三维软件在电气安装设计中的应用

三维软件在电气安装设计中的应用

张竹君 郝珈萱 王以露

陕西省水利电力勘测设计研究院  陕西省西安市   710000

摘要：随着时代的不断发展进步，化工行业对电气安装设计的要求越来越高，关于电气设备的美观性和安全性也提出了更高的标准要求。在化工行业的设计中，管道密集、设备繁多，现场施工时电气中的电缆桥架和各种照明灯具经常会与管线或者其他设备发生碰撞。得益于网络智能化的发展，三维软件通过空间建模，可以准确反映化工设计中各装置、管线及设备的实际位置，从而减少现场施工时各设备的碰撞。建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行模型的建立，给三维设计软件的发展应用提供了技术保障。

关键词：三维软件；电气安装设计；应用  

一、三维软件的必要性

有的企业认为二维制图软件已经能够满足日常的设计要求，使用三维软件只会增加工作量。当今时代是创新的时代，只有寻求技术创新，将技术转化为经济效益，才能更好的帮助企业更好 的发展。在新产品设计阶段，应该利用三维软件的优势，将缺陷尽可能的控制在设计阶段，不是等到样机加工完成才发现设计错误。有的技术人员认为三维设计软件很难上手，目前用二维软件也挺好。当初在由画图板时代向计算机绘图转变的时候，有的人也认为计算机绘图还要重新 学习，不如沿用手绘图。当真正转变为计算机绘图后就发现了计算机绘图的优势。用手绘图设计一个新品光绘图时间就需要数月时间，制约了新品提速。计算机绘 图的速度远远超过了手绘图的速度，一套图纸可能在 1个月甚 至更短的时间完成，为新品试制提速创造了条件，在激烈的竞争中取得优势奠定了基础。如果说二维制图软件为新品设计速度提供了保障，那么三维制图就是为新品设计的成 功率提供了保障 ，相应的也就提高了设计速度。要想使三维软件得到充分的应用，为公司的新品开发提供支撑，就需要向广大技术人员动员，让技术人员在新 品设计时考虑应用三维软件。要充分调动技术人员的积极性，对三维设计软件进行推广。在技术人员学习时，应该采用由易到难、循序渐进的方法，使广大技术人员感受到三维设计软件的优势。

二、三维设计软件分析

1、Solidwork应用领域 ：机械。Solidworks特点在于易学易用。如果熟悉微软的Windows系统，那基本上就可 以用Solidworks来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能在比较短 的时间内完成大型装配设计 。SolidworksSimulation是与solidworks软件集成的一种有 限元分析软件，可以进行应力、频率、位移 、失稳 、稳态 和瞬态的热传导分析、非线性应力 、参数优化、动态 响应、电磁场分析、流体动力学和疲劳等分析 。CosmosFloworks是与solidworks软件集成的一种有限元分析软件 ，可以分析各种实际流体。

2、ANSYS应用领域：机械 电机 、土木、电子、航空。ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是 否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂 ，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，ANSYS软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间，但是该软件价格十分昂贵。

三、三维软件在电气安装设计中的应用

1、电气设备的三维建模。目前， 使用范围比较广泛的三维软件主要有 PDS、PDM S 及 Smart3D 等，以 Smart3D 软件介绍电气设备的三维建模。为了满足精细化管理和数字化交付的要求， 设计人员需要将灯具、 配电箱、电缆桥架及相关电气设备按照实际尺寸和位置在模型软件中建模，具体建模过程如图所 示。

在进行桥架和灯具建模前首先需要在Smart 3D 建立电气专用的元件库。 电缆桥架可以分为梯级式、 槽盒式和托盘式，主要的连接弯头有水平弯通、垂直弯通及三弯通。在 Smart3D 的元件库中照明灯具种类繁多，以 LED 光源灯具为例，根据安装方式可分为壁挂式 、护栏式及法兰式。

2、电缆桥架的三维建模。（1）首先在项目设计前期与管道、结构专业协商，提出电气主干桥架的敷设路径，要求其他专业预留一定位置，以有效避免后期发生碰撞，减少图纸返工的概率。（2）然后在各装置区管道和结构布置图的基础下进行分支桥架的设计，在满足电气相关标准规范、与管道结构不发生碰撞的前提下对电缆桥架的走向进行规划。 其中分支桥架的宽度与主干桥架相比较狭小， 设计上更灵活，这样在发生碰撞时的调整空间更大。（3）最后，在确定了平面图纸中电缆桥架大小以及走向后开始进行三维软件桥架建模工作。依照平面图桥架型号在 Smart3D 的元件库中选择相应的直通桥架类型，直通桥架建模后利用相应的弯通进行连接。在桥架建模过程中，设计人员需要选取结构基础的基准点来衡量桥架的标高，严格按照平面图上桥架的标高进行建模。电气桥架建模完成后，利用 Smart3D 软件检查电气桥架与管线模型、其他专业设备及钢结构的碰撞情况，桥架与管道存在交叉，说明此段桥架与管道布置冲突，需与管道布置设计人员协商沟通，调整桥架或管线位置， 避免碰撞。通过模型碰撞的检查，可以反映出在实际工厂环境下桥架的设计是否合理，是否存在碰撞问题，提前处理，可大大降低后期施工造成的成本费用。

3、灯具的三维建模。以Smart 3D 中灯具建模为例，介绍三维软件在照明灯具安装设计中的应用。首先在 CAD 软件中绘制各装置区的照明平面图；然后在 Smart3D 元件库中选取相应的灯具，分别是吸顶灯、壁装灯、护栏灯及路灯模型；最后根据平面图中灯具的功率、类型、安装方式及位置高度在三维软件建模，可以看出，灯具和其他专业设备的可视化程度较高，可以清晰反映出灯具与其他构建物的碰撞问题 。通过 Smart3D 中电缆桥架和灯具的建模可以看出，将三维软件应用于电气安装设计中能够迅速并且精确地判断出碰撞位置，并且形成关于碰撞等一系列检查报告，进而提高设计质量，减少施工难度，节约项目成本。 在电气设计过程中利用三维软件相较于传统的设计方法在很大程度上提升了设计深度，将实际施工现场与三维模型相统一，前期图纸设计和后续安装施工相结合，使得电缆桥架和灯具等电气设备的安装设计更加适用于日益复杂的石油化工环境，更好地提高了电气安装设计的经济化、自动化和智能化。

通过对电气安装设计中三维软件，大大提升了设计质量和效率，减小了设计图纸的返工量以及后续施工的难度，为现场施工的质量和管理奠定了良好的基础。当然，三维软件在电气设计的应用还没有完全成熟，比如电气元件库中的设备还有部分缺失，部分模型过于简略不够形象；三维软件中桥架和电缆的材料统计功能有待完善，如果可以利用三维软件准确统计电缆长度，将大大减小设计过程中电缆的冗余量从而降低项目经济成本。

参考文献：

［1］ 翟晓华，傅筱，杨群山．利用三维软件进行建筑电气设计出图的分析［J］． 福建建设科技，2018( 5) : 74-75．

［2］ 廖述龙． 高层楼宇建筑电气节能技术研究［D］． 上海: 上海交通大学，2019．

［3］ 杨群山．三维软件在进行建筑电气设计的分析［J］． 福建建设科技，2019( 5) : 74-76．