SM 3D Automation技術(shù)在某大型FPSO項(xiàng)目管道設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

Automation設(shè)計(jì)是指在沒(méi)有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理等，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)過(guò)程中采用的技術(shù)。管道設(shè)計(jì)是石油工程設(shè)計(jì)最為重要的一環(huán)，隨著海洋石油工程工業(yè)的不斷發(fā)展，項(xiàng)目的大型化、精細(xì)化對(duì)管道3D設(shè)計(jì)提出了新的要求。為保障項(xiàng)目周期以及設(shè)計(jì)文件的及時(shí)性與精確性，許多之前通過(guò)人工完成的設(shè)計(jì)過(guò)程文件及成果文件需要改為通過(guò)軟件自動(dòng)生成。

Smart plant 3D軟件是鷹圖公司旗下Smart plant系列軟件的重要組成部分，是基于數(shù)據(jù)庫(kù)的一體化多專業(yè)集成布置數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，能極大地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，有效并重復(fù)使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)。

本文以某35萬(wàn)噸大型FPSO項(xiàng)目管道設(shè)計(jì)為例，分析和介紹了SM 3D Automation技術(shù)的應(yīng)用，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

1.SM 3D數(shù)據(jù)庫(kù)

完善的SM 3D數(shù)據(jù)庫(kù)是Automation設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。SM 3D數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括3個(gè)Schema數(shù)據(jù)庫(kù)和4個(gè)Database數(shù)據(jù)庫(kù)。其中，Schema數(shù)據(jù)庫(kù)管理的是DATABASE數(shù)據(jù)庫(kù)的層級(jí)結(jié)構(gòu)，site部分存儲(chǔ)工程的地址信息，并以此為基礎(chǔ)識(shí)別讀取Catalog數(shù)據(jù)庫(kù)信息;Catalog數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)Catalog Database與Plant model Database兩部分，分別存儲(chǔ)建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)以及三維模型數(shù)據(jù); Report數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)工程成品數(shù)據(jù)，相應(yīng)數(shù)據(jù)信息可根據(jù)Plant數(shù)據(jù)庫(kù)信息的變更而進(jìn)行更新。（圖1）

1.1 管道數(shù)據(jù)庫(kù)

管道數(shù)據(jù)庫(kù)是SM 3D管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，管道數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以項(xiàng)目材料規(guī)格書為基礎(chǔ)，其完善程度不僅影響管道設(shè)計(jì)質(zhì)量與輸入效率，更對(duì)后期材料統(tǒng)計(jì)及施工管理具有非常重要的意義。（圖2）

為滿足后續(xù)數(shù)據(jù)輸出要求，該項(xiàng)目前期在進(jìn)行管道數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)時(shí)對(duì)管線管件單進(jìn)行了重新定義，滿足后續(xù)管線重量數(shù)據(jù)的提取，并對(duì)每種類型的物資進(jìn)行唯一編碼，以便后續(xù)材料采辦識(shí)別及管理跟蹤需求。

1.2 支架數(shù)據(jù)庫(kù)

SM 3D軟件的自帶支架數(shù)據(jù)庫(kù)形式單一，支架建模時(shí)用戶需對(duì)支架進(jìn)行拼接，步驟較為繁瑣。因此，該項(xiàng)目中依據(jù)項(xiàng)目支架標(biāo)準(zhǔn)圖對(duì)支架進(jìn)行二次開發(fā)，將基礎(chǔ)支架庫(kù)元件合并為“塊”，建立與支架標(biāo)準(zhǔn)圖代碼一致的支架數(shù)據(jù)庫(kù)，以提高支架建模效率，便于現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制與施工。

1.3 設(shè)計(jì)模版定制

該項(xiàng)目的Automation管道設(shè)計(jì)中，所有的設(shè)計(jì)文件基本上都從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取，因此，需定制諸多設(shè)計(jì)模板，方便快速抽取數(shù)據(jù)并生成報(bào)告及圖紙。（圖3）

圖1 SM 3D數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

圖2 管道數(shù)據(jù)庫(kù)catalog

2.SM 3D輸入

Smart Plant 3D在進(jìn)行管道建模時(shí)，需依次建立pipe system, pipeline, pipe run等管線層級(jí)。若在Smart Plant 3D中逐一輸入，不僅效率相對(duì)較低，且規(guī)則不易實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。該項(xiàng)目基于SPPID 中導(dǎo)出Excel管線數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，導(dǎo)入加載至管線系統(tǒng)，提高了工作效率。（圖4）

管線設(shè)計(jì)涉及試壓、焊接、重控、檢驗(yàn)以及應(yīng)力分析等方面工作，相應(yīng)信息應(yīng)輸入至模型并通過(guò)三維軸測(cè)圖輸出，用以施工及調(diào)試參考。而該類參數(shù)可根據(jù)管線的尺寸、材料及溫度壓力參數(shù)識(shí)別，可以利用圖4所示表格中參數(shù)進(jìn)行批量定義與處理。該項(xiàng)目基于上述原理進(jìn)行參數(shù)定義后，導(dǎo)入至項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，供后續(xù)分析應(yīng)用，如圖5所示。信息倒入后，可以在SM 3D參數(shù)輸入界面看到相關(guān)信息，如圖6所示。

3.輸出成果文件

基于SM 3D設(shè)計(jì)輸入，利用前期定制模版，該項(xiàng)目可實(shí)現(xiàn)表1所示的輸出成果文件清單。

表1 輸出成果文件清單

上述文件經(jīng)過(guò)首次模型抽取后，隨著設(shè)計(jì)的深入，可直接在數(shù)據(jù)庫(kù)中更新，避免二次設(shè)定工作區(qū)域及對(duì)象，方便快捷，可有效提高項(xiàng)目輸出文件更新效率。

圖3 定制模板截圖

圖4 LINELIST管線數(shù)據(jù)導(dǎo)入樣例

圖5 管線參數(shù)信息批量導(dǎo)入示例

圖6 SM 3D用戶輸入界面管線參數(shù)截圖

4.其他應(yīng)用

Automation管道設(shè)計(jì)不僅可以實(shí)現(xiàn)上述成果文件的輸出，還可以用以過(guò)程檢查及進(jìn)度管理，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中多種數(shù)據(jù)文件。該項(xiàng)目中的應(yīng)用主要包括：生成3D碰撞報(bào)告、進(jìn)度測(cè)量、現(xiàn)場(chǎng)焊點(diǎn)以及預(yù)制工作量統(tǒng)計(jì)等。

4.1 3D碰撞報(bào)告

該項(xiàng)目根據(jù)定制的3D碰撞報(bào)告模版，對(duì)存在碰撞的管線進(jìn)行識(shí)別，抽取碰撞管線清單以及碰撞位置坐標(biāo)清單。

利用圖7中數(shù)據(jù)，可以快速定位碰撞位置，并快速生成模塊內(nèi)碰撞報(bào)告以及界面碰撞報(bào)告，如圖8所示。

上述方法可以有效提高模型瀏覽效率，避免審查模型所產(chǎn)生的遺漏。

4.2 進(jìn)度測(cè)量

Automation管道設(shè)計(jì)通過(guò)將管道設(shè)計(jì)所需的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行匯總并量化，然后對(duì)輸入數(shù)據(jù)的完整性和正確性進(jìn)行檢查，獲知單項(xiàng)輸入工作的進(jìn)度；單項(xiàng)工作加以權(quán)重后，可獲知目前的進(jìn)度狀態(tài)。該方法和理論不僅用于管道設(shè)計(jì)，也用于整個(gè)項(xiàng)目的3D設(shè)計(jì)審核，見圖9所示。

4.3 施工工作量統(tǒng)計(jì)

在該項(xiàng)目的執(zhí)行過(guò)程中，為配合現(xiàn)場(chǎng)管線的預(yù)制、安裝及調(diào)試，需對(duì)管段流水、焊點(diǎn)尺寸、某一類型管線材料特定尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以確定現(xiàn)場(chǎng)施工工作量和項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃。在該項(xiàng)目中，Automation管道設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)上述特定參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，生成報(bào)告并得出所需數(shù)據(jù)以及其所關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息。

圖7 管線碰撞報(bào)告清單

圖8 管線碰撞報(bào)告

圖9 Automation設(shè)計(jì)進(jìn)度測(cè)量

5.總結(jié)與展望

綜上所述，我們可以清晰地看到SM 3D Automation技術(shù)不僅可以優(yōu)化輸入，同時(shí)可以豐富輸出。目前，很多工程設(shè)計(jì)公司都在積極推廣應(yīng)用Automation設(shè)計(jì)技術(shù)。項(xiàng)目開發(fā)成本的控制以及投產(chǎn)周期的限制對(duì)管道自動(dòng)化設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高，Automation技術(shù)的應(yīng)用仍有較大的發(fā)展空間，用戶GUI界面的友好性有待提高，軟件應(yīng)用對(duì)操作者及計(jì)算機(jī)硬件的要求降低，更多功能有待完善，可增設(shè)操作便捷性軟件工具箱供二次開發(fā)和使用。