CAD三维造型技术在工程建设中的应用

摘要：Auto CAD是工程建设中应用最为广泛的计算机辅助绘图和设计软件,已从简单二维绘图发展成为集三维实体造型、真实感显示及通用数据库管理于一体。其强大的三维实体造型功能能够在石化工程建设中的流程分析、图纸自查、方案评审、精度预制等方面得到了应用。

关键词：Auto CAD；三维造型；工程应用

中图分类号TP391 文献标识码：A文章编号：

Auto CAD是目前国内外使用最广泛的计算机绘图和设计软件，它以其界面友好、使用方便、功能强大、容易学习等特点,被广大工程技术人员所接受。它集数值计算、仿真模拟、几何模型处理等方面的技术于一体。能够把抽象的、平面的、分离的设计对象具体化、形象化。其强大的三维造型和数值计算功能能够在工艺管道、储罐施工中起到重要辅助作用。

CAD三维造型在建筑和机械中的应用已经非常的广泛了，建筑师可以利用CAD三维造型技术设计图纸，进行建筑内外空间三维效果的预览，以及三维建筑演示动画及虚拟现实技术等更为复杂的设计。然而对CAD三维造型在建设工程中的应用却相对比较陌生，尽管已经能熟练的运用CAD制作平面示意图和进行储罐的排板，但却很少考虑将三维造型功能应用到工程中去。通过实践，总结了CAD在石化工程两个方面的主要应用。

1利用三维造型功能对场站进行模拟

场站施工的特点是施工组织难度较大、技术管理工作相对复杂，因图纸深度不够（设计与实际不符、管线标高打架、流程达不到运行单位要求）、现场条件变化以及施工自身错误（交底错误、不能正确领悟图意）等等，都容易造成返工。运用CAD 三维造型技术，在开工前制作仿真三维模型，进行三维空间预览，将施工中可能出现的问题提前暴露在虚拟环境下，图纸会审时能直观的指出，以此来保证施工的连续性、提高施工及管理效率。

图1 某联合站模型

图2 注水井口模型

1.1施工蓝图的缺点

常用施工图纸因为受平面因素和纸张大小的制约，分为流程图、平面管网图、设备安装图、剖视图等，平面管网连接着许多设备、容器的安装图，而各设备、容器的安装图又有许多剖视图和详图。因此缺乏整体感，要将整体流程贯通，需要花费一定时间，而时间稍长还容易忘记。而运行单位更多关心的是工程能否达到生产要求。他们并不熟悉那些平面图、剖视图，因此在安装过程中，不容易沟通，如果能让他们对存在的问题有一个真实形状和构造的认识，可以更好解决施工中碰到的问题。

1.2三维模型图的作用

（1）能通过制作三维模型及时发现图纸中的尺寸是否有遗漏或错误，与现场实际情况是否相符，同时能够很快熟悉流程，而且便于修改。在江汉油田一集油站施工中，由于工农关系，征地位置发生了改变，部分设备方位有所调整，此时利用CAD便于修改的特点，很快就将变更后的集油站模型制作出来，最终顺利完成了施工任务。

（2） CAD中的图纸空间是无穷大的，只要计算机性能允许，不管多大的场站都能够放在一个界面中，同时运用不同的颜色来区分不同的系统，如图3所示，红色代表原油系统、黄色代表天然气系统、绿色代表热回水系统、蓝色代表排污系统等，便于查看和分析流程。

图3 集油站模型

（3）提高技术交底的效率。在施工普光气田P102集气站时，由于该站的施工图是轴测图，整个站场共有300多张图纸，看图极不方便，而且该站管材的材质有7种之多，如果技术交底不清或交底错误，很容易造成材料混用和返工。通过思考运用CAD的三维造型技术，将这三百多张图纸合并在一起，并利用不同颜色来区分不同的材质，如图4所示，可以使整个场站变的很直观，并让所有施工人员清楚整体流程、剩余工作量及需要准备的材料，不用重复进行交底。

图4P102集气站轴侧图汇总图

（4）在投产保运期间，可以帮助运行单位操作人员熟悉流程，找到各控制阀的位置。

1.3三维造型的缺陷

绘制周期较长，不适合前期准备时间较短、工期要求较紧的小型项目；对绘制人的CAD操作有一些要求，需要一定的空间转换能力。

2 利用数值计算功能，精度预制储罐盘梯

立式储罐盘梯的预制精度会直接影响现场安装的效率。按照传统工艺，盘梯预制前，首先按照施工图计算盘梯的大样半径，然后在很大的钢制平台上进行放样，焊接定位卡，将内外侧板刚性固定后，再组装踏步。由于实际上盘梯并不是一个空间弧线，而是一条空间螺旋线，因此按照空间弧线计算大样半径本身就会存在不可避免的误差，而在现场放样和传统组装踏步的过程中也存在较大施工误差，导致整体预制精度不够，现场安装盘梯时，需要进行校正，不但影响美观，还会影响储罐整体施工进度。

在江汉油田王场联合站3000m3调储罐施工中，运用CAD制作储罐三维模型，如图5所示，将盘梯模型放大后，再通过标注和查询，得到每级踏步在内外侧板上的两个夹角，图中所示的39°和44°，以及两级踏步在内侧板和外侧板上的两个间距尺寸，有了这4个尺寸，在普通场地上，也可以对盘梯进行组对预制，踏步组对焊接完毕后，盘梯会自动成型，不用去计算盘梯大样半径和在很大的平台上进行放样预制，通过实践证明其精度比传统工艺预制出的盘梯要高很多，现场组装一次成功，不需要加热调整强力组装。

图5 储罐三维模型

图6储罐盘梯放样图

3 结 论

精度预制可以大幅提升施工人员的下料精度，并在除盘梯预制外的异径斜马鞍下料、叠加弯头连头的下料中得到应用，实践证明通过CAD计算和放样，操作简单、下料精确，容易推广使用。

三维造型功能在实际应用中会存在绘制周期和效率问题，这也是目前三维造型在建设工程中推广应用的难点，但近两年已经出现了一种CAD的二次开发程序，可以通过设置参数，自动生成图形，目前已经应用在设计领域，能够大幅提升设计和绘图效率；因此相信随着CAD软件的发展和二次开发程序的完善，这一难点会得到解决，届时CAD三维造型的应用将会更加广泛。

作者简介：田旭英（1975―），女，大学，工程师。现中石化江汉油建工程有限公司江汉项目经理部主要从事油气建设工程工艺安装技术工作。发表专业论文1 篇。