方式極為靈活快捷，匯總材料的整體工作簡單便捷。

3 結束語

綜上所述，三維軟模型設計方法是當今世界流程工廠設計領域的一種趨勢，其優點已在實際工程中得到體現。在眾多三維配管設計軟件當中，PDSoft整體性能雖然算不上最優秀，但是特點顯著：界面友好、操作便捷簡單、易于掌握、靈活多樣、本土性強；工程數據庫標準齊全；編輯功能強大；表格定制靈活。因此越來越多醫藥化工工程設計領域人員開始使用PDSoft。通過PDSoft軟件，能夠有效提升醫藥化工工程設計的質量和效率，減少不必要的成本與人力資源浪費，確保工期，為設計人員提供便捷的服務。