管道支吊架自动编号软件的设计及实现

杨铠 邓金涛 刘逸飞 杜国昌

（中海油石化工程有限公司 山东省济南市 250101）

随着数字化的不断发展以及石油化工项目规模的不断扩大，越来越多的项目转向了三维数字化设计。目前，三维设计软件Smart3D（以下简称S3D）、Plant Design Management System（PDMS）等被普遍地应用于各类石油化工项目的设计中。管道支吊架设计是石油化工项目设计的重要内容，合理的支吊架设计保证了管道的安全性[1]。在使用三维建模软件进行设计的项目中，通常是先完成物理支吊架建模，再添加逻辑支吊架并根据物理支吊架的类型及组合进行编号，消耗大量的时间和精力，还容易出错。

在利用S3D 软件进行支吊架设计时，存在逻辑支吊架和物理支吊架两层结构，逻辑支吊架包含一个或多个物理支吊架。在成品文件管道轴测图中，应标注逻辑支吊架位置和编号，并且在管道材料中写明其下对应的物理支吊架。逻辑支吊架应有其编号规则，且在一个项目中一个编号仅可对应唯一的一个逻辑支吊架。在现今规模化的石油化工项目中，往往会架设成千上万个逻辑支吊架，而逻辑支吊架的编号一般由设计人根据其包含的物理支吊架的种类、安装位置等信息确定。重复性的劳动不仅拖慢设计进度，当出现编号重复或命名规则错误等问题时也难以发现。本文分析了《HG/T21629-2021管架标准图》（以下简称管架标准图）中不同类型的支吊架及其组合，以S3D 为平台，搭建物理支吊架分类数据库，完成了逻辑支吊架编号自动编制的解决方案，解决人工编制逻辑支吊架编号时易错、效率低下等问题，将设计人的精力从重复性工作中解放出来。

1 逻辑支吊架编号规则

管架标准图作为化工行业标准对管道物理支吊架的类型和选用做出了指导。在实际项目中，多个支吊架因功能不同常常会组合使用，而这种组合使用的支吊架在数字化设计和交付的过程中应视为同一个支吊架，且其编号应体现支吊架信息。

不同设计院或项目对于逻辑支吊架编号组成会有不同的规定，但都应该包含该逻辑支吊架的各类信息，如类型，即其实现的功能；逻辑支吊架所在区域的主项号；逻辑支吊架的序号；框架或构筑物内逻辑支吊架所在层；而按《HG/T 20519-2009 化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》，管道布置图中的逻辑支吊架都应该有一个独立的编号，其规定的编号由逻辑支吊架类型、生根处结构、主项号、管道布置图尾号、逻辑支吊架序号组成。如图1。

图1：逻辑支吊架编号

2 支吊架自动编号软件功能实现

若要实现自动填写逻辑支吊架编号的功能，则应完成S3D 数据读取、数据分析处理、逻辑支吊架编号生成及输出等功能。在探索如何实现时，形成了两种技术路线。第一种为效仿S3D 中对于物理支吊架名称的处理方法，直接将逻辑支吊架的命名规则写入S3D 中，并建立庞大的逻辑支吊架库。当用户在管道上设置一个逻辑支吊架时自动获取其下所有物理支吊架的信息并在分析处理后自动生成逻辑支吊架编号。在这种解决思路下，设计人需要手动添加物理支吊架以及逻辑支吊架，并且在实际项目中经常面临着设计输入更改、调整或管道应力不满足要求等需要增添或删改逻辑支吊架的情况。而在设计人再次添加或删改逻辑支吊架时极易使管道布置图上的编号出现不连续或无序等情况。基于这样问题的出现，本软件采取第二条技术路线，即放弃手动添加逻辑支吊架的操作，设计人仅需在模型中添加所需的物理支吊架。在建模工作完成后，设计人通过操作，在输入所需逻辑支吊架编号形式后利用软件一键式自动添加逻辑支吊架，并由程序整理信息，写入、输出逻辑支吊架编号。

为了实现上述技术路线，软件依托于S3D 平台，建立了物理支吊架分类库，利用S3D 数据库读取模型中物理支吊架数据，在添加逻辑支吊架后将每个逻辑支吊架分类处理，所获得的编号重新写入S3D 中。程序的执行框图如图2 所示。本文将分步介绍功能实现过程。

图2：编号自动生成程序框图

2.1 S3D数据读取以及逻辑支吊架生成

在以S3D 作为三维设计软件的项目中，工厂的各类信息存储在不同的数据库中。S3D 拥有七个不同的数据库，如图3。Site 数据库集有两个数据库，其中包含S3D 项目的配置信息以及连接信息，并将所有数据库关联起来。Catalog 数据库集包含两个数据库，包含了项目中用到的所有参考数据，以及设计模块（程序集），如管道等级、阀门信息等。Model 数据库记录了工厂的设计信息，如模型信息、过滤器、样式、交付用文件如管道布置图等。Report 数据库可以采集工厂、Site 和Catalog 数据库的映像，生成各类报告。已添加的物理支吊架的各类信息可由Report 数据库查得。

图3：S3D 数据库结构

为方便用户管理、访问数据库，S3D 内置了大量的接口。各类接口信息可由S3D 内置工具MetaData Browser Tool 查得。通过不同的数据接口，我们可以由Report 数据库中查得某一主项内的所有物理支吊架，将坐标唯一或多个拥有一致坐标的物理支吊架判断为同一支吊架后，在此坐标添加逻辑支吊架并将这些物理支吊架转移到其层级之下。在实现逻辑支吊架的添加后，可通过Report 数据库首先查询定位到同一主项下所有逻辑支吊架的对象标识符（OID），以逻辑支吊架的OID 查询到其下物理支吊架的OID 后重新查询每一个物理支吊架的类型、所属管道以及空间位置等信息，并以表格的形式输出。部分查询代码如下。

from

JHgrPipeSupport x1

Join JNamedItem X2 on X1.oid = X2.oid

join XConnHasPorts x3 on x3.OidOrigin = x1.Oid

join XPathSpecification x5 on x5.OidDestination =x3.OidDestination

Join JNamedItem X6 on X6.oid = X5.OidOrigin

join XSupportHasComponents y1 on x1.oid =y1.OidDestination

join JHgrDesignSupport y2 on y2.oid = y1.OidOrigin

Join JNamedItem y3 on y3.oid = y2.oid

2.2 数据分析处理

在生成图1 所示逻辑支吊架编号时，应对数据库查询所得的数据进行处理。为方便项目施工时支吊架的仓储、领取、安装，防止出现管道轴测图上逻辑支吊架序号的无序排列，应将逻辑支吊架按照其编号规则顺序添加序号。即按照逻辑支吊架所在主项、管道布置图尾号以及逻辑支吊架的空间位置顺序生成逻辑支吊架序号。逻辑支吊架生根结构可由物理支吊架的属性获得并填入逻辑支吊架编号。逻辑支吊架类型则应分析其所辖物理支吊架功能后生成。

2.2.1 物理支吊架种类

物理支吊架根据用途可分为限制、减震、承重三种类型[2]，每种类型又可根据适用范围细分，而当一种物理支吊架单独使用无法满足相应功能要求时常常会与其他物理支吊架组合使用。限制类支吊架根据限制管道不同方向的线位移和角位移的情况主要可以分为固定架、导向架、轴向限位架三种形式。有振动产生的或承受冲击荷载且不需要减震的管道宜在其支撑点处设置固定架以限制管道的线位移和角位移。在不同情况下，可以使用不同方法实现固定架功能。如管架标准图中焊接型固定架K4 采取焊接在构筑物上的形式固定管道；保冷管固定架L9 通过膨胀螺栓生根在地面上完成固定；U1-A、MA1、MA2 等通过螺栓螺母将管道固定在钢结构上的方式实现功能；E5-1 通过限制可调支吊架轴向和径向位移实现对管道的固定。导向架通过如U 型螺栓、挡块等方式实现对管道的导向作用。当支吊架需要实现减震功能时，可选用减震或阻尼装置，如X 类的弹簧减震器和V 类的粘滞阻尼器。在构筑物无法满足对管道的支撑要求时，还可以选择相应的承重支吊架承受管道的荷载。

2.2.2 逻辑支吊架类型确定

如果一个物理支吊架单独使用，即逻辑支吊架层级下仅有一个物理支吊架，则其类型应由物理支吊架功能决定。物理支吊架编号即管架标准图中的管架编号由名称、类型、子项、功能代码等信息编制而成。管架标准图中的不同的物理支吊架的管架编号并不完全相同。由S3D 查询所得的物理支吊架编号与管架标准图中的编号一致，凭借管架编号的首位可以分辨出大部分物理支吊架的种类及功能，但其中也有一定数量的物理支吊架需要通过其管架编号的子项或者功能代码辨别功能。如管架编号E4-1-A-500 代表500 毫米长槽钢制成的导向架，如管架编号E4-3-A-500 代表500 毫米长槽钢制成的轴向限位架，物理支吊架的类型由管架编号第三位的子项确定。当子项为A 时，U1 为固定用U 型螺栓，子项为G 时U1 为导向用U 型螺栓。

在编写程序实现单独使用的物理支吊架分类时，应将管架编号分为三类。一类通过管架编号名称区分其功能，如D8-1-A-100-200、G5-C-500-600 等；一类可通过名称后一位编号确定功能，如U1-A-200-S 等；第三类作为例外，由管架编号的前两位无法判断物理支吊架功能时单独分析,如E5-1-A-400-G。部分代码如下所示。

有些支吊架如可变弹簧支吊架因为采购、仓储、施工等因素的影响，往往不会严格按照其作用进行分类和编号，或是直接当做特殊架处理。分析管架标准图可得到物理支吊架类型和管架编号对应关系如表1 所示。

表1：物理支吊架类型

当逻辑支吊架下辖两个或多个物理支吊架，即物理支吊架组合使用时有可能发生功能的改变，逻辑支吊架的类型不应由某一物理支吊架类型决定。如承重架D7和螺栓U1 的组合，其功能取决于U1 子项种类；焊接式管托J16 和井型架D16-2 完成对垂直管道的导向；导向架E1 和限位架K1 的组合应视为固定架，若缺乏钢结构等构筑物还应搭配如D2 等承重架使用。在确定逻辑支吊架类型时，如果为每一种物理支吊架的组合形式单独编写程序，会造成程序的复杂度飙升，也极易产生组合类型的遗漏。在解决这个问题时，本软件将管架标准图中的每一种物理支吊架赋值。在程序判断时，不去考虑物理支吊架的组合形式，仅考虑逻辑支吊架所辖物理支吊架单一或组合后的值将落在数轴上的哪一个区间中，以此来判断逻辑支吊架的类型，避免了程序上的冗杂与缺漏。解决方法在上文的程序中有体现。

2.3 逻辑支吊架编号生成及输出

在得到由Report 数据库导出的逻辑支吊架信息报表后，软件允许设计人自己定义逻辑支吊架的起始顺序号，并可规定每一个顺序号之间的间隔。在设计人规定起始顺序号后，将由整理过的报表的第一行开始处理数据，在完成所有逻辑支吊架的编号生成后，软件会凭借逻辑支吊架的OID，将所有生成的编号重新录入S3D 数据库中，完成整个编号生成任务并弹出提示框提醒设计人逻辑支吊架编号生成的结束。

3 总结

本软件完成了逻辑支吊架编号的自动生成和输出，解放了大量的人力，并且极大地避免了低老坏等问题的产生。在S3D 项目的实际应用过程中，原本多个小时的工作时间被缩减到5 分钟以内，体现了数字化的不断发展在现在和将来的设计工作中所能带来的越来越不可或缺的助力。软件正在尝试向其他如以PDMS 作为三维设计软件的项目中移植，争取拥有更好地普适性，解放更多生产力。