OPM 三維軟件在工藝管道設計中的應用

王祥如

（上海市機電設計研究院有限公司，上海 200040）

在國內以二維平面設計和交付為主的今天，二維設計存在的弊端也日益顯現。建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱BIM）設計技術以其特有的優勢，可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等優勢，在建筑、電力、石化和水利等方向得到廣泛應用[1]。各大設計院在發展BIM 的同時，也在進行數字化交付技術的探索[2-3]。

三維模型是對物理工廠的虛擬可視化表達，其涵蓋設備模型、管道模型、建筑模型、結構模型、電氣模型和儀表模型，具體包括設備外形、接口、管道管件及附屬儀表、建筑外形、路面、梯子、平臺、電纜和橋架等物理工廠的實物對象模型。根據專業分類，每個專業僅設計工廠模型中的一部分，并最終拼接成一個完整的工廠模型。可以說三維模型的建立使得工廠更加可視化、簡單化、模塊化，其他交付數據庫有了載體和依托。

目前，BIM 設計軟件主要有Autodesk 公司的Revit建筑、結構和設備軟件，Bentley 公司的OBD 建筑、結構和設備軟件，Bentley 工業設計（石油、化工、電力和醫藥等）和基礎設施（道路、橋梁、市政和水利等）系列軟件，以及Graphisoft 公司的ArchiCAD 軟件。不同公司的軟件在架構上非常類似，但又各有其特點，并存在很多不同之處[4]。利用Bentley 公司的OpenPlant Modeler CONNECT Edition（簡稱OPM）軟件可以進行動力、水工、化水和消防專業的管道三維建模及二維出圖工作。

1 設計中遇到的難題

在OPM 工藝管道設計過程中遇到了兩大難題。

一是目前OPM 不提供中國標準的元件庫（Catalogs），而且軟件自身帶有的元件庫只有部分美標體系，沒有可用于國內的管道元件庫、等級庫（Specs）。元件庫顧名思義即涵蓋了管道三維設計所需要的各種組件（鋼管、管件、閥門和法蘭等）參數信息，而等級庫就是適用于某一項目的元件庫。等級庫可以由元件庫按照某些篩選規則得到。沒有元件庫或等級庫，管道三維設計是進行不下去的，因此，元件庫的建立至關重要。所以需要制定自己的元件庫，為后續項目篩選等級庫奠定基礎。

二是OPM 是國外軟件，在國內適用性還達不到國內工程標準要求。比如一些管線號、管道標高、保溫、儀表位號、尺寸標注、壓力等級和支吊架完全是美標等國外標準，如要繪制出管道軸測圖，其默認的圖紙格式排版（字體樣式、標注樣式、圖層、圖例表達和圖框等）與我國制圖要求完全不同。

其他BIM 軟件也會存在類似問題[5-8]。受制于上面兩大難題，三維管道設計工作難以展開。研究旨在解決上述問題，研究OPM 出圖技術與流程，結合工程制圖的特點及難點，通過二次開發設計OPM 軟件，實現自動出圖，提高軟件的通過性和易用性。

2 軟件二次開發

利用OpenPlant Isometrics Manager CONNECT Edition（簡稱OPIM）軟件及樣式配置根目錄文件進行管道軸測圖的管理及出圖工作；利用OpenPlant Project Administrator CONNECT Edition（簡稱OPPA）進行管道、設備屬性的添加和修改，各種報表的定制及元件庫擴充。

這就需要對OPM、OPIM、OPPA 軟件操作熟練，對其架構有一定的了解，掌握軟件編程知識、規則，修改腳本解決上面問題。

2.1 建立元件庫、等級庫

按照國家標準里的數據建立了元件庫，包含了鋼管（PIPE）、管法蘭連接用緊固件（FASTENERS，六角頭螺栓、等長雙頭螺柱及與之對應的六角螺母、大六角螺母）、墊片（GASKET）、三通（TEE）、四通（CROSSES）、彎頭（ELBOW）、大小頭（REDUCER）、管法蘭（FLANGE）、管帽（MISC_FIT）、法蘭連接類型的閥門（VALVFL）、對焊連接類型的閥門（VALVBW）、控制（調節）閥門（VLVCNTFL）、安全閥門（VLVRELFL）、化工管道過濾器系列（STRAINER）和閥門執行機構（TOPWORKS）這15 種類型（超過20 萬行數據），如圖1 所示。

管道外徑和壁厚按照GB/T 17395—2008《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》標準建立庫，包含了GB3087—2008《低中壓鍋爐用無縫鋼管》、GB/T 3091—2015《低壓流體輸送用焊接鋼管》、GB/T 5310—2017《高壓鍋爐用無縫鋼管》、GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》、GB/T 12771—2008《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》和GB/T 14976—2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》標準。

管法蘭連接用緊固件按照GB/T 9125—2010《管法蘭連接用緊固件》標準建立庫，包含GB/T 5782—2000《六角頭螺栓》、GB 901—88《等長雙頭螺柱B級》、GB/T 6170—2015《1 型六角螺母》標準。

墊片按照GB/T 4622.2—2003《纏繞式墊片管法蘭用墊片尺寸》、GB/T 9126—2008《管法蘭用非金屬平墊片尺寸》、HG/T 20607—2009《鋼制管法蘭用聚四氟乙烯包覆墊片（PN 系列）》、HG/T 20609—2009《鋼制管法蘭用金屬包覆墊片（PN 系列）》、HG/T 20610—2009《鋼制管法蘭用纏繞式墊片（PN 系列）》、HG/T 20606—2009《鋼制管法蘭用非金屬平墊片（PN 系列）》和HG/T 20612—2009《鋼制管法蘭用金屬環形墊（PN 系列）》標準建立庫。

三通、四通、彎頭、大小頭和管帽按照GB/T 12459—2017《鋼制對焊管件類型與參數》標準建立庫。

管法蘭按照GB/T 9112～GB/T 9124—2010、HG/T 20592—2009《鋼制管法蘭（PN 系列）》標準建立庫。

閥門按照工業出版社出版的《閥門產品樣本（第3版）（上下冊）》數據建立庫，包含各種類型的閥門（球閥、閘閥、止回閥、截止閥、蝶閥、隔膜閥、調節閥和安全閥）與不同的連接方式（法蘭連接、對夾連接、對焊連接）。

過濾器按照HG/T 21637—2021《化工管道過濾器系列》標準建立庫，包含Y 形過濾器、T 形過濾器、錐形過濾器和籃式過濾器。

為了便于輸入和處理龐大的數據，先在EXCEL 里完成數據的輸入，再通過ACCESS 軟件轉化為“.mdb”格式文件，再經過OPPA 軟件賦予SYS_ID 列數據，至此元件庫建立完成。

2.2 設置圖層管線

圖層管線配置的主要內容是創建圖層和介質并使其相互關聯，不同介質對應不同圖層、不同顏色的三維管道，這樣在新建管線時，只需要選擇介質名稱（Service），就可以在繪制管道時自動對應圖層和顏色。

圖2 為全部設置完成后的樣式，使用不同介質可繪制不同顏色的管道，當鼠標放到管道上時，會顯示管道對應的圖層，即管道內介質種類。

圖2 設置完成后的樣式

2.3 增添和編輯屬性

利用OPPA 管理員工具的“Class Editor”模塊，在OPM 軟件內新建了一些屬性，這些屬性在圖中及出圖中可以自動讀取并顯示。

①在閥門屬性里添加KKS 編碼及備注屬性，如圖3（a）所示；②管道保溫參數屬性，如圖3（b）所示；③管道油漆參數屬性，如圖3（c）所示；④設備制造商等屬性，如圖3（d）所示。除了這些，其他屬性可以根據需要再添加和修改。

圖3 配置的屬性

2.4 定制材料報表

傳統兩維設計在材料統計上存在困難，統計材料時依靠人工，難免會出錯（尤其是在圖紙較多，較復雜情況下）。通過定制材料報表，可以直接從三維模型中讀取材料信息，生成材料報表，極大提高了準確率，節約了時間。

管線號材料報表和總的材料報表這2 種報表，管線號材料報表以每條管線號為總，顯示每條管線號包含的管道、管件、閥門、法蘭、墊片和螺栓等信息，如圖4（a）所示，總的材料報表如圖4（b）所示，指的是某一模型文件中全部的材料，其中每列標題及內容都可以定制。

圖4 不同的材料報表形式

2.5 定制參數化模型

由于OPM 軟件里自帶的閥門模型和設備模型精細程度不足以滿足數字化設計的要求，導致繪制不精確，違背了數字孿生的宗旨，同時還會對模型碰撞檢查產生很大影響，因此利用參數化模型定制功能，實現了閥門和設備的定制化設計，大大提高了模型的精準度。

對于閥門而言，僅僅進行參數化建模還不夠，還要將定制好的參數化閥門模型與OPM 等級庫連接起來，將定制的模型加入進OPM 軟件閥門模型類中，使其真正具有閥門屬性，同時方便在繪制過程中能夠快速選擇。參數化閥門定制成果如圖5 所示。

圖5 參數化閥門定制成果

2.6 定制軸測圖出圖

軟件自帶的出軸測圖效果如圖6 所示，從圖6 可以看出不需要的信息有很多，左側是軸測圖圖面信息（顯得很亂），右上側是材料清單，分為預制材料和現場材料，右下側是各根鋼管的信息，與國內制圖要求有很大差距，而且只有A2 的圖面，所以需要定制。

圖6 軟件自身出軸測圖一覽

利用OPIM 軟件及腳本文件對軸測圖圖面設置，使其盡量滿足制圖要求（管道安裝圖統一規定）。主要進行了閥門圖例設置、圖框設置、材料報表設置和支吊架形式設置等。材料報表設置由于編寫的代碼中如果有中文，軟件不能識別，會以“？”的形式表示，所以，目前還不能將主要設備及材料表按組件種類分類統計顯示。

軟件內部閥門圖例符號與統一要求符號有差別，需要定制圖例符號（包括球閥、閘閥、截止閥、止回閥、蝶閥、Y 形過濾器和T 形過濾器等）。以蝶閥為例，如圖7 所示。

圖7 閥門圖例對比

圖框設置主要是將圖框參考進來和圖框右下角信息設置，包括項目名稱、子項目名稱及專業名稱、圖紙名稱、設計階段、版次、圖號及日期，在出圖前手動填入信息（除了日期不需手動填入），出圖時這些信息會自動填入該相應區域范圍內。圖8 表示出圖后圖框信息（供參考）。

圖8 圖框信息

支吊架形式設置顯示管道軸測圖支吊架位置及類型，如圖9 所示。

圖9 支吊架形式

以某一冊施工圖壓縮空氣管道為例，定制完成設置后出圖的圖面一覽，如圖10 所示，圖幅為A1 和A4，左側是軸測圖區域，左上角為北向標（一張A1），右側為主要設備及材料表（一張A4），如果一張A4 寫不下，會自動寫到下一張A4 上（圖11）。右側的主要設備及材料表也可放置在軸測圖圖面里（除去A4 圖框），圖面不僅有這些，還定制了A0、A2、A3 圖框。

圖11 主要設備及材料表滿自動加載到新的表

2.7 定制保溫、油漆清冊

保溫、油漆清冊的定制依賴于管道保溫、油漆屬性的添加。與材料報表類似，保溫、油漆清冊也分管線號報表和總的報表，由于本管道按照設計要求不需保溫，為了展示，就加上了保溫，如圖12 所示。

圖12 保溫、油漆清冊

2.8 定制閥門清冊

閥門清冊的定制依賴于閥門屬性的建立，定制效果如圖13 所示。

圖13 閥門清冊

3 結論

通過對Bentley 軟件OPM 進行元件庫的擴充及二次開發，提高了管線模型的精準度，提高標注速度，提升出圖效率及材料統計的精準度，并成功應用到項目的施工圖工作。與建筑、結構、電氣和暖通等專業三維協同設計，實時審視項目總體布局，改進項目方案，更加合理地規劃設備、管線布置，將問題在設計階段解決，有利于提高施工效率，降低施工成本。最終各專業三維模型整合，不單單可以進行碰撞檢測、施工模擬，而且對于進一步研究數字化交付，數字化工廠具有重要意義，最終使得項目建設更加規范、系統、高效。

在二次開發過程中發現，如果一個三維管道模型文件中有多段沒有連接的管道（不連續管道），那么生成報表中相同鋼管的長度不是總長度，這是軟件自身原因，目前還沒得到解決（已反饋給Bentley 公司），這點需要注意，還需手動來統計相同鋼管總長度。