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摘要：随着三维设计软件的发展，三维管路设计在船舶和海洋工程管路设计中占据了主导地位，管路布置的空间规划对整个设计项目的运行和实施起到重要作用，本文针对管路设计中应考虑的管路工艺、安装与维修、设计规范等设计要求，研究如何进行管路模型的空间规划。
关键词：三维管路设计 空间分配原则 管道路径规划 管路工艺
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-088-01
引言
在船舶和海洋工程的设计项目中，管路布置是一项复杂而繁重的工作，管路布置的好坏决定产品的寿命和使用，在进行管路三维设计之前，根据设计规范和管路工艺，进行二维管路的空间规划十分重要，为以后管路设计的开展提供设计方案和指导。在空间规划中，包括结构、风道、电缆托架、逃生通道、操作维修空间、主管路、主要阀门的空间位置，合理分配空间，使它们能在有限的空间内合理布置。
1 前期准备
在进行模型空间规划之前，应着手准备设计所必须用到的相关图纸，并核对图纸的准确性和可能存在的修改因素，来决定是否可以进行模型空间规划，以免由于条件不足，造成规划错误。模型空间规划应具备的条件如下：
1）结构模型建模完成，包括主要结构和次要结构、围壁、吊物口、梯子、平台、人孔、大型设备基座。
2）设备布置图完成
3）设备模型建模完成，没有资料的设备，建立设备外形尺寸模型
4）主干风道布置图设计完成
5）主干电缆托架布置图完成
6）防火安全等级及危险区域划分图完成
7）逃生通道布置图完成
8）管路原理图设计完成
9）管路设计规格书完成
2 模型空间规划
上述前提条件具备之后，综合分析可以利用的模型空间和各个专业模型所需占用的空间尺寸，如托架空间尺寸、风道尺寸等，利用下面公式计算出管路所能占用的空间，根据空间的大小决定管路布置分层。
Hpi = H – Hst – Hes – Hca - Hdu
公式代号说明：
Hpi ：管路模型空间高度
H ：总空间高度，一般为甲板层高
Hst ：结构梁高度
Hes ：逃生通道高度，一般为2.1米。
Hca ：电缆托架高度
Hdu ：风道高度
如果是生活楼项目，还应考虑减去天花板和灯具的高度。如果Hpi较大，可以考虑将管路规划分为两层或三层，一般不超过三层，划分时应考虑连接支管所需空间。
3 模型空间分配基本原则
根据不同的项目，不同的区域，管路模型空间规划也会有所不同，下面将针对常见的几种情况，根据设计规范和管路应力分析的要求给出相对合理的分配原则。
3.1电缆托架、风道、管路同时布置时空间分配原则
电缆托架尽量占用上层空间，风道尽量占用下层空间，管路尽量布置在托架与风道之间。
3.2多层管道布置分配原则
甲板下层管路布置：大口径管线布置在下层，小口径管路布置在上层。
甲板上层管路布置：大口径管路布置在上层，小口径管路布置在下层。
3.3单层管道布置原则
道应并排布置，靠近支架的两侧适宜布置大管，中间布置小管。
3.4管廊管路布置原则
大尺寸管线布置在管廊下层，小尺寸管线布置在管廊上层。
4 注意设计规范和工艺的要求
在进行管路布置时应考虑设计规范中明确禁止的条文以及设备操作维修时的要求，贯彻管路设计的全过程，下面列出一些设计基本要求：
1）管路布置时，应考虑支架的安装，留出安装空间。
2）管路布置不得影响设备、仪表的操作和维修。
3）特殊情况下，油水管路布置在电缆托架上方时，不得有可拆卸的连接件。
4）有吊装要求的设备，上部不得成排布置管路、托架。
5）吊物口和人孔的空间区域内不得布置任何设备、管路、托架和风道。
6）风道进风口应远离危险区域3m以上。
7）电气设备、发电机、主要仪器上方不得布置蒸汽管、油管、水管、排气管，不可避免时，不可设置可拆卸的接头，并采取保护措施。
8）淡水管不得穿过油舱；油管、海水管、污水管不得穿过淡水舱。不可避免时，应设密封护管。其它管路穿过油舱时，管壁应加厚，不得设有可拆卸接头。
9）燃油艙柜的空气管、测深管、溢流管、注入管及液压管不得穿越居住舱室，不可避免时，应不得设置可拆卸接头，并设防护措施。
10）锅炉、烟管、蒸汽管、消音器上方，不得布置油管和油柜，不可避免时，油管不得有接头。
11）舱底水、压载水系统吸口应布置在各舱的最低位置，考虑船舶尾倾，一般在靠近船尾位置。
12）生活楼区域饮用水管尽量布置在舾装板墙壁内侧。
13）双层或多层电缆托架布置尽量选在下层没有风道、下部空间没有设备的位置。
14）主甲板下强应力区结构禁止开孔，生活楼区300以上T型梁，处于非强应力区时，可以按照开孔要求开孔，但需要做结构补强。
5 建模
模型空间规划完成后，可以开始管路建模了，根据模型空间规划中针对风道、电缆托架和管路分配的空间位置，开始托架、风道和主管路的建模工作。管路建模时根据管路系统的重要性和布置难度按照下面原则建立模型：
1）重要系统管路优先建模，如主机、发电机排烟管、海水总管、消防总管、压载水总管、原油总管等大尺寸管线。
2）有斜度要求的管线应优先建模：如黑水、灰水、排水管路。
6 模型优化
各专业模型设计完成后，开始审查模型，进行优化调整，解决模型中存在的碰撞问题。为了便于管支架安装和方便阀门操作，对管路进行适当的调整，管路上方没有电缆托架时，管路布置应向上调整。管路柔性不足时，适当增加膨胀弯，提高柔性，满足柔性要求时，尽量减少弯头数量，使模型做到最优状态。
7 结束语
多年来大家一直都希望能找到简化管路布置的设计方法，提高管路布置的合理性，希望本文能给管路设计者带来一定的启发和帮助。
参考文献：
[1]刘家仓，张应中，罗晓芳.三维管道空间布置系统的设计与实现.现代制造工程，2005
[2]徐宝东.管路设计布置要求.化学工业出版社，2011
[3]高志恒.基于三维模型的管路布置方法，四川兵工学报 2011（2）
[4]张德姜，赵勇 石油化工工艺管道设计与安装，中国石化，2007
作者简介：
刘伟，男，1975年 本科，工作单位：谢克斯特（天津）海洋船舶工程有限公司，主要从事船舶及海洋工程的详细设计、生产设计工作和设计软件的二次开发。
赵景岩，女，1982年 本科，工作单位： 谢克斯特（天津）海洋船舶工程有限公司，主要从事船舶及海洋工程的详细设计和生产设计工作。
关键词：三维管路设计 空间分配原则 管道路径规划 管路工艺
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）29-088-01
引言
在船舶和海洋工程的设计项目中，管路布置是一项复杂而繁重的工作，管路布置的好坏决定产品的寿命和使用，在进行管路三维设计之前，根据设计规范和管路工艺，进行二维管路的空间规划十分重要，为以后管路设计的开展提供设计方案和指导。在空间规划中，包括结构、风道、电缆托架、逃生通道、操作维修空间、主管路、主要阀门的空间位置，合理分配空间，使它们能在有限的空间内合理布置。
1 前期准备
在进行模型空间规划之前，应着手准备设计所必须用到的相关图纸，并核对图纸的准确性和可能存在的修改因素，来决定是否可以进行模型空间规划，以免由于条件不足，造成规划错误。模型空间规划应具备的条件如下：
1）结构模型建模完成，包括主要结构和次要结构、围壁、吊物口、梯子、平台、人孔、大型设备基座。
2）设备布置图完成
3）设备模型建模完成，没有资料的设备，建立设备外形尺寸模型
4）主干风道布置图设计完成
5）主干电缆托架布置图完成
6）防火安全等级及危险区域划分图完成
7）逃生通道布置图完成
8）管路原理图设计完成
9）管路设计规格书完成
2 模型空间规划
上述前提条件具备之后，综合分析可以利用的模型空间和各个专业模型所需占用的空间尺寸，如托架空间尺寸、风道尺寸等，利用下面公式计算出管路所能占用的空间，根据空间的大小决定管路布置分层。
Hpi = H – Hst – Hes – Hca - Hdu
公式代号说明：
Hpi ：管路模型空间高度
H ：总空间高度，一般为甲板层高
Hst ：结构梁高度
Hes ：逃生通道高度，一般为2.1米。
Hca ：电缆托架高度
Hdu ：风道高度
如果是生活楼项目，还应考虑减去天花板和灯具的高度。如果Hpi较大，可以考虑将管路规划分为两层或三层，一般不超过三层，划分时应考虑连接支管所需空间。
3 模型空间分配基本原则
根据不同的项目，不同的区域，管路模型空间规划也会有所不同，下面将针对常见的几种情况，根据设计规范和管路应力分析的要求给出相对合理的分配原则。
3.1电缆托架、风道、管路同时布置时空间分配原则
电缆托架尽量占用上层空间，风道尽量占用下层空间，管路尽量布置在托架与风道之间。
3.2多层管道布置分配原则
甲板下层管路布置：大口径管线布置在下层，小口径管路布置在上层。
甲板上层管路布置：大口径管路布置在上层，小口径管路布置在下层。
3.3单层管道布置原则
道应并排布置，靠近支架的两侧适宜布置大管，中间布置小管。
3.4管廊管路布置原则
大尺寸管线布置在管廊下层，小尺寸管线布置在管廊上层。
4 注意设计规范和工艺的要求
在进行管路布置时应考虑设计规范中明确禁止的条文以及设备操作维修时的要求，贯彻管路设计的全过程，下面列出一些设计基本要求：
1）管路布置时，应考虑支架的安装，留出安装空间。
2）管路布置不得影响设备、仪表的操作和维修。
3）特殊情况下，油水管路布置在电缆托架上方时，不得有可拆卸的连接件。
4）有吊装要求的设备，上部不得成排布置管路、托架。
5）吊物口和人孔的空间区域内不得布置任何设备、管路、托架和风道。
6）风道进风口应远离危险区域3m以上。
7）电气设备、发电机、主要仪器上方不得布置蒸汽管、油管、水管、排气管，不可避免时，不可设置可拆卸的接头，并采取保护措施。
8）淡水管不得穿过油舱；油管、海水管、污水管不得穿过淡水舱。不可避免时，应设密封护管。其它管路穿过油舱时，管壁应加厚，不得设有可拆卸接头。
9）燃油艙柜的空气管、测深管、溢流管、注入管及液压管不得穿越居住舱室，不可避免时，应不得设置可拆卸接头，并设防护措施。
10）锅炉、烟管、蒸汽管、消音器上方，不得布置油管和油柜，不可避免时，油管不得有接头。
11）舱底水、压载水系统吸口应布置在各舱的最低位置，考虑船舶尾倾，一般在靠近船尾位置。
12）生活楼区域饮用水管尽量布置在舾装板墙壁内侧。
13）双层或多层电缆托架布置尽量选在下层没有风道、下部空间没有设备的位置。
14）主甲板下强应力区结构禁止开孔，生活楼区300以上T型梁，处于非强应力区时，可以按照开孔要求开孔，但需要做结构补强。
5 建模
模型空间规划完成后，可以开始管路建模了，根据模型空间规划中针对风道、电缆托架和管路分配的空间位置，开始托架、风道和主管路的建模工作。管路建模时根据管路系统的重要性和布置难度按照下面原则建立模型：
1）重要系统管路优先建模，如主机、发电机排烟管、海水总管、消防总管、压载水总管、原油总管等大尺寸管线。
2）有斜度要求的管线应优先建模：如黑水、灰水、排水管路。
6 模型优化
各专业模型设计完成后，开始审查模型，进行优化调整，解决模型中存在的碰撞问题。为了便于管支架安装和方便阀门操作，对管路进行适当的调整，管路上方没有电缆托架时，管路布置应向上调整。管路柔性不足时，适当增加膨胀弯，提高柔性，满足柔性要求时，尽量减少弯头数量，使模型做到最优状态。
7 结束语
多年来大家一直都希望能找到简化管路布置的设计方法，提高管路布置的合理性，希望本文能给管路设计者带来一定的启发和帮助。
参考文献：
[1]刘家仓，张应中，罗晓芳.三维管道空间布置系统的设计与实现.现代制造工程，2005
[2]徐宝东.管路设计布置要求.化学工业出版社，2011
[3]高志恒.基于三维模型的管路布置方法，四川兵工学报 2011（2）
[4]张德姜，赵勇 石油化工工艺管道设计与安装，中国石化，2007
作者简介：
刘伟，男，1975年 本科，工作单位：谢克斯特（天津）海洋船舶工程有限公司，主要从事船舶及海洋工程的详细设计、生产设计工作和设计软件的二次开发。
赵景岩，女，1982年 本科，工作单位： 谢克斯特（天津）海洋船舶工程有限公司，主要从事船舶及海洋工程的详细设计和生产设计工作。