三维设计现状及发展趋势

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目前，三维设计已成为工程行业设计的主流方法，通过三维设计软件，设计者可直接将脑海中的元件模型，形象逼真地反映在计算机屏幕上 J。对于设计者来说，三维更能真正体现出设计者的设计意图，以三维模型作为产品最重要的信息载体，可以将设计、生产、管理等各个信息孤岛联系在-起，并将设计细节在建模过程 中融入2 J。由于各公司选用的软件不同以及对三维设计的重视程度不同，三维设计在各行业的现状和发展也各不相同，本文主要介绍-下在化纤、石化、石油工程建设方面的-些主流设计软件的使用现状，对发展趋势做-些探讨。

l 当前主流三维设计软件集成应用环境及其系列软件介绍在化纤、石化、石油工程建设方面，多数工程设计公 司采用的工程软件主要是 PDS、PDMS、PD-SOFT。以下是对这 3种主流软件的介绍。

1.1 PDS软件PDS(Plant Design System)工厂设计系统软件是世界上著名的 CAD厂商之- INTERGRAPH公司的主流产品，它是-个集成化的工厂设计系统，它采用Windows NT为操 作系统，Mierostation图形平 台，SQL Server关系数据库，Richwin汉字系统，不仅具有多专业设计拈，强大的数据库，还有 SmartPlantP&ID(工艺管道及仪表流程图)，应力计算、MARI。

AN(材料标准化管理)、结构分析、SmartPlant Review(模型漫游)等许多功能软件接口。它适用于以管道为传输媒体的工程设计。

PDS包括设备模型设计、管道模型设计、结构等专业模型设计、抽取图纸、截取平立面图及材料报告等功能，设计精确，智能化和自动化程度高，可进行设计碰撞检查及专业间的干扰检查，减少设计失误。

在工程设计中，PDS模型便于业主工程技术人员和设计人员进行设计意图的沟通。尤其是在进行设计审查时，可动态直观地展示出装置建成后的实际情景，在设计模型上进行技术研究也很方便，有利于业主更客观准确地做出决策。

PDS进入国内设计行业的时间很早，特别是-些引进的大型石化装置，外方提供的基础设计软件包都是由PDS完成的，国内设计企业受此影响，也逐渐开始使用PDS进行国内的三维设计工作。Sm-artPlant Review(模型漫游)是 PDS旗下的非常经典和著名的软件，该软件使用方便，三维漫游和检查功能非常强大，是笔者用过的漫游软件中最满意的-个。

1.2 PDMS软件PDMS(Plant Design Management System)是由英国AVEVA公司开发的三维工厂设计系统，它基本涵盖了工厂设计中的各个专业，包括配管、设备、结构、暖通、电气、仪表、给排水等，使得各专业在同-软件系统中，实现协同设计，实时进行碰撞检查。多专业三维协同设计不仅带来了设计水平的提升，设计品质的提高，使得工程承包商、施工单位、业主多方受益，也是国内工程公司与国际接轨的有效载体，甚至是标志之-。

PDMS是以配管为主体专业的多专业协同工厂收稿日期：2012-09-05。

作者简介：张少辉(1976-)，男，河南灵宝人，工程师，工程硕士，从事化工化纤工程设计工作。

16 聚 酯 工 业 第26卷设计系统，在设计过程中，不仅配管专业进行三维管道设计，其他专业包括设备、结构、土建、暖通、仪表、电气、给排水专业等也可以在 PDMS设计环境中建立三维外形实体模型，从而实现管道与管道之间、管道与钢结构之间、楼板开孔与设备之间、给排水管道与基础之间、仪表桥架与管道之间等的协同设计，解决如管道系统之间、各专业之间的碰撞、土建基础条件的校验、分区管道的连接等设计问题，从而提高设计品质，旧能降低在现场出现设计问题的可能。

PDMS进入国内的时间不是很早的，但是由于该软件数据结构相对简单，设计人员上手比较快，加上 PDMS中国办事处对使用该软件的各公司技术支持力度很大，使得该软件在国内的发展比较迅速，目前国内大型工程公 司-般 都有使用 PDMS。但PDMS有-个缺点是因为其数据结构简单，使得其数据安全性相对较差，其最新版本 PDMS12.0里对数据安全性有了比较大的改进。

1.3 PDSoFT软件PDSOFr是 Plant Design Software的缩写，即三维工厂设计软件。注册名称为PDSOFT计算机辅助工厂协同设计系统软件”，由北京中科辅龙计算机技术股份有限公司自主研发、自行设计，具有完全自主知识产权。该软件可以使工艺管道、建筑、暖通、设备、仪表、电缆桥架等多专业协同工作，并且包括了-系列适用于国内外大型施工单位的应用软件。

PDSOFr 3DPiping(三维管道设计与管理系统)是 PDSOFT三维工厂管道设计的核心软件，其最新版本 PDSOFT 3DPiping V2.85可运行于 Windows2000、Windows XP、Windows Vista以及 Windows 7等主流操作系统，以AutoCAD 2004-2009为图形平台。

应用领域涉及石油、石油化工、化工、油田、燃气热力、医药、核工业、纺织、轻工、钢铁、油脂工程等众多行业。

该软件采用建立真实三维工厂模型的方法，设计功能智能性较强，使工程设计更为直观，精确，管线设备的空间相对位置-目了然。软件自身提供的碰撞检查、图纸 自动标注、材料表自动统计生成等功能不仅给设计人员带来了便利，减少了工作量同时也提高设计文件输出的准确性。

PDSOFr是国产三维设计软件 中知名度最高的，价格相对便宜，在国内许多工程公司都有使用，在我司也有使用。对于小项目，该项 目有很快的部署和实施能力，也是很有发展前景的软件。尽管上述 3个软件的操作界面以及使用方法各有不同，但核心构架都是以数据库为基础的管道等级驱动方式，所以三维设计的本质是数据库。设计模型的建立，就是使用设计数据库的数据进行建模的过程。

建立数据库的目的，是在将来的设计过程中引用和修改其中的数据，从而完成设计。因此不能进行等级驱动或者参数驱动的三维模型，在设计中没有多少用途。因此，数据库的维护与使用管理也是工程管理的重要内容之-。

2 三维设计发展的现状及存在问题三维设计软件应用的整体流程如下所示：I项目管理l-l元件库等级库l-I多专业三维模型I- l设计检查I- l出图l-l材料统计l项目管理就是把三维设计所需要的数据和人员以及权限进行管理，造成-个可以多人、多专业的协同工作平台。下面就国内三维设计发展的现状及存在问题进行了论述。

2.1 数据库及材料编码体系建设还不完善数据库主要包含元件库和等级库。元件库就是- 个数据海，各工程公司根据自己业务情况，以AN。

SI，ASME，GB等各类标准为依据，把项 目需要的各种元件做成各种三维的实体，比如-个 DN100的等径三通，就是-个元件，该元件由软件自带的基本体组合而成，在建立元件时，需要给元件编写-个唯-的编码用来区分不同元件，在元件完成后，根据管道等级规定，把指定的元件加入管道等级，设计人员在设计时通过等级选择元件建模。

在生成等级的时候，需要根据管道规格书中对管道材料的描述在软件里给各个等级元件编写详细的材料描述，这样在模型出图时，才能正确的把管道材料详细描述列出来。目前的主要问题是，很多管道材料描述的编写工作是由数据库人员来完成，由于缺少统-的规定和规则，材料描述编写就具有明显的个人习惯和无规律性。对于同-个管道材料，在同-个项目的不同等级可能会有不同的描述(如果材料描述意思-样，但组成描述的文字的先后顺序不同都会被计算机识别为 2类材料)，这样给业主采购带来不必要的麻烦，而且出图时生成的材料汇总表的材料描述也是不够严谨、统-。

另外，由于缺乏统-的材料及编码平台，之前项目完成的材料编码以及材料描述也很难重复使用，材料编码体系可以避免上述弊端。另外材料编码的重要意义是在材料的采购和施工管理阶段。由于统- 材料采购和管理的需求，材料编码管理体系逐渐第 2期 张少辉：三维设计现状及发展趋势 17被引入PDS/PDMS的数据库建设中↑些年来，也有不少工程公司引进了材料编码体系，并开始使用在实际工程项 目中。

目前，国内外通用的2大编码及材料管理软件是 Marian和 VPRM，这 2个软件在石油化工、化纤及核电等项目上被广泛使用。这 2大材料管理软件虽然结构不同的，但都使用 Commodity Code来规定材料的基本属性 J，通过软件对各类标准的各种材料进行编码，并生成可导人三维设计软件的管道等级，从而在三维设计软件里融人材料编码，并可以在设计结束后通过接口程序将管道材料导人材料编码软件进行材料的统计和汇总。

Marian软件支持 PDS，PDMS和 SP3D，而 VPRM软件目前只支持 PDS和 PDMS。利用 SP3D进行三维设计目前只能用 Marian。由于软件结构不同，如要统-公司级编码只能两者选其-。

在现阶段，-方面由于材料编码软件还不够很成熟，加上国内工程采购、施工也都有 自己的材料管理体系，使得工程公司的材料编码在采购、施工上用的比较少。另外，由于编码体系的建设不仅需要长期的、大量人力投入，而且见效慢，所以很多工程公司存在投入少、人员配备不足的情况，编码体系也就是在大型工程公司有-定使用，并没有完全发挥材料编码体系的作用，目前材料编码体系更多时候充当着材料描述标准化的工具。

2.2 各专业协同工作还停留在起步阶段PDS/PDMS等均是以配管为主导专业的多专业协同工厂设计系统，在设计过程中，不仅配管专业进行三维管道设计，其他专业包括设备、结构、土建、暖通、电气、仪表、给排水专业等均需在 PDS/PDMS设计平台上建立三维外形实体模型，从而实现管道与管道之间、管道与钢(混)结构之间、给排水管道与设备基础之间、电气、仪表桥架与管道之间等的协同设计，解决如管道与结构之类的各专业之间的碰撞、土建基础条件的提资、校验、跨区管道的连接等设计问题，从而大大提高设计品质 J。

但是由于各专业间的 PDMS软件应用水平不同，传统设计观念与现代设计方式的冲突等因素影响，国内的项目-般只有配管和少数其他专业应用PDMS模型进行设计，多数专业基本没有参与协同设计，很多时候都是由管道设计的配管工程师完成设备和结构专业的建模 ，使得建立三维模型的优势和效果打了不少折扣。

据了解，目前国内仅有个别企业在少数项目真正实现了所有专业的三维协同设计，比如 SEI在伊朗ARAK项目就实现了以配管专业为主导，在 SEI内部实现所有专业的协同工作 J。

2.3 三维设计标准建设相对滞后对于当前三维设计，基本有成型的设计流程，如果配合公司制定的设计品质控制流程，是能够充分发挥三维模型的优势，提高设计品质的。但由于现阶段设计人员所接受的培训层次不齐，加上这几年，大量建设项目纷纷上马，业主为了早日投产，大都压缩工期，使得项目进度很紧，设计人员也只能以能出图为最大目标 ，-些品质控制措施比如模型是否反映最新设计资料、数据-致性检查、碰撞检查、设备安装路线检查、管道操作维护通道检查等都很少完整去执行。

另-方面，虽然三维设计在各工程公司已经实施不少年了，但与三维设计配套的管理体系建设还没跟上，比如，没有独立岗位对三维模型品质进行检查和控制，使得三维模型品质由设计人员控制，造成模型品质参差不齐。

2.4 三维设计软件二次开发起步晚、发展慢三维工厂设计软件本身的适应性很强，在多个行业都有应用，但是具体使用起来，每个公司都有自己的设计规定，彼此也有很大的区别，为了更好的使用三维工厂设计软件，就有-个本地化和二次开发的过程，使得软件更切合本公司的实际使用，从而实现事半功倍。从目前国内的实际应用来看，三维工厂设计软件厂商会进行-些二次开发，并通过或者付费的方式提供给用户，这些推动了三维工厂设计软件在国内的普及和应用。但是每个公司的情况各不相同，为了更好的使用三维工厂设计软件，还需要针对公司本身的特点做二次开发，经过二次开发的三维工厂设计软件能更好的优化设计流程，降低设计人员劳动强度。但从目前的情况来看，-方面国内做三维工厂设计软件二次开发的公司不多，另-方面工程公司花了大量资金购买了三维工厂设计软件后，在二次开发上投入存在不足，使得设计人员对软件使用感觉费时、费工。另外，对其他专业如结构、电气等专业出图方面的开发也存在不足，使得其他专业使用三维工厂设计软件积极性不高。

3 三维工厂设计软件未来的发展展望以笔者多年来参与工程设计和数据库建设工作的经验来看，三维设计应朝着如下几个方面发展。

3.1 建立公司级的材料编码体系以及数据库，为实现三维协同设计打下坚实基础俗话说，兵马未动粮草先行”，要想实现优秀18 聚 酯 工 业 第 26卷的三维设计，就必须有优秀的数据库做粮草。在现阶段，以配管专业模型材料组为龙头，加入其他专业材料人员，建立在同-平台下的材料编码体系，并在编码体系的基础上，对各专业的设计元件建立元件库，并根据各专业以及项目特点，建立起给各专业使用的数据库以及统-的项 目工作平台，这是三维协同设计的重中之重。这个过程，需要公司领导的直接推动，将现有的模型材料组扩充为-个包含各专业材料人员的材料组，并针对各专业特点进行相应数据库建设，创造各专业协同工作的平台。

材料编码是趋势，是 EPC管理的重要部分，必须眷建立。各分公司之间的跨部门和地域的统-编码系统也十分重要。材料编码管理体系对-个公司而言是-个统-的编码体系，是应该受相关专业共同遵守的公司级规范，需要各专业、各部门进行沟通，制定出-个较为完善的材料编码体系，该体系不仅适用于各设计专业，而且采购、现场施工都要使用材料编码体系，这样才能发挥材料编码体系的作用。

所以，材料编码体系的建设起点比较高，需要材料专业、计算机专业、数据库专业等多方人员共同参与，公司级的领导主管实施才能建立起来。另外，编码工作是-个非常基础性的工作，需要众多材料人员和数据库人员持之以恒的建设，才能在将来发挥作用。

3.2 统-三维工厂设计平台。使得各专业在统-设计平台下真正实现三维协同工作在三维设计的过程中，配管专业转向三维设计比较早，但是其他专业还多是基于二维平面设计，没有真正参与到三维协同设计上来，究其原因，就是由于各专业间的 PDMS软件应用水平不同，传统设计观念与现代设计方式的冲突以及认为使用三维模型增加了工作量等因素影响。从三维设计的长远发展来看，需要由公司级的领导在公司内逐步强力推动三维协同设计，这样才能破除各专业原有的设计习惯和思路，统-到真正的三维设计平台上，从而实现整个公司的整体三维设计。

3.3 加强二次开发，提高软件的建模效率和出图效率以及适用性经过近年来的持续二次开发，配管专业已经形成了-套可以使用的出图工具软件和材料统计程序，使得设计人员完成三维模型设计后能够较快的生成各种图纸，提高了软件的出图效率，大大降低了设计人员的工作量，成为设计人员必备的软件。但是，目前各专业间的数据交换还需要手动完成，没有在同-平台上实现无缝数据传递。比如工艺管道参数传递给配管专业就需要配管人员从管线-览表整理出管线名称、温度、压力等参数然后再输入到三维工厂设计软件，这使得配管人员需要花费较多时间，如果进行了二次开发，通过程序自动提取需要的工艺参数输人到三维工厂设计软件，就会缩短时间，降低工作强度，减少失误。管架实体化，管架材料的统计和编码，管架设计软件集成载荷设计等的开发也能够较大的提高建模和设计品质。

另外，还需要针对各专业的特点，开发-些工具软件比如出图工具，使得其他专业人员在三维工厂设计软件建好本专业的模型后，能够方便的生成满足本专业需要的图纸，这样使得其他专业设计人员参与三维设计后，能够提高设计效率，提高设计品质，这也能降低其他专业参与三维协同设计的抵触心理。

现在各专业-般都有自己的专业软件，通过二次开发或者购买专业软件跟三维工厂设计软件的接口程序也是发展的趋势，比如结构专业的 PKPM跟PDMS的接口程序，能够把结构专业的模型跟三维工厂软件模型关联起来，实现数据的传递，这样降低了结构专业参与三维协同设计的工作量，也是结构专业软件发展的趋势。

3.4 调整优化设计流程、制度和岗位，使工程设计管理、采购、施工等跟上三维设计发展的步伐三维协同设计平台的建立和应用，也需要工程公司调整设计流程和岗位分工，以适应三维协同设计的发展。首先，要制定各专业共同参与的模型审查工作流程和制度，增强设计各专业的协同。另外，安排业主参与模型审查，增强设计承包商与业主的沟通，便于及时按照业主操作方便的要求对模型进行修改，以免出现大的设计返工。并通过各专业协同对设计进度进行控制。

三维协同设计平台的建立和应用使得设计校审可以很好的贯穿设计的全过程，在三维模型设计过程中，校审人员可以随时对模型进行校审，笔者曾参与外资工程公司的设计工作，外资工程公司就有专门的设计经理负责 日常的模型审查工作，发现问题及时通知设计人员，从而最大程度的降低了设计偏差，从三维协同设计发展上看，设立专职的设计审核岗位负责 日常三维模型的审查工作是非常必要的。

还应该建立模型品质控制流程，设立三维模型数据检查岗，让三维工厂设计软件的技术支持工程师参与模型品质的检查，使这项检查成为出图的必要条件。通过软件本身的技术手段，对即将出图的三维模型进行检查，确保设计人员按照设计流程进第2期 张少辉：三维设计现状及发展趋势行设计，保证设计数据的正确性、模型完整性以及规范化命名等。

总的来说，三维设计的发展是多专业共同参与的三维协同设计，这是未来发展的趋势。作为三维协同设计的数据库和其平台的二次开发，以及设计制度的建立，要各专业改变观念，更要在上层的推动下，在必要时还要调整专业之间的划分及关系。三维协同设计追求的是项目整体效益最大化，同时也给各专业带来效率或效果的提升。

多专业三维协同设计对于工程公司来说，不仅是公司整体设计水平的飞跃，而