一种工业管线的多维空间干涉检测与布局优化方法及系统与流程

本发明涉及工业管线设计，尤其涉及一种工业管线的多维空间干涉检测与布局优化方法及系统。

背景技术：

1、在工业管线设计与布置过程中，通常采用三维建模软件构建管线的静态几何模型，并基于该静态模型进行碰撞检测以排查空间干涉问题。

2、然而，现有技术方案主要依赖于管线在设计状态下的静态外径尺寸进行几何硬碰撞校验，未充分考虑管线在实际运行过程中的动态物理特性及后期运维需求。例如，在高温工况下，管线受热会产生显著的轴向与径向热膨胀变形；在风机、泵组等关联设备运行时，管线会因持续振动产生周期性位移偏移；此外，管线周边的阀门、膨胀节等操作部件在后期检修拆装时需要预留足够的操作空间。由于现有静态碰撞检测无法涵盖上述动态运行工况与运维操作维度，导致设计模型与现场实际运行状态严重脱节，投运后易出现管线挤压钢架、振动磕碰周边构件、检修空间不足无法拆装等问题，进而引发大量的设计变更与现场返工，严重影响工程进度与运行安全。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种工业管线的多维空间干涉检测与布局优化方法及系统，实现将动态运行工况与运维需求转化为空间包络约束并驱动管线布局自动优化。

2、本发明提供一种工业管线的多维空间干涉检测与布局优化方法置，包括步骤：

3、获取目标管线的三维空间模型以及所述目标管线的运行工况参数；

4、基于所述运行工况参数，对所述三维空间模型进行空间扩展，生成包含动态运行包络与运维操作包络的多维空间包络模型；

5、将所述多维空间包络模型与预设的环境模型进行干涉检测，确定干涉区域及对应的干涉类型；

6、以所述干涉区域和所述干涉类型为约束条件，基于预设的管线布局调整规则库，生成所述目标管线的布局优化方案。

7、在其他实施例中，所述基于所述运行工况参数，对所述三维空间模型进行空间扩展，生成包含动态运行包络与运维操作包络的多维空间包络模型的步骤，包括：

8、基于所述运行工况参数中的热力学参数，对所述三维空间模型进行热变形扩展，生成热变形包络面；

9、基于所述运行工况参数中的动力学参数，对所述三维空间模型进行振动偏移扩展，生成振动安全包络面；

10、基于所述运行工况参数中的运维参数，对所述三维空间模型进行操作空间扩展，生成检修空间包络体；

11、将所述热变形包络面、所述振动安全包络面、所述检修空间包络体与所述三维空间模型进行融合叠加，得到所述多维空间包络模型。

12、在其他实施例中，所述将所述多维空间包络模型与预设的环境模型进行干涉检测，确定干涉区域及对应的干涉类型的步骤，包括：

13、分别将所述三维空间模型、所述动态运行包络以及所述运维操作包络与所述环境模型进行碰撞计算，对应确定几何硬碰撞区域、动态运行干涉区域以及运维空间干涉区域；

14、基于所述几何硬碰撞区域、所述动态运行干涉区域以及所述运维空间干涉区域，确定所述干涉区域。

15、在其他实施例中，所述以所述干涉区域和所述干涉类型为约束条件，基于预设的管线布局调整规则库，生成所述目标管线的布局优化方案的步骤，包括：

16、从所述管线布局调整规则库中，匹配与所述干涉类型对应的目标调整策略；

17、基于所述目标调整策略对所述干涉区域关联的管线部件进行空间位置调整，生成所述布局优化方案。

18、在其他实施例中，所述从所述管线布局调整规则库中，匹配与所述干涉类型对应的目标调整策略的步骤，包括：

19、当所述干涉类型为热胀干涉时，优先匹配膨胀节移位策略或管线路由微调策略作为所述目标调整策略；

20、当所述干涉类型为振动干涉时，匹配支吊架位置变更策略作为所述目标调整策略；

21、当所述干涉类型为检修空间干涉时，匹配操作部件点位调整策略作为所述目标调整策略。

22、在其他实施例中，所述基于所述目标调整策略对所述干涉区域关联的管线部件进行空间位置调整，生成所述布局优化方案，包括：

23、基于所述目标调整策略确定所述管线部件的调整方向与调整距离；

24、按照所述调整方向与所述调整距离移动所述管线部件，并在移动后重新计算所述多维空间包络模型，若更新后的多维空间包络模型与所述环境模型无干涉，则输出当前的调整结果作为所述布局优化方案。

25、在其他实施例中，所述按照所述调整方向与所述调整距离移动所述管线部件，并在移动后重新计算所述多维空间包络模型，若更新后的多维空间包络模型与所述环境模型无干涉，则输出当前的调整结果作为所述布局优化方案，包括：

26、将当前的调整结果更新为新的三维空间模型，并重新生成对应的多维空间包络模型；

27、将重新生成的多维空间包络模型与所述环境模型进行二次干涉检测；

28、若二次干涉检测仍存在干涉区域，则基于所述管线布局调整规则库对存在干涉区域的管线部件进行迭代调整，直至满足预设的无干涉收敛条件；

29、当满足所述无干涉收敛条件时，将最终迭代的调整结果确定为所述布局优化方案。

30、在其他实施例中，所述获取目标管线的三维空间模型以及所述目标管线的运行工况参数，包括：

31、从预设的管线参数库中获取所述目标管线的管材属性；

32、将所述管材属性以及所述运行工况参数绑定至对应的单段管线模型；

33、基于绑定后的单段管线模型生成初始实体模型，并将所述初始实体模型作为所述三维空间模型。

34、本发明还提供一种工业管线的多维空间干涉检测与布局优化系统，包括：

35、模型获取模块，用于获取目标管线的三维空间模型以及所述目标管线的运行工况参数；

36、包络生成模块，用于基于所述运行工况参数，对所述三维空间模型进行空间扩展，生成包含动态运行包络与运维操作包络的多维空间包络模型；

37、干涉检测模块，用于将所述多维空间包络模型与预设的环境模型进行干涉检测，确定干涉区域及对应的干涉类型；

38、布局优化模块，用于以所述干涉区域和所述干涉类型为约束条件，基于预设的管线布局调整规则库，生成所述目标管线的布局优化方案。

39、在其他实施例中，所述干涉检测模块包括：

40、几何碰撞检测单元，用于将所述三维空间模型与所述环境模型进行碰撞计算，确定几何硬碰撞区域；

41、动态干涉检测单元，用于将所述动态运行包络与所述环境模型进行碰撞计算，确定动态运行干涉区域；

42、运维干涉检测单元，用于将所述运维操作包络与所述环境模型进行碰撞计算，确定运维空间干涉区域；

43、干涉分类单元，用于基于所述几何硬碰撞区域、所述动态运行干涉区域以及所述运维空间干涉区域，确定所述干涉区域及对应的干涉类型。

44、本发明的有益效果为：

45、本发明提供一种工业管线的多维空间干涉检测与布局优化方法及系统，包括步骤：获取目标管线的三维空间模型及运行工况参数；基于运行工况参数对三维空间模型进行空间扩展，生成包含动态运行包络与运维操作包络的多维空间包络模型；将多维空间包络模型与环境模型进行干涉检测，确定干涉区域及类型；以干涉区域和类型为约束，基于管线布局调整规则库生成布局优化方案。其通过构建融合静态几何、动态运行工况及运维操作需求的多维空间包络模型，突破了传统bim碰撞检测仅局限于静态几何尺寸的瓶颈。其核心原理在于将温度、振动等物理场参数及检修空间需求转化为三维空间中可计算的几何包络边界，使得设计阶段的校核维度与实际运行工况实现了同构映射。由此能够在设计前置阶段精准识别出传统方法无法发现的热膨胀挤压、振动磕碰及检修空间不足等隐性风险，大幅降低了投运后的故障率与现场返工量。