三维设计在浓缩车间工程设计中的应用

三维设计在浓缩车间工程设计中的应用

侯晓博

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司湖北武汉430064

摘要：三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，通过构建出“可视化”的数字模型，将设计目标在计算机中立体化展现，在优化设计、降低设计和建设成本以及效果展示等方面具有相当大的优势。文章以SolidWorks三维软件在宁夏王洼煤业有限公司王洼600万吨/年选煤厂浓缩车间工程设计中应用，为三维设计在相似工程设计提供基本思路和方案。

关键词：三维设计、浓缩车间、应用

1.概述

三维设计在提高工程设计效率，工程设计质量，降低设计和建设成本方面，以及三维动态演示方面等几方面的优点[1]，已经在多个行业应用。Solidworks作为一款功能强大、易学易用的三维设计软件在机械、模具等方面应用广泛，在工程设计应用中，正在逐步展开。本文应用此软件于宁夏王洼煤业有限公司王洼600万吨/年选煤厂浓缩车间设计中，为三维设计在相似设计工程提供一些参考和思路。王洼600万吨/年选煤厂浓缩车间首次采用双层浓缩池，利用软件在事故水池容积核算，事故水泵凹水槽设计，浓缩池入料管入浓缩池和溢流管出溢流堰复核设计，管道设计等方面发挥了巨大的作用，设计促进施工，在王洼选煤厂浓缩车间施工过程无一发生管道变更，其系统工程荣获2015-2016年度煤炭行业优质工程奖。

2．浓缩车间三维设计

2.1构建标高和轴网系统

标高和轴网是建筑物定位的依据。首先是建立标高和轴网系统。标高用来定义楼层层高、生成平面视图；轴网是设备定位的基础。

2.2构建建筑和结构模型

在浓缩车间施工委托过程中，利用三维设计建立所委托资料标高、位置等三维模型进行复核以满足设计要求，并优化设计标高。在事故水泵放置位置定位过程中：1、不能放置在事故水池的池底中心，这样必须在走廊平台开孔，并必须增加走廊平台与浓缩池之间的距离，则整个底流泵房降低标高，增加开挖量，增加投资；2、必须在事故水池中心附近，这样事故水泵能够将事故水池中煤泥水全部抽走，不需要人员清理，降低事故水池死水区。在事故水泵放置位置凹水槽设计中，推敲事故水泵吸水对吸水距离要求。同时，由于事故水泵放置位置在事故水池坡面上，事故水泵泵口所在平面就形成死水区，这部分又需要人工清理，如何将坡面下的煤泥水引入到坡面上事故水泵口，最大减少死水区的量，施工方便，工程造价低。通过三维设计模拟不同方案下，既方便施工又减少后期人员清理工作量，最终确定出不破坏整个底面整体基础上，通过底面基础局部素混凝土找坡，最终形成事故水池利用率高凹水槽设计。如图1。

图3浓缩车间工艺布置图

2.4工艺管道设计

管道设计及布置是管道设计最重要的环节，是保证各工艺相互链接的桥梁和纽带，在整个工艺中起到非常重要的作用。由于煤泥水管路有坡度要求，管路应尽可能短直，传统二维管道设计主要依据三视图关系进行绘制，由于车间内管道数量众多，穿插交错，大量的管道线条对应关系复杂，极易出现管道与设备、梁柱之间的碰撞[2]，管道变更是选煤厂施工中常见的变更之一。另外，传统二维设计绘制完成后不直观，调整较困难，进行设计优化费时而费力。

利用SolidWorks软件中Routing插件，可有效降低管道设计强度。由于管道是以3D草图命令为驱动，所以可利用3D草图表达设计构思，包括管道的空间位置、管道间的关系即管道中的各种仪表和管道附件的位置[3]。设计过程中，通过将阀门方向进行设置，以保证在受限空间下，阀门开启方向更为方便工作人员操作使用。管道设计完成后，利用可视化及干涉检查，减少设计过程中的碰撞问题，同时管路更为直观，管路调整更为简单易行。可优化管路长度和弯头数量，从而降低材料用量，减少工程成本。设计完成后的浓缩车间工艺管道布置图三维模型如图6所示。

图4浓缩车间工艺管道布置图

2.5碰撞检查及漫游

利用软件中干涉检查，设置相应的干涉要求，进行碰撞检查，对设计进行反馈，同时利用漫游，对设计展现效果进行直观评价。

2.6工程图生成

将三维图形转换为满足规范要求和工程需要的蓝图，并附上详细的材料清单，是三维设计的另一个重点和难点。SolidWorks软件中工程图命令，提供各个视图的展示，除工程常用的三视图外，还可以生成清晰明了的3D透视图详细展现设计意图，并自动生成详细可靠的材料清单，将工程图转换为常用工程图格式，可方便与工程参与各方进行沟通，方便施工单位采购、施工。

在设计发生修改或变更时，传统二维图纸修改过程，需对错误部分进行重新绘制，费时费力，工作量大且可能出现新的变更，三维设计软件由于所有土建结构、设备、管路等均在同一项目视图中，模型为尺寸驱动，严格关联，修改三维模型图后，相应工程图自动修改完成，材料明细表自动修改，标注自动修改，可有效地提高工作效率，保证工程质量，降低工程实际成本和损耗。设计完成后浓缩车间工艺管道工程图如图7所示。

图5浓缩车间工艺管道工程图

3．结语

在设计实践中，利用SolidWorks软件在工程设计中，具有如下特点：与传统的二维CAD相比，虽然多出了建模、三维设计、转换成二维等工作量，但以下方面具有相当大优势：

1.优化设计，利用软件快速计算容积，对事故水池底设计标高进行优化，合理利用空间，降低工程造价。通过优化事故水池凹水槽设计，施工更为方便，事故水池死水区煤泥水量减少，人员清理量减少。

2.工程量统计，通过对同一段管道长度(管线长度50-80米之间)进行常用统计方法和软件BOM表统计进行对比，在不考虑不均衡系数状况下，采用人工统计长度比软件统计多增加5%，综合整个选煤厂项目管道长度，管道材料用量势必大于5%，对整个EPC项目是巨大经济损失。利用软件统计不仅可以获得准确的工程量统计，而且可以减少人为统计错误，提高设计速度，将设计者聚焦在设计内容上。

3.效果展示，利用漫游对设计结果，进行检查，方便检查者对设计进行检查。同时将设计成果进行展示，完成对所建设项目最终的三维建设模型数字化呈现。

参考文献:

[1]向华.工程公司三维综合设计的研究与总结[J].科技资讯,2011,13:33.

[2]黄波,韦彬.基于SolidWorks的选煤厂管道设计[J].煤炭工程,2014,46(10):91-93.

[3]安锐明.SolidWorks在管道设计中的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化,2007,1:53.

[4]湛迪强,孔杰.SolidWorks2014快速入门、进阶与精通[M].北京：电子工业出版社,2014.

[5]北京兆迪科技有限公司.SolidWorks高级应用教程[M].北京：中国水利水电出版社,2014.

[6]GB50359-2005,煤炭洗选工程设计规范[S].

[7]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.

第一作者简介：侯晓博(1986-)，男，汉族，陕西凤翔人，工程师，从事三维设计工作。