管道支吊架的设计系统和设计方法与流程

本发明涉及用于能源、化工等领域的管道支吊架的设计系统和设计方法。

背景技术：

在能源、化工等相关行业的工厂设计中，管道的设计是一项复杂且繁重的工作，而管道的支吊架是管道系统的重要组成部分，管道支吊架设计是否合理，直接影响管道乃至整个工厂的安全运行。

支吊架的主要作用是承受管道荷载、限制管道位移、控制管道振动等，支吊架的设计在满足上述功能的同时，还需要考虑是否能够满足支吊架的生根条件，同时还要避免与相邻的管道、设备、建筑等发生碰撞。

与以前手工进行计算和绘图的设计方式相比，目前管道支吊架可利用计算机软件进行辅助设计，并且可对支吊架建立三维模型，在PDMS等三维软件中以三维实体进行展示，大大提高了工作效率，减少的碰撞等问题的发生。

但是目前管道支吊架设计流程仍然较为繁琐，主要问题在于目前支吊架设计中所使用的应力分析软件、支吊架设计软件、三维工厂设计软件各自是独立的软件，在不同的软件中需要重复的建模、数据输入等；还有就是支吊架三维模型是在相应的计算完成之后建立的，往往滞后于管道三维模型，导致支吊架碰撞经常不能及时发现，支吊架的重新调整和计算极大的增加了设计人员的工作量，甚至可能造成建设工期的延误。

技术实现要素：

本发明提供了一种管道支吊架的设计系统和设计方法，提高管道支吊架设计效率，并且减少人为造成的数据错误。

本发明管道支吊架的设计系统，包括：

逻辑支吊架插入模块：用于在初步布置后的管道系统中插入逻辑支吊架，主要包括弹簧支吊架、刚性支吊架等用以承担管道重量，固定支吊架、限位支吊架等用以对管道位移进行限制；

实体三维支吊架生成模块：接收所述逻辑支吊架插入模块的管道参数、逻辑支吊架类型,以及与支吊架周围可生根的土建结构的梁、柱位置关系等，生成可能的支吊架管部、根部以及中间连接件组合形式输出信息，生成占位用的三维支吊架；以及在应力分析之后根据支吊架设计模块生成的数据生成真实的三维支吊架。还可以根据应力分析结果中不同工况的管道位移数据，在三维设计软件中重建不同工况下的管道模型，并根据新生成的管道三维模型和支吊架中管部与根部的位置变化，调整支吊架模型的拉杆、弹簧等连接件，重建该工况下支吊架模型；

应力分析模块：读取逻辑支吊架和管道参数信息，包括材料、工作温度、压力、保温重量、管件及阀门的重量等，根据管道系统及管道上逻辑支吊架的设置进行应力分析；

支吊架设计模块：读取应力分析结果数据和占位用的三维支吊架中每一个支吊架管部、根部的型式等数据，进行支吊架详细设计，生成真实的三维支吊架的管部、根部及连接件的信息；

三维碰撞检查模块：对占位用的三维支吊架和真实的三维支吊架与周围管道、设备、结构等进行碰撞分析，可分别检查设计状态、冷态、热态等不同工况，检查碰撞、净空等是否满足要求，对不满足要求的支吊架做出提示。

进一步的，支吊架设计模块的下游还设有支吊架出图模块，可按需要生成支吊架组装图、支吊架一览表，并可自动统计支吊架材料表等。

本发明还提供了一种用于上述系统的管道支吊架的设计方法，包括：

A.在初步布置后的三维管道模型中插入逻辑支吊架，包括水平管道上各逻辑支吊架的间距、靠近弯头的逻辑支吊架设置、垂直管道上逻辑支吊架设置、支架与吊架的选择等；

B.通过实体三维支吊架生成模块读取所述三维管道模型的管道参数，包括管径、工作温度等参数，根据逻辑支吊架的类型，选择合适的支吊架管部；同时根据支吊架与附近结构梁、柱的位置关系，自动选择支吊架的根部型式；根据支吊架管部、根部自动生成支吊架连接件，生成占位用的三维支吊架；

C.对所述占位用的三维支吊架进行碰撞分析，并根据碰撞分析结果在三维设计软件中对三维管道和占位用的三维支吊架进行调整，如支吊架的根部或管部的型式，或者调整支吊架的位置等；

D.根据三维管道模型的参数以及所述逻辑支吊架的元件位置、参数信息等对步骤C调整后的三维管道和占位用的三维支吊架进行应力分析，并根据应力计算结果对三维管道和逻辑支吊架进行相应修改，修改后重新执行步骤B至D，直到满足应力分析要求；

E.根据步骤D应力分析的输出数据和占位用的三维支吊架的管部、根部及连接件方式等元件连接信息，进行支吊架的设计计算，进而根据支吊架设计数据生成真实的三维支吊架，避免了在支吊架设计软件中再次重复输入生成真实实体三维支吊架的数据；

F.对所述真实的三维支吊架碰撞分析和对其相应修改后，输出相应的支吊架组装图、支吊架一览表等图表，并可自动统计支吊架材料表。

进一步的，步骤A中还包括在三维设计软件中对插入的逻辑支吊架的结构进行查看和人工调整，例如将刚性支吊架修改为弹簧支吊架或将单拉杆修改为双拉杆；也可对逻辑支吊架的位置进行调整；也可以删除某个逻辑支吊架或添加新的逻辑支吊架等。

进一步的，在生成占位用的三维支吊架的过程中，如果没有支吊架生根位置，则进行提示，人工选择自动添加预布梁，或者重新调整支吊架的位置后再继续生成占位用的三维支吊架。

在此基础上，对占位用的三维支吊架的主体结构修改后导致根部需要相应修改时，提示重新生成新的占位用的三维支吊架。

在步骤D中对三维管道和逻辑支吊架的相应修改时，一种可选的方式是根据应力分析的结果，在应力分析软件中对所述实体三维支吊架进行局部调整，并重新执行应力分析直至满足要求，然后将应力计算结果通过应力分析软件导回三维设计软件中，并将应力分析软件中对三维管道与逻辑支吊架的修改数据同步到三维设计软件中，使三维设计软件中的数据与应力分析软件中的数据一致。

另一种可选的方式是根据应力分析的结果，在三维设计软件中对三维管道和逻辑支吊架进行局部调整，对调整后的管系重新执行应力分析直至满足要求，然后将应力分析结果通过应力分析软件导回三维设计软件中，供其它模块调用。

本发明管道支吊架的设计系统和设计方法，实现了快速自动插入逻辑支吊架，在进行应力分析之前就能够生成支吊架的实体三维模型，进行占位和碰撞分析，极大简化了后续的检查、分析过程，非常显著的减少了因碰撞导致的各种返工设计和计算，实现了三维设计数据与应力分析数据的双向互导以及三维设计数据与支吊架设计软件数据的双向互导，避免了数据的重复输入，极大减少了因人工输入导致出错的概率。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明

图1为本发明管道支吊架的设计系统的框图。

图2为本发明管道支吊架的设计方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示本发明管道支吊架的设计系统，包括：

逻辑支吊架插入模块：用于在初步布置后的管道系统中插入逻辑支吊架，主要包括弹簧支吊架、刚性支吊架等用以承担管道重量，固定支吊架、限位支吊架等用以对管道位移进行限制。设计人员可以在PDMS三维工厂设计软件中进入逻辑支吊架插入模块，查看自动插入的逻辑支吊架，并对逻辑支吊架的类型和位置进行调整。

实体三维支吊架生成模块：接收所述逻辑支吊架插入模块的管道参数、逻辑支吊架类型,以及与支吊架周围可生根的土建结构的梁、柱位置关系等，生成可能的支吊架管部、根部以及中间连接件组合形式输出信息，生成占位用的三维支吊架；以及在应力分析之后根据支吊架设计模块生成的数据通过PDMS软件生成精确的真实的三维支吊架。还可以应力分析结果中不同工况的管道位移数据，在三维设计软件中重建不同工况下的管道模型，并根据新生成的管道三维模型和支吊架中管部与根部的位置变化，调整支吊架模型的拉杆、弹簧等连接件，重建该工况下支吊架模型。

应力分析模块：读取逻辑支吊架和管道参数信息，包括材料、工作温度、压力、保温重量、管件及阀门的重量等，根据管道系统及管道上逻辑支吊架的设置生成管道应力计算软件所需要的输入文件，传递给位于本机或服务器中的应力计算软件进行应力分析，无需设计人员重复建模和输入参数。

支吊架设计模块：读取应力分析结果数据和占位用的三维支吊架中每一个支吊架管部、根部的型式等数据，生成真实的三维支吊架的管部、根部及连接件的信息，避免了重复的数据输入。

三维碰撞检查模块：对占位用的三维支吊架和真实的三维支吊架与周围管道、设备、结构等进行碰撞分析，可分别检查设计状态、冷态、热态等不同工况，检查碰撞、净空等是否满足要求，对不满足要求的支吊架做出提示。

支吊架出图模块设于支吊架设计模块的下游，可按需要生成支吊架组装图、支吊架一览表，并可自动统计支吊架材料表等。

如图2所示用于上述系统的管道支吊架的设计方法，包括：

A.由设计人员初步确定管道走向，在PDMS三维设计软件中建立初步的管道三维模型。在初步布置后的三维管道模型中调用逻辑支吊架插入模块插入逻辑支吊架，包括水平管道上各逻辑支吊架的间距、靠近弯头的逻辑支吊架设置、垂直管道上逻辑支吊架设置、支架与吊架的选择等。设计人员还可以在PDMS软件中对插入的逻辑支吊架的结构进行查看和人工调整，例如将刚性支吊架修改为弹簧支吊架或将单拉杆修改为双拉杆；也可对逻辑支吊架的位置进行调整；也可以删除某个逻辑支吊架或添加新的逻辑支吊架等。

B.通过实体三维支吊架生成模块读取所述三维管道模型的管道参数，包括管径、工作温度等参数，根据逻辑支吊架的类型，选择合适的支吊架管部；同时根据支吊架与附近结构梁、柱的位置关系，自动选择支吊架的根部型式；根据支吊架管部、根部自动生成支吊架连接件，组装成占位用的三维支吊架。如果在生成占位用的三维支吊架的过程中系统发现没有支吊架生根位置，则提示设计人员，通过人工选择自动添加预布梁，或者重新调整支吊架的位置后再继续生成占位用的三维支吊架。如果对占位用的三维支吊架的主体结构修改后导致根部需要相应修改，则提示需重新生成新的占位用的三维支吊架。

C.通过三维碰撞检查模块对所述占位用的三维支吊架进行碰撞分析，并根据碰撞分析结果在三维设计软件中对三维管道和占位用的三维支吊架进行调整，如支吊架的根部或管部的型式，或者调整支吊架的位置等，对三维管道及占位用的三维支吊架的结构做相应调整；对调整后的占位用的三维支吊架重新执行碰撞分析，直到通过。

D.在PDMS软件中读取三维管道模型的参数以及所述逻辑支吊架的元件位置、参数信息等，自动生成管道应力计算输入文件，将上述应力计算输入文件导入应力分析软件对步骤C调整后的三维管道和占位用的三维支吊架通过应力分析模块进行应力分析，并根据应力计算结果对三维管道和逻辑支吊架进行相应修改，修改后重新执行步骤B至D，直到满足应力分析要求。对三维管道和逻辑支吊架的修改，一种方式是根据应力分析的结果，直接在应力分析软件中对三维管道和逻辑支吊架进行局部调整，并重新执行应力分析直至满足要求，然后将应力计算结果通过应力分析软件导回PDMS三维设计软件中，使三维设计软件中的数据与应力分析软件中的数据一致。

另一种方式是根据应力分析的结果，在PDMS三维设计软件中对三维管道和逻辑支吊架进行局部调整，对调整后的管系重新执行应力分析直至满足要求，然后将应力分析结果通过应力分析软件导回PDMS软件中，供其它模块调用。

E.根据步骤D应力分析的输出数据和占位用的三维支吊架的管部、根部及连接件方式等元件连接信息，通过所述的支吊架设计模块进行支吊架的设计计算，进而根据支吊架设计数据生成真实的三维支吊架，避免了在支吊架设计软件中再次重复输入生成管道支吊架设计所需的数据。

F.对所述真实的三维支吊架碰撞分析和对其相应修改后，输出相应的支吊架组装图、支吊架一览表等图表，并可自动统计支吊架材料表。