JP2002007494A

JP2002007494A - 配管自動ルーティングシステム

Info

Publication number: JP2002007494A
Application number: JP2000181979A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamazaki; 和宏山崎; Naohito Aida; 尚人合田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】配管製造原価の高騰および据付性が悪くなる
曲り部分の少ない配管接続が可能で、かつ計算量の少な
い配管自動ルーティング法を提供すること。【解決手段】配管のルート探索を行う際、予め定義し
た固定ルーティング階層とルート端点に合わせた浮動ル
ーティング階層とを組合せ、各々の配管接続方向（ベク
トル情報）を付加することにより、配管接続点の向きを
考慮したルーティングを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、産業プラント向け配管
ＣＡＤシステムの配管自動ルーティング手法に関する。

【０００２】

【従来の技術】産業プラントにおける配管ライン設計業
務は機能保証、配置調整、強度保証、保守性など多岐に
わたり、多大な設計時間と熟練技術者が必要な状況とな
っている。ＣＡＤメーカ、プラントメーカが配管設計の
自動化をめざし、配管の自動ルーティングシステムの開
発を行っている。現在、配管の自動ルーティング手法
は、ルート探索アルゴリズムをベースに設計制約条件を
付加した手法が多く適用されている。ルート最適決定問
題において考えられるアルゴリズムのひとつとしてＬＳ
Ｉ（大規模集積回路）、プリント基板等における配線処
理用に開発された迷路法を挙げることができる。迷路法
は、さまざまな障害物（機器、配管）を避けて始点と終
点を最短距離で結ぶ経路探索手法である。

【０００３】迷路法によるルート探索アルゴリズムを説
明する。迷路法による探索アルゴリズムは、１）メッシ
ュ分割、２）パスサーチ手順、３）バックトレース手順
に大別される。

【０００４】＜メッシュ分割＞（図１７〜図１８）図１７（ａ）に示すように、ルーティング領域をメッシ
ュ分割する。分割された個々のセルを連続的に選択した
結果を配管のルートとする。配管ルートの基本モデル
は、図１７（ｂ）に示すように、２次元のメッシュ分割
した階層が、高さ方向に積層した構成となる。図１８に
迷路法を適用したルート探索例を示す。説明を簡略化す
るために２次元ルーティングとする。配管両端を始点
（Ｓ）、終点（Ｔ）で表し、該当するセルに割付け、障
害物（Ｘ）を避けたセルを選択してルーティングしてい
く。以下、迷路法の基本アルゴリズムを図１９、図２０
で説明する。

【０００５】＜パスサーチ手順＞（図１９（ａ）〜
（ｅ））［ステップ０］メッシュ状に分割した領域の該当するセ
ルに、始点（Ｓ）、終点（Ｔ）、障害物（Ｘ）を配置す
る。

【０００６】［ステップ１］始点（Ｓ）から上下左右方
向のセルにラベル番号（例えば番号１）を配置する。但
し、ラベル番号を割付けるセルに障害物（Ｘ）が重複し
た場合には、その方向のラベル番号の割付けは止める。

【０００７】［ステップ２］ステップ１でラベル付けさ
れたセルを新たな始点（Ｓ'）と考える。ラベル番号を
１つ増加し、Ｓ'を起点に上下左右の番号割付けを行
い、ラベル割付けが終点（Ｔ）に到達するまで繰り返
す。

【０００８】＜バックトレース手順＞（図２０（ｆ）
〜（ｊ））［ステップ３］終点（Ｔ）が割付けられたセルを起点と
して、上下左右方向をそれぞれ探索して、終点（Ｔ）に
割付けられたラベル番号よりも１小さいセル（例えば、
番号２１）を選択し、新たな始点Ｔ'とする。

【０００９】［ステップ４］Ｔ'を新たな始点とし、上
下左右方向をそれぞれ探索して、現在のラベル番号（例
えば、番号２１）よりも１小さいセルを新たな始点Ｔ'
（例えば、番号２０）とする。１小さいラベル番号（例
えば、番号２０）が複数方向で検出された場合、前回の
移動方向と同じ方向にあるセルを選択する（前回と同じ
方向を採用すれば、経路の曲がり点数を少なくする作用
に働く）（図２０（ｇ）参照）。新たな始点（Ｔ'）が
始点（Ｓ）に到達するまで、ステップ４を繰り返す。

【００１０】［ステップ５］始点（Ｓ）に到達したら
（図２０（ｊ）参照）、終点（Ｔ）から始点（Ｓ）に向
かって選択されたＴ'を経路として結ぶ。

【００１１】図１９（ａ）はステップ０で配置された始
点（Ｓ）から、上下左右のセルに１を埋め込んでいるこ
とを示している。図１９（ｂ）〜図１９（ｅ）でステッ
プ１、２を繰り返し、図１９（ｅ）の時点で終点（Ｔ）
に到達したことを示している。

【００１２】図２０（ｆ）から、ステップ３の終点
（Ｔ）からのバックトレースを開始し、図２０（ｇ）〜
図２０（ｉ）でステップ４を繰り返し、図２０（ｊ）の
時点で、始点（Ｓ）に到達したことを示している。

【００１３】図１９、図２０では、説明を簡略化するた
めに、２次元領域でのルート探索方法としているが、平
面上の上下左右方向に加え、平面に対して垂直上下方向
（ｘ、ｙ、ｚ軸の＋、−方向のセル：合計６方向）にラ
ベル付けし、上記と同様な手順で６方向の番号埋込みお
よび探索することで、３次元ルート探索が実現できる。

【００１４】なお、ここでは配管通り芯のルーティング
について述べており、実際には配管の口径を考慮する必
要がある。バックトレース手順の際、配管の口径が占有
するセルの幅で、バックトレースする必要がある。

【００１５】上記迷路法は始点と終点間を結ぶセルの数
が最小となるルートを選択するため、最短路を結ぶルー
ト探索アルゴリズムといえる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】前記迷路法によるルー
ト探索は図１８に示したように、障害物を避け始点、終
点間を最短路でルート探索する手法である。電子回路の
配線では、電子部品を避け、できるだけ短く、できるだ
け多くの配線を結線することが重要であり、ルート探索
手法としての迷路法は有効であり、適用実績も多い。

【００１７】プリント基板の配線ルーティングの基本は
２次元平面であるが、配線密度が高い複雑なデジタル回
路であれば、ルーティング階層を多層階層とし、３次元
構成にして対処している。また、電子回路の場合には、
経路による信号の伝搬遅延を考慮しなければならないよ
うな高速回路以外、プリント基板上のどのようなルート
でも機能を満足する場合が多い。しかし、プラントの配
管の場合、つながれば良いというものではない。以下、
純粋な迷路法アルゴリズムを配管ルーティングに適用す
る際の問題点を挙げる。

【００１８】（問題点１）図２２（ａ）のＡ点とＢ点と
を接続するルーティングを考える。図２２（ａ）からも
明らかなように配管接続口は特定の接続方向（ベクト
ル）を有している。すなわちＡ点からはｘ軸“＋”方向
に、Ｂ点からはｙ軸“＋”方向に向けたルーティングと
すべきである。

【００１９】図２２（ｂ）に示す配管ルーティングが、
１）配管接続口の向きを考慮、２）配管ルート最短（斜
め配管を除く）、３）配管曲り点数最小の条件を満足し
た望ましい配管ルートである。一方、図１９、図２０に
示す純粋な迷路法アルゴリズムで探索すると、図２２
（ｃ）に示すような配管ルートとなる可能性がある。図
２２（ｂ）と図２２（ｃ）に示す配管ルートは、配管長
は等しい。配管ルーティングをする場合に２点間の座標
以外に接続方向を考慮する必要がある。

【００２０】（問題点２）図２１に示すように、迷路法
は、メッシュ分割したセル１４−１を選択するルート探
索方法である。碁盤の目のように分割した水平面と、そ
の水平面を高さ方向に階層的にルーティング階層１４−
２を積層した構成となる。配管ルートは、水平面のセル
１４−１の分割サイズ、あるいは高さ方向の階層１４−
２の積層間隔に依存した離散的な間隔のルート探索とな
る。セル１４−１の分割数、積層階層数を多く取るほ
ど、木目細かなルーティングが可能となるが、メッシュ
数が多くなるほど計算時間を要してしまう問題点があ
る。

【００２１】また、いくらメッシュを木目細かく設定し
ても、配管の接続点である始点、終点の座標は必ずしも
離散的に配置されたルーティングポイントにあるとは限
らない。これは、各セルの中央に示す点（ルーティング
ポイント）がルート選択した際の配管の通り芯となるか
らである。配管の始点がルーティングポイントからずれ
ている様子を図７（ａ）（水平方向）、図７（ｂ）（垂
直方向）に示す。図７（ａ）には始点４−４が固定ルー
ティング階層４−１のルーティングポイント４−２が水
平方向でずれていることを示している。また、図７
（ｂ）には始点４−４が上の固定ルーティング階層４−
１と下の固定ルーティング階層４−１の間にあり、垂直
方向でずれていることを示している。

【００２２】（問題点３）図１４に、あるルーティング
階層１０−１のルーティング状況を示す。ルート１はル
ート２及びルート３と交差しており、ルート４はルート
３と交差している。同じ階層面で交差することは、配管
が衝突することを意味する。配管の衝突を避けるために
同じ階層で迂回するルーティングは現実的でなく、階層
を分離したルーティングが有効となる。図１５はルート
１からルート４の順でルーティングした例を示してい
る。ルート２はルート１と接触するため、ルーティング
階層１０−１を２以上に分け、接触を避けている。以
後、ルート３とルート４をルーティングする場合、既設
のルーティング配管との接触を避けるようにルーティン
グ階層１０−１を分離する。

【００２３】図１５に示すルーティング結果からも分か
るように、配管密度が高まるにつれ、配管が交差する可
能性が増加し、交差を避けるために階層を変えたルーテ
ィングが必要となる。階層を変えるためには、配管経路
にエルボ（直角に曲がった配管）が必要となる。しか
し、直管の方がエルボより製造コストは低いことは言う
までもない。エルボは配管製造原価の高騰および据付性
が悪くなる点からも、極力曲りの少ない配管ルートが望
まれる。

【００２４】本発明の第１の課題は、２点間の座標以外
に接続方向を考慮した配管自動ルーティング法を提供す
ることである。また、本発明の第２の課題は、木目細か
なルーティングをすればするほど、計算時間を要し、ま
た、配管の接続点である始点、終点の座標は必ずしも離
散的に配置されたルーティングポイントにあるとは限ら
ない迷路法の欠点を改善することである。

【００２５】さらに、本発明の第３の課題は、配管製造
原価の高騰および据付性が悪くなる曲り部分の少ない配
管接続が可能で、かつ計算量の少ない配管自動ルーティ
ング法を提供することである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題は次の第
１の発明で解決される。従来は２点間をルーティングす
る際、メッシュ分割条件、障害物情報を基に、配管口
径、２点の座標データを入力情報としていたが、本発明
では、２点各々の配管接続方向（ベクトル情報）を付加
することにより、接続点の向きを考慮したルーティング
が可能となる。

【００２７】上記第２の課題は次の第２の発明で解決さ
れる。本発明では、メッシュ分割した際にできる離散的
に生成されるルーティングポイントと配管接続点とのず
れを解決する手段を、水平、垂直方向に分けて考える。

【００２８】先ず水平方向のずれ補正について説明す
る。図７（ａ）に示すように、始点あるいは終点座標が
セル４−３内のルーティングポイント４−２からずれる
可能性は高い。迷路法によるルート探索は、座標点を該
当するセル４−３のルーティングポイント４−２に移す
ことで、離散的なルーティングポイント４−２上を経由
したルートとなる。

【００２９】配管ルートの始点座標あるいは終点座標が
ルーティングポイント４−２から水平方向にずれている
場合は、水平面のｘ軸またはｚ軸に経路を平行移動する
ことで、始点あるいは終点の実際の座標とルーティング
ポイント４−２とのずれを補正することができる。

【００３０】次に垂直方向のずれ補正について説明す
る。図７（ｂ）が示す例からも明らかなように、メッシ
ュ分割した際に生成されるルーティングポイント４−２
と始点座標あるいは終点座標との高さ方向にもずれは発
生する。垂直方向のルーティングポイント４−２の間隔
を小さくすることで積層する固定ルーティング階層４−
１の個数を多くとり、迷路法によるルート探索を実行し
た後、ルーティングポイント４−２の垂直方向のずれを
水平面のずれ補正と同様にｙ軸方向で平行移動すること
でずれを補正することは可能である。

【００３１】但し、火力発電プラントのような高さ方向
に大きな配管ルーティング領域があるプラントに対し、
垂直方向に狭ピッチでルーティング階層４−１を多く採
ると、ルート探索に要する計算量、計算時間が膨大に増
加する。固定ルーティング階層４−１の個数を少なくす
ることは、計算時間の短縮化につながるだけでなく、配
管布設する際、共通した高さでの配管が多くなり、サポ
ートの共有化、据付時の足場共有化を図りやすくする利
点が有る。

【００３２】ところが、垂直方向の固定ルーティング階
層４−１の個数を少なくすると、図７（ｂ）に示すよう
に始点Ｓの座標あるいは図示しない終点の座標と固定ル
ーティング階層４−１との間に大きなずれが発生する。

【００３３】そこで、図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示
すように始点Ｓ’の座標あるいは図示しない終点の座標
が、固定ルーティング階層６−１からずれた場合、その
レベルにメッシュ分割した浮動ルーティング階層６−５
を挿入し、固定ルーティング階層６−１と浮動ルーティ
ング階層６−５を組合せて、迷路法によるルート探索を
実行する。このように、始点Ｓ、終点の高さ方向にのみ
浮動ルーティング階層６−５を挿入するだけで、垂直方
向の階層数は、予め定義した固定ルーティング階層６−
１の個数に＋２（始点Ｓ、終点の高さ方向に挿入した階
層）加えた数に抑えることができる。

【００３４】上記第３の課題は次の第３の発明で解決さ
れる。図１４、図１５に示すように、１つのルーティン
グ階層１０−１の面でＸ、Ｚ両方向のルーティングを認
めると、配管同士が衝突しやすく、また、衝突を回避す
るためにルーティング階層１０−１を分離すると、曲り
部（エルボ）の多い配管ルーティングとなる。そこで、
本発明では、ルーティング階層１０−１にルート優先方
向を設け、同一階層面では極力直交する配管のルーティ
ングを避ける方法を用いる。その結果、１つのルーティ
ング階層１０−１を見てみると、図１６に示すように、
平行した配管が多く占めるようになり、曲り点の少ない
配管密度の高いルーティングを実現できる。

【００３５】

【作用】上記３つの本発明の作用について個別に説明す
る。（第１の発明）配管の接続方向を考慮したルーティング
アルゴリズムについて述べる。説明を簡略化するために
２次元平面で説明する（図３〜図５）。始点（Ｓ）のセ
ル座標［ｘ、ｚ］を［２７、９］、終点（Ｔ）のセル座
標［ｘ、ｚ］を［６、２８］、とし、始点（Ｓ）のベク
トルを"Ｘ＋"方向、終点（Ｔ）のベクトルを"Ｚ＋"方向
とする。

【００３６】図３に始点（Ｓ）、終点（Ｔ）および接続
方向（矢印の向きはベクトル方向）を示す。ここで始点
（Ｓ）あるいは終点（Ｔ）からベクトル方向に伸びる最
小直線長を５セル分とする。最小直線長は、配管口径に
定数を乗じた値のセル数換算値を定義しておく。図４に
示すように始点（Ｓ）から終点（Ｔ）に向けて、迷路法
の埋め込みを開始する。

【００３７】ここで始点（Ｓ）からベクトル方向のルー
トが必ず選択されるように、ベクトル方向に最小直線長
分のセルにのみ、埋込番号を割付ける。始点（Ｓ）から
配管接続ベクトル以外の方向（図５の例では"Ｘ−"、"
Ｚ＋"、"Ｚ−"方向）の最小直線長分のセル領域には番
号を埋め込まない。最小直線長分のセル領域を越えた座
標［３３、９］から従来の迷路法と同様の番号埋込処理
を、終点（Ｔ）まで行う（終点（Ｔ）到達の埋込番号＝
５２）。

【００３８】すなわち、始点（Ｓ）から配管接続ベクト
ル以外の方向の最小直線長分のセル領域（図４の「Ｓ」
が中心にある５セル分の枠内）には番号を埋め込まない
ので、図４の「Ｓ」が中心にある５セル分の枠の外側に
は図４の５セル分の枠のすぐ外側にある埋め込み番号
「６」から順次＋１ずつ番号が付与され、終点（Ｔ）の
埋込番号は「５２」になる。

【００３９】この時、終点（Ｔ）から終点（Ｔ）が有す
るベクトル方向に１セル進んだ先にあるセルの埋込番号
は、終点（Ｔ）の埋込番号−１＝５１であれば埋込完了
であり、異なれば、更に最小直線長分のセル数分の番号
を追加埋め込みする。

【００４０】図４は終点（Ｔ）のベクトル方向に１セル
進んだ先にあるセルの埋込番号は５３[６、２９]である
ので、最小直線長分のセル数分の番号である番号５３〜
５８まで追加埋込みをした例である。

【００４１】番号の埋め込み完了後、実際の配管ルート
を確立するためにトレースバックモードに入る。まず、
終点（Ｔ）から無条件にベクトル方向（図５の例では、
終点（Ｔ）から右方向）に最小直線長分のセル数（＝
５）＋１のセル位置（図４の例では、セル座標［６、３
４］、埋め込み番号＝５８）まで移動する。ここから１
つ埋め込み番号の小さなセル（埋め込み番号＝５７のあ
るセル）を探索し、その方向に移動する（図５の例で
は、セル座標［６、３４］から図面下向き方向）。複数
の方向が選択できる場合は、１セル前に選択した移動方
向を優先選択する（同じ移動方向を連続的に優先選択す
ることで曲り点を極力少なくした配管となる）。

【００４２】以上のルールでトレースバックした結果を
図５に示す。始点（Ｓ）、終点（Ｔ）間を単純に最短路
で結ぶのではなく、ベクトル方向を考慮した上で最短路
を探索できることが分かる。なお、本説明は２次元平面
で行ったが、３次元でも、始点（Ｓ）周辺に最小直線長
分のセル数分の空白領域を設け、同様な手法でルーティ
ングできる。

【００４３】（問題点２の解決手段の働き）前章で述べ
たように、始点座標（Ｓ）及び終点座標（Ｔ）とルーテ
ィングポイントとの間のずれ補正を水平、垂直方向に分
けて説明する。

【００４４】「水平方向」図８で、始点座標（Ｓ）、終
点座標（Ｔ）と水平方向のルーティングポイントとのず
れ補正手法について説明する。説明を簡略化するために
２次元平面上でのルーティングとする。

【００４５】図８では、１０ｍ四方の配線領域を１００
×１００でメッシュ分割し、各セルの中央をルーティン
グポイントとする。迷路法の探索結果は、ルーティング
ポイントを結んだ経路となる。図８に、始点（Ｓ）の実
座標（９８３０、３３０）、終点（Ｔ）の実座標（２７
０、１０７０）の間のルーティングを示す。

【００４６】迷路法によるルート探索結果は、始点
（Ｓ）［９９、４］、曲り点１［１１、４］、曲り点２
［１１、８］、曲がり点３［３、８］、終点（Ｔ）
［３、１１］のルーティングポイントを経由した経路と
なる。

【００４７】迷路法によるルート探索はセル座標のルー
ティングであり、セル座標を実際の座標に変換する必要
がある。図８に示す条件下でのセル座標から実際の座標
への換算式を式（１）、（２）に示す。

【００４８】Ｘｒ＝（Ｘｃ−１）＊１００＋５０………………………………（１）Ｚｒ＝（Ｚｃ−１）＊１００＋５０………………………………（２）Ｘｒ：Ｘ軸実座標、Ｚｒ：Ｚ軸実座標、Ｘｃ：Ｘ軸セル
座標、Ｚｃ：Ｚ軸セル座標

【００４９】なお、図８のセル座標（１、１）の左上を
実数座標の原点（０、０）、セル座標（１００、１０
０）の右下を実数座標（１００００、１００００）とし
ていることから式（１）、（２）が誘導される。式
（１）、（２）は、ルーティングポイント（セルの中心
点）の実数座標を表している。

【００５０】式（１）、（２）により、セル座標を実座
標に換算すると始点（Ｓ）（９８５０、３５０）、曲り
点１（１０５０、３５０）、曲り点２（１０５０、７５
０）、曲がり点３（２５０、７５０）、終点（Ｔ）（２
５０、１０５０）となる。これらの座標は該当するセル
のルーティングポイント座標である。

【００５１】ここで、始点座標、終点座標とルーティン
グポイントとのずれを補正するために、始点、終点に割
り当てられたセルのルーティングポイントを実座標に平
行移動する。ｘ軸セル座標が９９（ｘ軸実座標＝９８５
０）を実座標の９８３０に、３（ｘ軸実座標＝２５０）
を実座標の２７０に、ｚ軸セル座標が４（ｚ軸実座標＝
３５０）を実座標の３３０に、１１（ｚ軸実座標＝１０
５０）を実座標の１０７０にそれぞれ変換する。

【００５２】始点、終点のセル座標および実数座標は予
めわかっている。（配管ルーティングは、始点終点の実
数座標間をルーティングするものであり、本例での９８
３０は予めわかっている数値である。）そこで、セル座
標を実数座標に変換する際に、始点あるいは終点セル座
標のｘ、ｚ値と一致すれば、強制的に予め分かっている
実数座標値に変換する。それ以外のセル座標値は式
（１）、（２）に則り変換する。上記処理フローが図９
である。

【００５３】以上のルールを基にずれ補正を考慮した実
座標変換を行うと、始点（Ｓ）は（９８３０、３３
０）、曲り点１は（１０５０、３３０）、曲り点２は
（１０５０、７５０）、曲がり点３は（２７０、７５
０）、終点（Ｔ）は（２７０、１０７０）となり、図８
の太線に示すようなルーティングポイントとのずれを補
正したルートを求めることができる。

【００５４】「垂直方向」図１０（ｃ）に示すように、
予め定義した中央にそれぞれルーティングポイント６−
２を有する複数のセル６−３を備えた２つの固定ルーテ
ィング階層６−１の間に、メッシュ分割した浮動ルーテ
ィング階層６−５を挿入し、挿入後に迷路法のルールに
則り、ルート探索を実行する。浮動ルーティング階層６
−５は始点（Ｓ）と終点（Ｔ）（図示せず）のある高さ
に挿入するため、固定ルーティング階層６−１の間に生
じた始点（Ｓ）と終点（Ｔ）の垂直方向のずれを除去で
きる。なお、挿入する浮動ルーティング階層６−５をメ
ッシュ分割する際、配管の始点（Ｓ）座標と終点（Ｔ）
座標の割付け以外に障害物情報を浮動ルーティング階層
６−５に反映する必要がある。浮動ルーティング階層６
−５に反映する障害物には、１）機器、２）既設配管が
ある。

【００５５】図１１に固定ルーティング階層と機器との
位置関係を示す。ボイラなどの産業プラントは高さ方向
に複数の床面７−１があり、多くの機器７−３〜７−５
は床面７−１上に位置し、機器７−３〜７−５間を配管
で接続する。図１１に示す例は２つの床面７−１間を６
つの固定ルーティング階層１＿１〜階層２＿６に設定
し、浮動ルーティング階層７−２は階層１＿３と階層１
＿４の間に位置するものとする。

【００５６】図１２（ａ）に階層１＿３、図１２（ｂ）
に階層１＿４に反映される機器障害物情報をそれぞれ示
す。階層１＿３は機器７−３と機器７−４、階層１＿４
は機器７−３の機器障害物情報が反映される。浮動ルー
ティング階層７−２への機器障害物定義は、浮動ルーテ
ィング階層７−２の挿入レベルの下の固定ルーティング
階層（階層１＿３）の機器障害物をコピーする。但し、
浮動ルーティング階層７−２が最下層（本例では階層１
＿１または階層２＿１）より低いレベルに挿入する場合
には、最下層の機器障害物情報をコピーする。

【００５７】次に、浮動ルーティング階層７−２への既
設配管の障害物設定について述べる。配管のルート探索
は１本づつ実行する。配管ルーティングを実行する際に
は、既にルート探索した配管は障害物と定義する必要が
ある。例えば、３本目の配管ルートを探索する場合、既
に２本の配管がルーティングされていることとなる。

【００５８】図１３に前記２本の既設配管のルート探索
結果の座標情報を例として示す。

【００５９】図１３のルーティング済みの既設配管１は
その実座標（ｘ、ｙ、ｚ）から座標１−座標２間はｚ軸
に平行（水平方向）、座標２−座標３間はｙ軸に平行
（垂直方向）、座標３−座標４間はｘ軸に平行（水平方
向）な配管である。

【００６０】該当する浮動ルーティング階層のレベルを
基準に、垂直方向の配管が浮動ルーティング階層と直交
すれば、直交した座標を中心に配管口径分のセルを障害
物として定義する。また、水平方向の配管に上下方向に
口径の１／２を加えた範囲に浮動ルーティング階層のレ
ベルがあれば、配管口径に相当するセル幅で浮動ルーテ
ィング階層に障害物として定義する。ルーティング済み
の既設配管２も同様な処理を行う。

【００６１】浮動ルーティング階層には、始点あるいは
終点座標を明示するセル、機器障害物および既設配管の
障害物情報が含まれる。なお、固定ルーティング階層
（図１１の例では、階層１＿１〜階層１＿６、階層２＿
１〜階層２＿６）には、先ず機器障害物情報が設定さ
れ、更にルート探索の結果、固定ルーティング階層を経
由するセルが既設配管障害物情報として設定される。

【００６２】以上のように、配管をルーティングする
際、始点あるいは終点レベルに始点、終点情報、機器障
害物、既設配管障害物を含む浮動ルーティング階層を挿
入し、固定ルーティング階層と組み合わせることで、垂
直方向のルーティングポイントとのずれを無くすことが
できる。

【００６３】（問題点３の解決手段の働き）図１４、図
１５に示すように、１つの固定ルーティング階層１０−
１の面上で直交する方向の配管ルーティングを許可する
と配管同士が衝突しやすく、また、衝突を回避するため
にルートを別階層に分離すると曲り部（エルボ）の多い
配管ルーティングとなる。そこで、固定ルーティング階
層１０−１に、ルート優先方向を設け、同一階層面では
極力直交する配管のルーティングを避けることが望まし
い。ある固定ルーティング階層１０−１のルート優先方
向をｘ軸に平行とすると、その上の固定ルーティング階
層１０−１のルート優先方向はｚ軸に平行とする。図１
６に示すように、例えば、ｚ軸優先の固定ルーティング
階層１０−２とｘ軸優先の固定ルーティング階層１０−
３を設定するように、階層毎にルーティング優先方向を
設定すると、１つの階層で見てみると、平行した配管が
多く占め、配管同士の衝突が少なく、曲り点の少ない配
管密度の高いルーティングが実現できる。

【００６４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
と共に説明する。図１に本発明の一実施の形態の構成図
を示す。図１は、プラントの鉄骨、床、機器等を入力
し、入力結果を３次元表示する３Ｄ−ＣＡＤ１−１と、
配管の接続情報（座標、口径、材質、肉厚等）を有する
配管系統ＤＢ（データベース）１−２と、配管自動ルー
タ１−３で構成される。図１に示す構成は、３Ｄ−ＣＡ
Ｄ１−１から配管ルーティングする際の機器障害物情報
および配管系統に関するＤＢ１−２からの配管座標、口
径等の情報を基に、配管自動ルータ１−３にてルート探
索し、ルート探索結果を３Ｄ−ＣＡＤ１−１にて表示す
るシステム構成であり、配管自動ルータ１−３が本発明
の主要部位に相当する。

【００６５】図２に配管自動ルータ１−３の処理フロー
を示す。配管ルーティング領域に対し、固定ルーティン
グ階層を定義し、各階層をメッシュ分割する。機器障害
物（鉄骨、床、機器等）の座標情報から、メッシュ分割
した固定ルーティング階層の該当するセルに機器障害物
を割り当てる。配管系統ＤＢ１−２の中からルーティン
グ優先度の高いものから配管情報（始点、終点座標等）
を抽出する。

【００６６】ルーティング優先度は配管の持つ各種要素
から決定する。後からルーティングする配管ほど障害物
を回避するための曲りが多くなるため、口径の太い配管
の優先度を高くし、また同径配管の場合は高級材質、肉
厚大であるほど優先度を高くする。選択した配管の始
点、終点座標のレベルが固定ルーティング階層に合致す
るものがあれば、該当する固定ルーティング階層のセル
に始点あるいは終点を割付ける。選択した配管の始点、
終点座標のレベルが固定ルーティング階層に合致しなけ
れば、該当するセルに始点あるいは終点を割付けた浮動
ルーティング階層を配管の始点、終点座標レベルに挿入
する。

【００６７】なお、浮動ルーティング階層には近接する
固定ルーティング階層の機器障害物および既設ルーティ
ング配管座標からの配管障害物も合わせて定義してお
く。固定ルーティング階層と浮動ルーティング階層を
組み合せた階層構成で、迷路法によるルート探索を行
い、セル上の経路を求める。

【００６８】セル座標を実座標に変換し、ルーティング
結果を格納する。また、セル上の経路のうち、固定ルー
ティング階層を経由するセルは既設配管障害物として定
義しておく。一配管のルーティングが完了すれば、浮動
ルーティング階層を削除しておく。この手順を全配管の
ルート探索完了するまで繰り返す。

【００６９】図２に示す本発明の処理フローの概要を示
しているが、本発明の具体的な処理内容を以下に言及す
る。１）配管の接続方向を考慮したルーティングアルゴリズ
ム配管の接続方向を考慮したルーティングは、図２のフロ
ー中のルート探索で実行する。図３に同一階層に始点
（Ｓ）、終点（Ｔ）が割付けられ、始点（Ｓ）のベクト
ルは"Ｘ＋"方向、終点（Ｔ）のベクトルは"Ｚ＋"方向で
ある例を示す。ここで始点（Ｓ）あるいは終点（Ｔ）か
らベクトル方向に伸びる最小直線長を５セル分と定義す
る。図４に示すように始点（Ｓ）から終点（Ｔ）に向け
て、迷路法による埋込処理を行う。始点（Ｓ）からベク
トル方向に必ずルートが選択されるように、先ずベクト
ル方向に最小直線長分のセルに埋込番号を割付け、ベク
トル以外の方向（"Ｘ−"、"Ｚ＋"、"Ｚ−"）の最小直線
長分のセル領域には番号を埋め込まない。最小直線長分
のセル領域を越えた位置から従来の迷路法と同様の番号
埋込を、終点（Ｔ）まで埋込を行う。この時、終点
（Ｔ）からベクトル方向に１セル先の埋込番号が、終点
（Ｔ）の埋込番号−１であれば、埋込完了であり、異な
れば、更に最小直線長分のセル数分の番号を追加埋め込
みする。図４は追加埋込みした例を示している。

【００７０】埋め込み完了後、まず、終点（Ｔ）から無
条件にベクトル方向に最小直線長分のセル数＋１まで移
動し、その位置から１つ埋め込み番号の小さなセルを探
索していく。複数のセルを選択できる場合は以前のセル
の移動方向を優先選択する（配管曲りを極力少なくす
る）。

【００７１】以上のルールでトレースバックした結果を
図５に示す。始点（Ｓ）、終点（Ｔ）間を単純に最短路
で結ぶのではなく、ベクトル方向を考慮した上で最短路
を探索できる。以上、配管の接続方向を考慮したルーテ
ィング処理フローを図６に示す。

【００７２】２）配管接続座標と固定ルーティング階層
とのルーティングポイントのずれ補正処理ルーティン
グポイントと始点座標と終点座標との間のずれ補正を水
平、垂直方向に分けて処理する。

【００７３】「水平方向」水平面でのずれ補正手法を図
８で説明する。始点（Ｓ）の実座標（９８３０、３３
０）、終点（Ｔ）の実座標（２７０、１０７０）間のル
ーティングとする。ここでは、１０ｍ四方の配線領域を
１００×１００のメッシュ分割し、各セル５−１の中央
をルーティングポイント５−２とする。迷路法の探索結
果は、ルーティングポイント５−２を結んだ経路とな
る。ルート探索結果はセル５−１の経由点座標で表され
る。図８の例では、それぞれ、始点（Ｓ）で［９９、
４］、曲り点１で［１１、４］、曲り点２で［１１、
８］、曲がり点３で［３、８］、終点（Ｔ）で［３、１
１］からなるセル座標のルーティングポイント５−２を
経由した経路となる。

【００７４】換算式（１）、（２）を用いて、前記各セ
ル座標を実座標に変換すると、始点（Ｓ）（９８５０、
３５０）、曲り点１（１０５０、３５０）、曲り点２
（１０５０、７５０）、曲がり点３（２５０、７５
０）、終点（Ｔ）（２５０、１０５０）となる。

【００７５】始点（Ｓ）座標（９８５０、３５０）、終
点（Ｔ）座標（２５０、１０５０）とそれぞれのルーテ
ィングポイント５−２とのずれを補正するために、ｘ軸
セル座標が９９の場合９８３０に、３の場合２７０に、
ｚ軸セル座標が４の場合３３０に、１１の場合１０７０
に変換する。

【００７６】以上のルールを基にセル座標を換算する
と、始点（Ｓ）（９８３０、３３０）、曲り点１（１０
５０、３３０）、曲り点２（１０５０、７５０）、曲が
り点３（２７０、７５０）、終点（Ｔ）（２７０、１０
７０）となり、図８に太線で示す配管経路が示すよう
に、ルーティングポイント５−２と始点（Ｓ）座標ある
いは終点（Ｔ）座標とのずれを補正したルートを求める
ことができる。

【００７７】図９に水平面におけるルーティングポイン
トとのずれ補正処理フローを示す。

【００７８】「垂直方向」図２の処理フローで示すよう
に垂直方向のルーティングポイントとのずれは、浮動ル
ーティング階層の挿入で対処する。図１０（ａ）〜図１
０（ｃ）に示すように、予めメッシュ分割した２以上の
固定ルーティング階層６−１間に、浮動ルーティング階
層６−５を挿入し、固定ルーティング階層６−１と浮動
ルーティング階層６−５を組合せ、迷路法のルールに則
り、ルート探索を実行する。浮動ルーティング階層６−
５は始点（Ｓ）、終点（Ｔ）（図示せず）のあるレベル
に挿入するため、垂直方向のルーティングポイント６−
２とのずれは除去できる。

【００７９】図１１の例はボイラなどの産業プラントを
２つの床面７―１間を６つの固定ルーティング階層１＿
１〜階層１＿６と階層２＿１と階層２＿６にスライスし
ている。なお、浮動ルーティング階層７−２は階層１＿
３と階層１＿４の間に挿入するものとする。

【００８０】図１２（ａ）に階層１＿３、図１２（ｂ）
に階層１＿４の障害物情報を（Ｘ）で示す。階層１＿３
は機器７−３と機器７−４、階層１＿４は機器７−３の
機器障害物情報が反映される。

【００８１】浮動ルーティング階層７−２には、浮動ル
ーティング階層挿入レベルの下階層（階層１＿３）の機
器障害物をコピーする。但し、浮動ルーティング階層７
−２を最下層（本例では階層１＿１）より低いレベルに
挿入する場合には、最下層の機器障害物情報をコピーす
る。更に浮動ルーティング階層７−２へ既設配管障害物
を定義する。図１３に既設配管ルート座標情報の例を示
す。

【００８２】浮動ルーティング階層７−２に対し、ルー
ティング済みの既設配管の垂直方向部分が交差すれば、
交差座標を中心に口径分のセルを障害物として定義し、
水平方向の配管の上下方向に口径の１／２を加えた範囲
に浮動ルーティング階層レベルがあれば、口径を換算し
たセル幅で既設配管障害物として定義する。

【００８３】以上、浮動ルーティング階層には始点
（Ｓ）あるいは終点（Ｔ）を明示するセル、機器障害物
および既設配管障害物情報が含まれる。

【００８４】配管ルーティングする際、始点（Ｓ）ある
いは終点（Ｔ）レベルに始点、終点情報、機器障害物、
既設配管障害物を含む浮動ルーティング階層を挿入し、
予め設定した階層と組み合わせることで、垂直方向のル
ーティングポイントのずれを無くすことができる。

【００８５】３）配管の衝突回避方法図１４、図１５に示すように、１つの階層面で配管が直
交すると、衝突を回避するためにルートを別階層に分離
するため、曲り（エルボ）の多い配管ルーティングとな
る。そこでルーティング階層は、ルート優先方向を設
け、同一階層面では極力直交する配管のルーティングを
避ける。図１６に示すように、ある階層１０−３のルー
ト優先方向をｘ軸に平行とすると、その上の階層１０−
２ではルート優先方向をｚ軸に平行とする。各階層のル
ーティング有線方向は、図２のフロー中の固定ルーティ
ング階層の定義で予め設定する。階層毎にルーティング
優先方向を設定すると、１つの階層を見てみると、平行
した配管が多く占め、配管同士の衝突が少なく、曲り点
の少ない配管密度の高いルーティングが実現できる。な
お、ｘ軸に平行なルートを優先する階層と、ｚ軸に平行
なルートを優先する階層とを交互に積層することで、よ
り木目細かなルーティングが可能となる。

【００８６】

【発明の効果】本発明を用いることにより、迷路法をベ
ースにした配管接続口の向きを考慮し、極力配管の曲り
を少なくし、ルート探索に要する計算量を低減する配管
ルート探索を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の配管自動ルーティングシス
テムの構成。

【図２】本発明の実施例の配管自動ルータの処理フロ
ー。

【図３】本発明の実施例の始点、終点のベクトル定
義。

【図４】本発明の実施例のベクトルを考慮した迷路法
埋め込み手法。

【図５】本発明の実施例のベクトルを考慮したルート
探索結果。

【図６】本発明の実施例のベクトルを考慮したルート
探索処理フロー。

【図７】図７（ａ）は、始点座標とルーティングポイ
ントとのずれ（水平方向）、図７（ｂ）は、始点座標と
ルーティングポイントとのずれ（垂直方向）。

【図８】本発明の実施例の始点座標とルーティングポ
イントとのずれ補正（水平方向）。

【図９】本発明の実施例のルーティングポイントとの
ずれ補正処理フロー（水平方向）。

【図１０】図１０（ａ）は、始点座標とルーティング
ポイントとのずれ状況（垂直方向）、図１０（ｂ）は、
本発明の実施例の追加浮動ルーティング階層、図１０
（ｃ）は、本発明の実施例の固定ルーティング階層への
浮動ルーティング階層の追加。

【図１１】本発明の実施例の固定ルーティング階層と
機器との位置関係。

【図１２】図１２（ａ）は、固定ルーティング階層
（１＿３）に反映される機器障害物情報、図１２（ｂ）
は、固定ルーティング階層（１＿４）に反映される機器
障害物情報。

【図１３】既設配管ルート探索結果の座標情報。

【図１４】１階層面での直交ルーティング。

【図１５】階層分離した直交ルーティング。

【図１６】本発明の実施例の階層毎のルーティング優
先方向を考慮したルーティング。

【図１７】図１７（ａ）は、配管ルーティング領域の
メッシュ分割、図１７（ｂ）は、ルーティング階層の積
層構造。

【図１８】迷路法を適用したルート探索結果。

【図１９】迷路法基本アルゴリズム（パスサーチ手
順）。

【図２０】迷路法基本アルゴリズム（バックトレース
手順）。

【図２１】迷路法によるセル上のルート探索結果。

【図２２】図２２（ａ）は、配管接続点の向き、図２
２（ｂ）は、本発明の実施例の配管接続点の向きを考慮
したルーティング、図２２（ｃ）は、配管接続点の向き
を考慮していないルーティング。

【符号の説明】

１−１３Ｄ−ＣＡＤ１−２配管系
統データベース１−３配管自動ルータ１＿１〜１＿６、２＿１〜２＿６、４−１、６−１、１
０−１、１０−２、１０−３固定ルーティング階層５−１セル５−２、６−２ルーティングポイント６−２ルーティングポイント６−３セル６−５、７−２浮動ルーティング階層７−１床面７−３〜７−５
機器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5B046 AA02 BA06 GA01 5B049 AA06 BB07 CC02 CC22 DD05 EE03 EE05 FF03 FF04 FF09 GG04 GG07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントの機器、鉄骨、床面等のプラン
ト構成材料の座標等からなる機器障害物情報を入力し、
表示する３Ｄ−ＣＡＤと、配管ルートの開始点、終点、
口径等の配管情報を保有する配管系統データベースと、
３Ｄ−ＣＡＤから抽出する障害物情報を基に配管ルート
を探索する配管自動ルータを備えた配管自動ルーティン
グシステムにおいて、配管ルート可能領域を予め２以上の互いに間隔を設けて
並行に配置された水平方向の固定ルーティング階層に定
義し、配管ルート開始点及び終点を含む平面を有する浮
動ルーティング階層を前記固定ルーティング階層の間に
挿入し、固定ルーティング階層と浮動ルーティング階層
とを組合せる迷路法アルゴリズムによりルート探索する
ことを特徴とする自動ルーティングシステム。
【請求項２】配管ルートの開始点と終点の接続方向条
件を付加した迷路法アルゴリズムによりルート探索する
ことを特徴とする項１記載の配管自動ルーティングシス
テム。
【請求項３】ルーティング階層にルーティング優先方
向を付加した迷路法アルゴリズムによりルート探索する
ことを特徴とする項１記載の配管自動ルーティングシス
テム。
【請求項４】配管ルートの開始点と終点と１以上の曲
り点とそれらに割り当てられた水平方向の固定ルーティ
ング階層を特定の大きさに分割したセル領域の中心点で
あるルーティングポイントとの実座標上のずれ補正して
迷路法アルゴリズムによりルート探索することを特徴と
する項１記載の配管自動ルーティングシステム。
【請求項５】既にルート探索をした既設の配管が浮動
ルーティング階層と直交すると、該直交した座標を中心
に配管の口径分のセルを障害物として定義して迷路法ア
ルゴリズムによりルート探索することを特徴とする項１
記載の配管自動ルーティングシステム。
【請求項６】既にルート探索をした既設の水平方向の
配管の中での口径の１／２を加えた垂直方向の範囲に浮
動ルーティング階層のレベルに配管があると、配管の口
径分セル幅で浮動ルーティング階層に障害物として定義
して迷路法アルゴリズムによりルート探索することを特
徴とした請求項１記載の配管自動ルーティングシステ
ム。