Протяженность магистральных трубопроводов в России составляет более 250 тыс. км. В России преобладают трубопроводы большого диаметра 1220 и 1420 мм.  В планах крупнейших энергетических компаний предусмотрен значительный рост объемов строительства трубопроводов. Достигнуть этого предполагается с применением современных технологий, в том числе при проектировании. Современный этап развития информационных технологий САПР начался в 2000-х годах. Одними из первых стали проектировщики, выполняющая проектно­изыскательские работы для ТЭК. Их заказчиками были крупные нефтяные компании, которые ведут разработку месторождений на Урале, в Поволжье, Западной и Восточной Сибири, в Тимано-Печорском регионе и на Дальнем Востоке, а также за рубежом – во Вьетнаме, на Кубе, Ближнем Востоке, в Венесуэле, Казахстане.

Проектирование разветвленных сетей трубопроводов различного назначения

За это время выполнены тысячи объектов, среди которых и крупные объекты – центральные пункты сбора, установки подготовки нефти, энергетика и связь, общая инфраструктура, и отдельные объекты – насосные станции, различные установки, инженерные сети, приемо-сдаточный пункт товарной нефти, площадка трехфазных сепараторов и др. Проектные работы с использованием 3D-технологии выполнялись на основе западных стандартов, которые требовали применения ссылочных технологий, соблюдения стандартов проекта, автоматизированных процедур разработки и оформления проектной документации на основе электронных шаблонов.

Теперь в России есть отечественные средства автоматизации, такие как Model Studio CS – надежные, функциональные и оптимальные по стоимости. Не много программных разработок предлагают широкие возможности по столь умеренной цене. Российских проектировщиков привлекает идея комплексного подхода к 3D-проектированию с учетом отечественных норм и традиций проектирования. Model Studio CS – это единая графическая платформа всех частей проекта, единые подходы и структура базы проекта, наличие встроенной базы оборудования, интеграция с расчетами, открытость интерфейса, возможность адаптации и интеграции с системами документооборота. Комплекс позволяет решать следующие основные задачи:
• трехмерная компоновка и моделирование;
• расчеты и проверка инженерных решений;
• формирование и выпуск проектной и рабочей документации.

Компоновка оборудования из базы данных

Технологии Model Studio CS предусматривают возможность эскизной проработки модели, работы с абстрактным оборудованием на ранних этапах проекта. Имеется удобный механизм поиска коллизий, причем не только графических, но и нормативных расстояний между объектами согласно отечественным нормам промышленной безопасности. Можно собирать данные из внешних ссылок других программ, в том числе использовать оборудование из внешних ссылок. Легко подгружается оборудование с сайтов заводов-изготовителей. Инструменты создания типовых узлов и конструкций очень удобны, что позволяет развивать технологии типизации и унификации.

Преимущества Model Studio CS состоят в хорошей интеграции с системами САПР других производителей, легкости освоения интерфейса и удобстве инструментов, возможность объединения различных специалистов в единой системе проектирования, объединение разнородных проектных данных в единой среде хранения и обработки, сокращение сроков разработки проектов благодаря ускорению процессов проектирования, совместимость с различными решениями от других производителей.  Вопрос объединения результатов проектирования 3D-моделей, полученных средствами программ от разных производителей в едином информационном трехмерном пространстве решается с помощью Navisworks Autodesk.

Одним из популярных программных комплексов является Model Studio CS Трубопроводы. Он предназначен для трехмерного проектирования, компоновки и выпуска проектной/рабочей документации по технологическим установкам и трубопроводам на проектируемых или реконструируемых объектах и
является достойным конкурентом зарубежных аналогов, в том числе и среди современных систем управления проектными данными и инженерных расчетов. Документация, формируемая с помощью этого программного комплекса, строго соответствует требованиям российских государственных и отраслевых стандартов. С 2016 года программный комплекс Model Studio CS Трубопроводы включен в единый реестр российских программ для ЭВМ.

Основными возможностями Model Studio CS Трубопроводы являются:
• технология проектирования оборудования и трубопроводов;
• автоматическая расстановка опор трубопровода, расчет нагрузки на опоры;
• получение чертежей и табличных документов;
• формирование опросных листов на оборудование и элементы трубопроводов;
• автоматическая генерация типовых чертежей;
• интеграционные возможности с расчетными системами;
• интеграционные возможности со смежными дисциплинами.

Компоновка или размещение оборудования в трехмерном пространстве является одним из наиболее ответственных технических решений при проектировании промышленных объектов и технологических установок. От компоновки оборудования зависит безопасность производства, удобство и стоимость обслуживания. Для решения компоновочной задачи в Model Studio CS Трубопроводы предусмотрены все необходимые инструменты и функции. Они обеспечивают удобство работы и возможность проверки допустимых расстояний в любой момент и на любом этапе создания проекта. Примером инструмента, который значительно упрощают работу, служит функция быстрого перехода из двумерного представления в трехмерное, которая позволяет выполнять проект на привычном плоском плане 2D, при этом переключение в трехмерный вид 3D осуществляется одним нажатием кнопки. Эта функция особенно полезна тем, кто только недавно начал осваивать трехмерное проектирование и пока испытывает трудности восприятия 3D.

Конструктор оборудования Model Studio

Оборудование, размещаемое в модели, может быть стандартным из базы данных, поставляемой вместе с программным комплексом, или создаваться непосредственно в программе с помощью имеющихся инструментов. Кроме того, Model Studio CS может использовать каталоги оборудования, подготовленные его производителями, а также модели, выполненные в различных САПР: AutoCAD, nanoCAD, Autodesk Inventor, Solid Works, КОМПАС и других САПР общего назначения путем сохранения в формат *.dwg или DXF 3D. База данных оборудования, изделий и материалов Model Studio CS встроена в среду проектирования и не требует вызова дополнительных программ.

Инженер, использующий Model Studio CS, получает все инструменты необходимые для работы с базой: поиск, работа с предопределенными выборками, классификаторами. Существует возможность предварительно посмотреть, как выглядит объект, и получить полную информацию о нем: марку, название завода-производителя, материал, вес, состав и другие полезные данные, необходимые для принятия решения. Гибкая, с хорошо продуманной эргономикой, система разработки и пополнения базы данных интеллектуальных объектов позволяет без труда сохранять в ней новое оборудование, изделия и материалы. База данных может работать как в локальном режиме на рабочем месте пользователя, так и в режиме общего доступа на сервере. Обновление базы осуществляется через Интернет путем подключения к серверу разработчика, где пользователь может выбрать необходимое или новое оборудование и скопировать его на сервер своей проектной организации.

Model Studio CS Трубопроводы позволяет выполнять все необходимые виды операций по трассировке трубопроводов. Трасса трубопроводов может создаваться как вручную, так и с использованием алгоритмов автоматической трассировки. При изменении диаметра отдельного элемента, например, арматуры или отвода, автоматически корректируются соединенные элементы. Т. о можно редактировать геометрию трубопровода, при этом будут автоматически пересчитываться длины, изменяться диаметры и конфигурация. Система отслеживает места подключения и соединения трубопроводов, автоматически корректируя трубопровод при перемещении подключенного оборудования или другого трубопровода.
Для изменения положения деталей на трубе достаточно указать деталь и ввести нужную величину в динамическом размере – Model Studio CS доделает остальное. Также программа позволяет одним нажатием кнопки создавать байпасные соединения, П-образные и Z-образные участки, подъемы, спуски, а также строить и редактировать уклоны трубопроводов с автоматической подгонкой модели под новый уклон.

Model Studio CS Трубопроводы позволяет выполнять все необходимые проверки на предмет обнаружения коллизий, пересечений, нарушения предельно допустимых расстояний. Система проверки коллизий обеспечивает возможность анализировать расстояния между трубопроводами, деталями трубопроводов, оборудованием, конструкциями, кабелями и другими объектами Model Studio CS. По умолчанию в стандартной поставке Model Studio CS Трубопроводы проверка коллизий осуществляется на соответствие ПБ 03–585–03, а также на самопересечения объектов модели. При необходимости пользователь может самостоятельно добавить правила проверки модели в специальном диалоговом окне и сохранить их для последующего использования. Такая проверка возможна в любой момент, как только проектировщик сочтет ее необходимой. По факту обнаружения коллизий Model Studio CS составит отчет в виде таблицы и покажет все нарушения на трехмерной модели, где проектировщик сможет их оперативно исправить.

Model Studio CS Трубопроводы автоматически на основе трехмерной модели формирует расчетные данные для специализированных расчетных программ. При расчетах прочности и жесткости моделей используется программа СТАРТ, а при гидравлических расчетах – программа Гидросистема. Передаются и конфигурация, и материалы, и вес, и опоры.

При оформлении проектных документов используются средства формирования видов и разрезов, подсистема автоматической обозначения позиций, размеров и выносок, а также другие инструменты. В дополнение к правилам оформления, основанным на ГОСТ, пользователь может настроить собственные правила оформления разрезов и планов чертежа – для этого применяется специальный Мастер, который позволяет создавать, хранить, импортировать и экспортировать профили обозначения размеров. Автоматическая генерация чертежей средствами Model Studio CS позволяет значительно сократить сроки выпуска документации. Процесс получения чертежа сводится к выполнению нескольких простых действий: установить границы вида на модели; указать место на чертеже, задать масштаб чертежа и выбрать из списка размеры и обозначения, подлежащие автоматической расстановке.

Model Studio CS имеет встроенные средства автоматической генерации аксонометрической схемы с выносками, размерами, отметками уровня и др. Аксонометрическая схема может реализовываться как для одного трубопровода, так и для нескольких. Все настройки, выполненные по умолчанию и включенные в стандартную поставку, могут быть изменены пользователем.

Для удобства работы с моделью предусмотрен виртуальный спецификатор – всегда доступное для просмотра специальное диалоговое окно, где состав модели отображается в виде таблицы заданной формы. Model Studio CS автоматически формирует и подготавливает для печати широкий набор спецификаций и табличных документов, среди которых заказная спецификация, спецификация оборудования, изделий и материалов по отраслевым стандартам, ведомость трубопроводов, экспликация оборудования (перечень оборудования), отчеты о коллизиях и другие документы, необходимые при проектировании и выпуске проектно-сметной документации. Кроме того, пользователю предоставлена возможность самостоятельно добавлять и редактировать формы табличных документов. Эти документы будут автоматически заполняться с сохранением в форматах MS Word, MS Excel, Rich Text Format (RTF) и непосредственно на чертеже AutoCAD.

В Model Studio CS реализован функционал для формирования и передачи данных в расчетный комплекс CPIPE для проведения прочностного расчета трехмерной модели. На основании данных трехмерной модели средствами Model Studio CS Трубопроводы формируется расчетная схема с набором необходимой информации. Результат экспорта данных записывается в файл с расширением txt, который напрямую читается в программном комплексе CPIPE. Для отслеживания полноты экспортируемых данных в стандартной поставке предусмотрен отдельный шаблон для спецификатора. С его помощью можно своевременно просматривать набор данных для передачи в CPIPE и в любой момент вносить необходимые корректировки. Таким образом предоставляется возможность экспорта не только всей модели целиком, но и отдельных веток трубопровода. В последнем случае пользователь самостоятельно указывает те трубопроводные линии, которые необходимо посчитать в CPIPE.

В Model Studio CS Трубопроводы существенно расширены возможности работы с опорами трубопроводов. Функция автоматической расстановки опор в модели с заданным шагом доступна в качестве опции непосредственно при размещении опор на трубопроводе. Шаг подбирается автоматически на основании выбранной таблицы расстояний между опорами в зависимости от диаметра трубопровода. Данные сохраняются на уровне сетевых настроек, что дает возможность задавать шаг опор отдельно для каждой специализации. Реализована возможность нумерации опор как по всему чертежу, так и отдельно для выбранной осевой трубопровода. Дополнительно можно выбрать тип опор для нумерации (все опоры, только неподвижные), а также задать префикс и начальный номер. Проверка наличия ранее назначенных номеров и их обновление производятся автоматически. Чтобы проектировщику было удобнее проверять корректность задания номеров, возможно их отображение непосредственно в модели.

Расчет нагрузки на опоры трубопровода осуществляется на основе встроенного в Model Studio CS Трубопроводы модуля и служит для предварительной оценки нагрузок на опорные конструкции. Определение нагрузок на опоры производится методом конечных элементов на основе стержневой системы из пустых труб. В процессе расчета трехмерная модель трубопровода преобразуется в расчетную модель, состоящую из узлов – фитингов, арматуры, опор и участков трубы. Дополнительно учитываются нагрузки от веса продукта и веса изоляции, а также снеговая нагрузка. Данные по нагрузке могут быть заданы автоматически на основе таблицы нормативных нагрузок. Объединение опор в траверсы – условный объект, моделирующий опорную конструкцию, позволяет объединить группу опор на одном ярусе или на нескольких разнесенных по вертикали ярусах опорной конструкции для расчета суммарной нагрузки. Визуально траверса реализована в виде параллелепипеда, объединяющего опоры. Она показывает место размещения опорных конструкций и суммарную нагрузку от объединенных в ней опор, что является исходной информацией для инженера-­строителя при проектировании реальных опорных конструкций. Создание и редактирование траверс возможно на основе как реальных объектов, так и объектов проекта, что существенно расширяет возможности работы с объектами смежных специализаций. Все траверсы автоматически нумеруются по всему чертежу модели. Реализована возможность задания префикса и начального номера траверсы. Проверка наличия, а также обновление ранее назначенных номеров выполняются в автоматическом режиме. Заданные номера траверс также можно отобразить непосредственно в модели в виде текстовой информации. Реализована опция передачи геологической поверхности. При этом будет передаваться только та поверхность, которая находится над рассчитываемыми трубопроводами, что значительно упрощает проведение расчетов при работе с крупными объектами.

Результат расчета нагрузок на опоры выполненный в Model Studio CS Трубопровод

Трехмерная модель, выполненная в Model Studio CS Трубопроводы, легко загружается в среду Autodesk Navisworks, что позволяет использовать функционал Navisworks при объединении различных фрагментов, подготовленных в сторонних программных продуктах, в единую модель.

Проектные институты имеют возможность адаптировать Model Studio CS. Например, разрабатывать собственные специализированные шаблоны, формы для ввода данных в модель и получения текстовой проектной документации, различные BIM­отчеты по комплексной модели объекта. Такие инструменты, используемые в работе монтажно-­технологического отдела, применяются при получении отчетов об объеме воды для гидроиспытаний, отчетов по используемой арматуре, по регулирующим клапанам, по трубопроводам и фланцам.

В феврале 2020 года CSoft Development внес значительные функциональные изменения в программный комплекс Model Studio CS и CADLib Модель и Архив. CADLib Модель и Архив – программный комплекс, объединяющий во взаимосвязанном информационном пространстве трехмерную модель действующего промышленного предприятия или объекта строительства, документацию, спецификацию и календарный план. Наряду с небольшими изменениями, улучшающими отдельные команды, появились полноценные модули, значительно упростившие разработку целых разделов. Среди обновленных возможностей комплекса Model Studio CS – поддержка nanoCAD 11.1 и nanoCAD 20. Перечислим основные изменения, реализованные в обновленной версии Model Studio CS Трубопроводы:
• переработаны инструменты проектирования систем вентиляции;
• добавлен модуль «Инженерные сети»;
• добавлен функционал расчета нагрузок на опоры;
• доработан функционал генерации чертежей и табличной документации.