0 引言

随着管道三维设计软件在火力发电厂设计中的广泛应用，国内电力行业数字化设计水平得到显著提高^[1]。然而在支吊架埋件提资及其管理方面还存在着不足：如支吊架设计相关流程之间衔接不够流畅，影响图纸设计质量和效率；设计过程中仍需要较多的人工干预，设计不够智能化；支吊架埋件提资流程管理依赖于传统二维设计的提资模式，阻碍了数字化协同设计的发展。

本文针对以PDMS软件为平台的管道支吊架三维设计和埋件提资过程中的特点和问题进行分析，提出一种管道支吊架三维智能设计和埋件提资的方法，在对PDMS软件进行二次开发的基础上，结合目前较为通用的支吊架设计软件，实现了管道支吊架智能设计、埋件智能提资以及管理一体化，提高了支吊架的设计质量和效率，同时优化了火力发电厂工艺管道三维数字化设计流程。

1 传统管道支吊架设计及埋件提资特点 1.1 管道支吊架设计方法

在火力发电厂中，支吊架根部与混凝土梁、板、柱一般通过预埋件进行固定，因而工艺管道专业需要向结构专业进行埋件提资。埋件提资的关键在于支吊架型式及其根部生根信息的表达。

目前电力行业采用PDMS软件进行管道支吊架三维设计，主要有以下2种方法：一是以PDMS自带的MDS支吊架设计模块为基础直接进行建模设计；二是使用支吊架设计选型专用软件进行支吊架选型计算^[2]，生成支吊架宏文件再导入至PDMS中完成三维设计。

以上2种方法均需要支吊架埋件相关信息，若由人工提取支吊架的根部尺寸以及生根梁信息，将极大地影响埋件提资的效率和质量。虽然在支吊架完成设计后，通过软件二次开发能够逆向智能识别、提取支吊架的根部及生根信息，但是程序算法复杂，无法确保信息的完整性。

1.2 埋件尺寸及提资特点

管道支吊架的埋件按照生根位置可以分为楼面/地面顶埋件、梁侧埋件、柱侧埋件、梁底/板底埋件以及通埋件，主要生根形式如图 1所示。

不同埋件的类型取决于其承载的支吊架根部在土建结构上的生根位置，顶部和底部埋件一般作为支架和直吊支吊架的垂直承载点，而侧面埋件一般通过支吊架根部型钢承受支吊架荷载。

不同类型的埋件所承载的荷载也不同，通常情况下承受支吊架的z向荷载，也要承受x/y/z三向力及其力矩的荷载。埋件尺寸主要由支吊架根部尺寸以及承受的荷载共同决定，提资专业设计人员需提供满足根部型钢焊接要求的埋件尺寸。二维设计时虽然提供荷载和力矩，但是埋件尺寸基本都是根据根部型钢大小进行估算。智能化设计却可以从PDMS中直接获取支吊架的荷载和力矩，然后结合支吊架形式，综合优选出埋件尺寸。

为了尽可能准确提供埋件信息，同时方便后续工作中识别、跟踪以及修改，提资时需要按照一定的编码规则对埋件进行分类标记。一般由系统代码、卷册号以及支吊架号组成一组编码标示符，从而实现埋件从提出、详图设计到现场施工全过程的控制管理。

2 管道支吊架三维智能设计及埋件提资管理方法 2.1 埋件智能提资流程

在支吊架设计过程中，编写支吊架智能设计算法，使设计和埋件提资过程中大量的人工识别和数据提取工作改由程序自动完成，不仅可以提高支吊架设计和埋件提资的质量和效率，还可以加强不同专业之间的协同工作。

（1）首先，通过数据库管理开发，建立埋件提资管理后台数据库。以PDMS设计软件为平台，通过二次开发建立操作界面，在PDMS软件中，针对工艺管道支吊点的模型以及结构模型的空间位置，编写算法计算最优支吊架生根形式，从而实现支吊架根部智能选型^[3]。

（2）其次，提取支吊架根部信息和生根梁位置等信息，并结合管道支吊点荷载、管径以及温度等信息，通过后台接口程序，传输至上述支吊架设计选型软件中，完成支吊架的详细设计；再将支吊架三维模型宏文件实时传回PDMS设计平台中，实现支吊架智能设计。

（3）最后，将以上过程中所完善的埋件信息进行整理，形成埋件提资数据表传输至后台数据库中保存。结构专业设计人员从后台数据库中读取并解密提资资料，作为其设计输入资料，从而实现支吊架埋件提资的数字化管理。

在上述过程中，设计人员也可以对支吊架根部形式进行人工选择，以达到特殊支吊架的设计要求。同时通过对埋件进行编号，使得每个支吊架的埋件在不同版次中具有唯一性和继承性，进而实现对不同版次埋件提资信息的检索和对比，为设计人员自动提取埋件提资变化信息。各专业对埋件提资进行修改、调整及增补时，后台数据库会对每个版次的修改记录进行保存归档，确保数据的可追溯性，大大提高了埋件提资及管理的质量和效率。详细操作流程如图 2所示。

该流程结束后即可得到支吊架埋件信息列表，见表 1^[4]。这些信息可直接用于结构专业埋件设计，可供土建专业在分卷册埋件设计时直接调用对应的埋件信息，并在埋件库中选取相应的埋件信息标注于图纸上或用于创建接口输入文件。

2.2 埋件提资管理设置

管道埋件提资数据库按照不同工程进行数据库管理，因而需要在PDMS操作界面对提资管理进行相关设置。埋件提资管理软件通用设置界面如图 3所示，在工程配置窗口中，可以对提资的规则、各专业埋件提资特点等进行设置，定制出符合要求的提资信息。例如对埋件的专业代码、系统代码等进行创建，对埋件的类型、提资的数据格式等进行设置。通用性设置在不同工程项目中基本相同，其他工程可以套用相应的设置。

除了通用性设置外，还需要针对不同项目，对所需要的信息进行特殊设置。例如埋件提资单名称、埋件提资结构模型类别、提资单修改权限、三维埋件位置以及备注信息等，具体如图 4所示。

2.3 管道支吊架智能设计

对管道埋件提资进行相关设置后，提资人即可登录PDMS软件，在窗口中打开管道支吊架智能设计软件界面（见图 5），在已有的管道模型基础上进行支吊架的智能设计选型。

对于支吊架三维设计，其支吊架零部件的详细设计选型主要是根据支吊架的选型规则进行选择，目前有很多类似的针对性软件，能够根据输入条件，自动完成计算选型、CAD出图以及生成三维模型宏文件，并且具有很好的二次开发接口。要实现其智能设计，关键在于对所需要的设计输入信息（特别是根部选型所需要的生根土建结构等相关信息）进行自动获取和汇总。

在PDMS软件中，可以根据支吊点坐标位置搜索查找附近的结构模型^[5]。通过识别支吊点附近结构模型的梁、板、柱等类型及其相对位置，根据支吊架设计的基本规则，判断出能满足支吊架设置条件的所有支吊架型式，通过指定不同条件下支吊架形式的优先等级，筛选出最优的支吊架形式以及所对应根部生根条件等详细信息。

通过对管道支吊点模型数据的提取，还可得到支吊点荷载、管径、设计温度等信息，与支吊架根部选型及尺寸信息加以组合，开发接口程序，即可将信息传输至独立的支吊架选型软件中，进行支吊架的详细设计。同时将设计后的支吊架模型宏文件自动导入至PDMS软件中，进行碰撞检查以及核对。通过制定相应的模型碰撞检查和校验规则，可实现支吊架设计的智能核对校验。最终实现支吊架三维智能设计。某管道支吊架智能设计模型如图 6所示。

完成支吊架详细设计后，根据支吊架根部及其土建结构的关联信息，对生根在混凝土结构上的根部，需要进行预设埋件设计。提取生根的坐标位置和根部型钢大小、荷载、型式等必要信息，自动生成相应的埋件模型。同时按照埋件提资的编码规则对每块埋件进行编码标记，记录相关数据信息。自动生成的支吊架埋件模型及相关属性如图 7所示。

2.4 管道埋件提资、校核及发布

在进行支吊架设计选型的过程中，生成支吊架埋件时所提取的埋件信息会自动记录到埋件提资管理软件中（如图 8所示）。提资人可以在该界面对相应的埋件提资信息进行新建、修改、删除等操作。

提资人完成埋件的数字化提资后，点击校核推送按钮，将埋件提资数据推送给校核人，校核人进入校核界面，结合相关联的埋件三维标记模型、管道布置模型和支吊架模型等，直观快捷地对埋件提资进行校核审查。校审过程中，省去了以往的人工工作，设计人员可以把精力更多地放在埋件提资的合规性以及设计优化上；同时，埋件的审核意见也批注在提资表格中，与埋件模型相互关联，方便提资人准确快速地对校审意见做出响应。校审过程中每个往返版次都会记录在后台数据库中归档备查。

完成各级校审后的数字化提资单，由专业主设人通过后台数据库发布并推送至结构专业主设人。结构专业主设人完成签收后，通过解析埋件提资数据包，即可将其作为相关土建结构的设计输入文件。

2.5 管道支吊架埋件提资的修改及反馈

结构专业接收工艺专业埋件提资单后，进行优化设计时，可能会对局部埋件进行调整，因而会在发布的提资单中对相应的埋件提资信息进行调整，并传递给工艺专业。当工艺管道专业需要对部分埋件提资进行调整修改时，在原版提资单的基础上，对相应埋件提资信息进行版本升级标记，更新或替换原有提资单。结构专业可以根据升级标记，方便、快捷地识别埋件修改调整情况，对是否同意修改，做出复核意见并反馈至工艺管道专业，在后台数据库的基础上完成数字化提资。

3 工程应用

通过对管道支吊架三维智能设计、埋件提资及管理一体化方法的研究，实现了管道支吊架全过程智能化设计和提资。在国内某火电工程设计项目中首次应用该方法后，取得了很好的效果，具体体现在以下方面。

（1）实现了支吊架埋件的数字化智能提资。通过软件自动计算生成的埋件相关信息并形成后台数据库，代替了在二维平面图上绘制埋件的传统提资方式，节省了大量的人力，同时提高了提资的准确性。

（2）提高了支吊架三维设计质量和效率。通过程序算法直接获取支吊架根部结构等信息，节约了人工获取信息的工作量，设计人员可以把精力更多地放在支吊架设计优化上。

（3）实现了埋件提资的数字化管理。传统纸质提资单的传递和管理比较繁琐，使用该方法后，所有埋件提资单都以数据库的形式存放在后台，传递、管理均可通过软件实现，管理和设计水平得到大大提高。

4 有待解决的问题

随着对管道支吊架三维设计及埋件智能提资方法的深入研究和应用，提高了设计质量和效率，进一步完善了火力发电厂工艺管道数字化设计流程，但是也有如下问题有待进一步研究和解决。

（1）对于常规标准的支吊架形式设计选型和埋件提资效率较高，但是对于一些特殊的非标形式的支吊架模板库还有待进一步补充，相关程序有待后期不断完善。

（2）针对比较规则的土建结构梁、板、柱，该方法可实现有效识别和准确计算，但是对于不规则的土建结构，在埋件提资方面还需要进行人为干涉，相关算法有待进一步深入研究。

（3）管道支吊架埋件提资虽然实现了数字化提资管理流程，但是在结构专业Revit^[6]平台中，如何实现埋件布置图的智能快速绘制还有待进一步研究完善。