管道设计涉及非常多的因素，如管径、敷设路径、支吊架、保温和加热等。在对管道进行设计时，我们应该先对管道的定义、用途和分类有一个基本的了解。

管道是指用管子、管子连接件和阀门等连接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。管道的用途很广泛，主要用在给排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。

管道的类型是管道设计的一个重要考虑因素，不同种类的管道，参照的设计标准和规范是不一样的，下面是管道设计的基本分类：

按材料分类：金属管道和非金属管道。

按设计压力分类：真空管道、低压管道、高压管道、超高压管道。

按输送温度分类：低温管道、常温管道、中温和高温管道。

按输送介质分类：给排水管道、压缩空气管道、氢气管道、氧气管道、乙炔管道、热力管道、燃气管道、燃油管道、剧毒流体管道、有毒流体管道、酸碱管道、锅炉管道、制冷管道、净化纯气管道、纯水管道。

在对管道有了基本认识后，我们再来详细看看管道设计和施工要考虑的因素：

1.管径的确定

当流体的流量已知时，管径的大小取决于允许的流速或允许的摩擦阻力（压力降）。流速大时管径小，但压力降值增大。因此，流速大时可以节省管道基建投资，但泵和压缩机等动力设备的运行能耗费用增大。此外，如果流速过大，还有可能带来一些其他不利的因素。因此管径应根据建设投资、运行费用和其他技术因素综合考虑决定。

2.管道的连接

管子、管子连接件、阀门和设备上的进出接管间的连接方法，由流体的性质、压力和温度以及管子的材质、尺寸和安装场所等因素决定，主要有螺纹连接、法兰连接、承插连接和焊接等4种方法：

①螺纹连接：主要适用于小直径管道。连接时，一般要在螺纹连接部分缠上氟塑料密封带或涂上厚漆、绕上麻丝等密封材料，以防止泄漏。在1.6兆帕以上压力时，一般在管子端面加垫片密封。这种连接方法简单，可以拆卸重装，但须在管道的适当地方安装活接头，以便于拆装。

②法兰连接：适用的直径范围较大。连接时根据流体的性质、压力和温度选用不同的法兰和密封垫片，利用螺栓夹紧垫片保持密封。在需要经常拆装的管段处和管道与设备相连接的地方大都采用法兰连接。

③承插连接：用于铸铁管、混凝土管、陶土管及其连接件之间的连接，只适用于在低压常温条件下工作的给水、排水和煤气管道。连接时，一般在承插口的槽内先填入麻丝、棉线或石棉绳，然后再用石棉水泥或铅等材料填实，还可在承插口内填入橡胶密封环，使其具有较好的柔性，容许管子有少量的移动。

④焊接连接：这种连接的强度和密封性最好，适用于各种管道，省工省料，但拆卸时必须切断管子和管子连接件。

3.管道的敷设

城市里的给水、排水、供热、供煤气的管道的干线和长距离的输油输气管道大多敷设在地下，而工厂里的工艺管道为便于操作和维修多敷设在地上。管道的通行、支吊架、坡度与排液排气、补偿、保温与加热、防腐与清洗、识别与涂漆和安全等，无论对于地上敷设还是地下敷设都是重要的问题。

4.通行问题

地面上的管道应尽量避免与道路、铁路和航道交叉。在不能避免交叉时，交叉处跨越的高度也应能使行人和车船安全通过。地下的管道一般沿道路敷设，各种管道之间保持适当的距离，以便安装和维修；供热管道的表面有保温层，敷设在地沟或保护管内，应避免被土压坏和使管子能膨胀移动。

5.支吊架问题

管道可能承受许多种外力的作用，包括本身的重量（管子、阀门、管子连接件、保温层和管内流体的重量）、流体的压力作用在管端的推力、风雪载荷、土壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震灾害等。为了保证管道的强度和刚度，必须设置各种支（吊）架，如活动支架、固定支架、导向支架和弹簧支架等。支架的设置根据管道的直径、材质、管子壁厚和载荷等条件决定。固定支架用来分段控制管道的热伸长，使膨胀节均匀工作。导向支架使管子仅作轴向移动。

6.坡度和排液排气

为了排除凝结水，蒸汽和其他含水的气体管道应有一定的坡度，一般不小于千分之二。对于利用重力流动的地下排水管道，坡度不小于千分之五。蒸汽或其他含水的气体管道在最低点设置排水管或疏水阀，某些气体管道还设有气水分离器，以便及时排去水液，防止管内产生水击和阻碍气体流动。给水或其他液体管道在最高点设有排气装置，排除积存在管道内的空气或其他气体，以防止气阻造成运行失常。

7.补偿问题

管道如不能自由地伸缩，就会产生巨大的附加应力。因此，在温度变化较大的管道和需要有自由位移的常温管道上，需要设置膨胀节，使管道的伸缩得到补偿而消除附加应力的影响。

8.保温和加热

对于蒸汽管道、高温管道、低温管道以及有防烫、防冻要求的管道，需要用保温材料包覆在管道外面，防止管内热（冷）量的损失或产生冻结。对于某些高凝固点的液体管道，为防止液体太粘或凝固而影响输送，还需要加热和保温。常用的保温材料有水泥珍珠岩、玻璃棉、岩棉和石棉硅藻土等。

9.防腐和清洗

为防止土壤的侵蚀，地下金属管道表面应涂防锈漆或焦油、沥青等防腐涂料，或用浸渍沥青的玻璃布和麻布等包覆。埋在腐蚀性较强的低电阻土壤中的管道须设置阴极保护装置，防止腐蚀。地面上的钢铁管道为防止大气腐蚀，在表面上涂覆以各种防锈漆。各种管道在使用前都应清洗干净，某些管道还应定期清洗内部。为了清洗方便，在管道上设置有过滤器或吹洗清扫孔。在长距离输送石油和天然气的管道上，须用清扫器定期清除管内积存的污物，为此要设置专用的发送和接收清扫器的装置。

10.识别涂漆

当管道种类较多时，为了便于操作和维修，在管道表面上涂以规定颜色的油漆，以资识别。例如，蒸汽管道用红色，压缩空气管道用浅蓝色等。

11.安全问题

为了保证管道安全运行和发生事故时及时制止事故扩大，除在管道上装设检测控制仪表和安全阀外，对某些重要管道还采取特殊安全措施，如在煤气管道和长距离输送石油和天然气的管道上装设事故泄压阀或紧急截断阀。它们在发生灾害性事故时能自动及时地停止输送，以减少灾害损失。

管道设计和施工的11个考虑因素对管道的设计和施工起到决定性的影响。在我们进行管道设计时，除了需要对管道设计的考虑因素、设计标准和规范进行一定的了解外，还需要选择一款合适的管道设计BIM软件。

一款合适的管道设计BIM软件，应该能帮助我们高效准确的进行管道设计和分析，拥有海量的元件属性库，含多国管道校核标准，能进行管道线性分析、非线性分析、动力分析等。

以AutoPIPE为代表的管道设计BIM软件，不仅能对管道进行建模和非线性分析，其高级分析功能，如时程分析、流体冲击瞬时合成、非线性摩擦等还能对复杂的管道环境起到重要的作用。

AutoPIPE是专用于管道应力分析的高级综合软件工具。其直观的建模环境和高级分析功能有助于提高工作效率，改进质量控制效果。

AutoPIPE能快速简便地创建、修改和审查管道和结构模型及其结果，可节省时间。通过在一个提供高级线性和非线性分析功能（针对温度、风力、波浪、浮标、雪、地震和瞬时载荷）的应用程序中进行静态和动态分析，进一步节省了时间。

AutoPIPE还有哪些功能呢？

1、独特的图形界面

AutoPIPE独特地将高级分析技术和直观的可视化图形界面进行集成。用户可使用简单的标准Windows技术，如剪切、拷贝、粘贴等来进行管道模型和荷载条件的建立和修改，而且分析的结果业直观的反应到模型中，简单的单击鼠标即可即时得察看应力、位移等参数， 这大大超越了传统的表格技术。

2、元件属性库

AutoPIPE包括全面的元件属性库，包括管段、大小头、三通、阀门、法兰等管件库，型钢截面库以及各种约束条件的管道支吊架库（固定支架、导向支架、弹簧吊架等）。另外，还包括根据温度和许用应力数据的基于ASME/ANSI, JIS, DIN，GB等标准的材质库。

3、弹簧吊架设计

AutoPIPE可分析计算一种或多种操作条件下的弹簧吊架，程序可根据结果直接自动选择厂商数据库中的弹簧（现有国内华东和西北电力院的标准）。

4、附属钢结构模型

AutoPIPE提供了内置的钢结构框架分析，用户可将结构支撑考虑为管道系统的一个部分进行分析。AutoPIPE内置有STAAD的型钢库，用户也可自定义型钢库。对于钢结构框架，在程序中和管道模型一样采用直观的可视化图形用户界面，用户可直观对模型和荷载条件进行定义。

5、非线性分析选项

AutoPIPE提供了包括导向支架的摩擦和缝隙，双线性弹簧吊及埋地管线等多种非线性分析的选项。用户可在支撑点指定摩擦和缝隙的参数，从而进行真实情况的边界条件模拟。AutoPIPE的独特性还在于提供指定非线性荷载次序，如，用户可指定风载、地震等在自重条件下立即进行分析，也可指定在热载下进行分析。这样，用户就可精确的分析计算非线性荷载在不同工况下的影响。

6、局部应力计算

AutoPIPE提供和WinNOZL软件的接口来对设备管嘴连接处的局部应力进行分析，可选用WRC107、WRC297、BS5500、API650等不同标准进行分析。而且，对于加强板等的计算，是AutoPIPE独有的特性，且适用于各种形状的设备。从AutoPIPE中直接导出管道系统的荷载特性进行局部应力计算，不仅大大节省时间，而且避免了人工错误。

7、有限元分析理论

AutoPIPE是采用内置的有限元分析机理来解决静力和动力条件下管道及其附属结构的应力分析的程序，但用户却并不需要有复杂的有限元理论基础。

8、动力分析

动力分析包括模态分析和自然频率分析，反应波谱分析，衰减谐波分析以及时程分析等。AutoPIPE还内置了流体的瞬时冲击合成分析。利用管网脉动分析软件PULS，用户可计算流体脉动的荷载并将其输入到AutoPIPE中进行管道应力的动力分析。

9、等效线性分析

等校线性分析是专对选择了日本KHK的二级地震分析标准附加模块的。该标准是专门根据地震中管网的弯头处可经受的大变形及其产生高度集中的局部塑性荷载的要求制定的，可满足如日本1995年1月神户大地震的要求。

10、后处理

在对管网进行分析之后，用户可单击可视化的模型来即时察看应力、荷载、变形位移等数据，而且这些数据可分颜色的显示在图形模型上，以利于工程师直观地迅速确定危险点。此外，报表的输出可由用户来设定过滤条件，以选择所需要输出的数据。

11、校核标准

AutoPIPE包含下列通用国际标准（仅列举部分）：

ASME Section III Class 1, 2 & 3

Canadian CAN/CSA – Z662

British Standards BS 806 and BS 7159 (GRP Piping Code)

Japanese MITI 501, Class 3 piping, Japanese General Fire Protection code, and Japanese KHK Seismic Levels 1 & 2

French RCC-M and SNCT

European piping code standard EN 13480

12、高级特性

AutoPIPE提供了诸多独特的高级特性，具体有如浪载、埋地分析、管道和管廊的相互作用、局部应力分析、时程分析、流体冲击瞬时合成、非线性摩擦、安全阀、FRP/GRP管道以及夹套管分析等。

13、质量认证

AutoPIPE通过了严格的安全认证审查，如10CFR50 App. B，ASME NQA-1，ANSI N45.2等，还通过了核安全认证，通过针对流程工业、电力、石油天然气、核能、地下、海上和海底管道的高级分析功能，能加速Class 1、2和3核管道系统的设计。

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