SP3D在撬塊化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張賢(亞德環(huán)保工程(上海)有限公司，上海 200233)

0 引言

當(dāng)前油氣田發(fā)展速度提升，用戶需求也逐漸擴(kuò)大，縮短設(shè)計(jì)與建設(shè)周期成為提高企業(yè)市場競爭力的關(guān)鍵所在。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，企業(yè)陸續(xù)采用撬塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)模式，在優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上還支持提前采購和預(yù)制，再將SP3D軟件引入其中，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的集成協(xié)作，高效創(chuàng)建工程三維模型，使設(shè)計(jì)質(zhì)量得到切實(shí)保障，為現(xiàn)場施工提供更多便利，技術(shù)優(yōu)勢十分顯著。

1 撬塊化設(shè)計(jì)理念與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 設(shè)計(jì)理念

撬塊是采用先進(jìn)的計(jì)算軟件對工藝設(shè)備進(jìn)行打包，具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，支持整體搬遷與吊裝。在設(shè)計(jì)中針對撬塊連接、劃分、制造與運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合分析。通常情況下，撬塊劃分由吊裝和運(yùn)輸決定，應(yīng)提前預(yù)制部分，如支吊架與管子，在運(yùn)輸之前采用臨時(shí)支架將管道設(shè)備支撐好，運(yùn)送到指定位置后剔除臨時(shí)支架，安裝支吊架即可。該設(shè)計(jì)可有效減少人力投入、避免現(xiàn)場不良因素影響、保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)施工質(zhì)量與安全性全面提升。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在：一是形狀規(guī)則且緊湊，設(shè)備材料可由廠家提前預(yù)制，具有標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化特點(diǎn)，可避免工期緊、材料采購困難對施工帶來的負(fù)面影響；二是具有可移動(dòng)性，運(yùn)輸方便，尤其在氣田滾動(dòng)開發(fā)中優(yōu)勢更加顯著。同時(shí)，還可結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況靈活調(diào)整裝置位置，在使用完畢后移動(dòng)到其他氣井附近應(yīng)用；三是因該裝置支持提前預(yù)制和材料，有效縮短了施工時(shí)間，進(jìn)而節(jié)約大量成本投入；四是占地面積較小，與相同類型的井、站設(shè)計(jì)模式相比，可減少1/2的使用面積，且設(shè)備、管道與構(gòu)筑物的布設(shè)較為集中，便于后續(xù)檢測與維修[1]。

1.3 發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)70年代撬塊化便開始使用，為油氣田建設(shè)企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，所采用的裝備幾乎均為整套的撬塊化設(shè)備，使氣田建設(shè)速度得到顯著提升。到了20世紀(jì)90年代，我國首次將該技術(shù)引入油氣田開發(fā)項(xiàng)目中，并取得理想的應(yīng)用成果。近年來，在四川、吉林、新疆等地陸續(xù)開始普及該技術(shù)，其憑借獨(dú)特優(yōu)勢得到更多的認(rèn)可，優(yōu)勢效果十分顯著。在撬塊化設(shè)計(jì)中，因空間布設(shè)較為緊密，需要在有限的空間中安裝管線、閥門、支架等多項(xiàng)內(nèi)容，設(shè)計(jì)者需要思考如何使配管空間走向更加科學(xué)，但二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不夠直觀，對設(shè)計(jì)質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響；如：撬塊設(shè)計(jì)不夠精細(xì)、管線接口處存在誤差等，均會(huì)影響預(yù)制工作的順利開展，質(zhì)量安全無法得到保障，且設(shè)備安裝后很可能無法與其他管線銜接，增加后期修改工作量，甚至需要重新調(diào)整或制造，增加了工作難度。二維設(shè)計(jì)通常由人工計(jì)算用料量，受人為因素影響設(shè)計(jì)用量與實(shí)際需求有所出入，導(dǎo)致預(yù)制階段采購量增加，對施工進(jìn)度和質(zhì)量產(chǎn)生極大不良影響，導(dǎo)致材料浪費(fèi)，投資數(shù)量增加。

2 SP3D在撬塊化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

當(dāng)前科技迅猛發(fā)展，3D軟件在工程設(shè)計(jì)中的輔助作用不容小覷，SP3D軟件由美國研發(fā)而成是當(dāng)前智能工廠設(shè)計(jì)領(lǐng)域的潮流產(chǎn)品，以數(shù)據(jù)庫建設(shè)為核心，依靠計(jì)算機(jī)編譯數(shù)字信息，不支持文字信息編譯，需要將文字轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字形式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。其中，AllCodeLists可將多種有效信息分類，各類文字與數(shù)字相對應(yīng)，標(biāo)記的文字?jǐn)?shù)量較多，以管道為例，需要對尺寸、材質(zhì)、壓力、壁厚等指標(biāo)信息進(jìn)行全面標(biāo)記，并將各項(xiàng)特征匯總在表格上。此外，還利用Specif ication部分對管道等級進(jìn)行劃分，依靠Catalog將真實(shí)的管道參數(shù)體現(xiàn)出來。通過數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｐ?，將管道、設(shè)備與支架等直觀展現(xiàn)出來。

2.1 多專業(yè)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)

該軟件可創(chuàng)建一個(gè)多專業(yè)綜合化的協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，不但支持工藝配管，還可使電氣、自控與水處理等多專業(yè)同時(shí)在平臺(tái)中設(shè)計(jì)，不同專業(yè)之間的布設(shè)情況可共享，有效避免錯(cuò)、漏、碰撞等情況發(fā)生，使設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率得到全面提升。在建模中雖然需要網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)連接，但在網(wǎng)絡(luò)中斷狀態(tài)下各專業(yè)的設(shè)計(jì)工作仍然不受影響。軟件還可設(shè)置權(quán)限，只有身份符合的用戶才可成功登錄，對內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，支持自動(dòng)備份，有效避免損失。

2.2 出圖速度快

在三維設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者的工作重心從繪圖、開料等繁瑣的工作中轉(zhuǎn)移，集中在產(chǎn)品優(yōu)化、布線合理等方面。當(dāng)撬塊模型創(chuàng)建后，明確合適的出圖類型與區(qū)域，軟件便會(huì)自動(dòng)生成相應(yīng)圖片，如：斷面圖、平面圖、單管圖等，并對相關(guān)信息自動(dòng)標(biāo)注和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為總包項(xiàng)目開展提供更多便利，采購人員可根據(jù)材料表內(nèi)容進(jìn)行選購；施工主體也可依據(jù)單管圖內(nèi)容進(jìn)行管道組裝，此舉不但省時(shí)省力，還可有效減少施工失誤發(fā)生。該軟件具有較高的復(fù)用性，自動(dòng)生成圖紙與報(bào)告，使設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量得到切實(shí)保障[2]。

2.3 數(shù)據(jù)集成度高

數(shù)據(jù)建模需要SP PID軟件與SP3D軟件一同完成，才可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成目標(biāo)，主要流程如下：首先，SP PID作為智能PID，可將工藝數(shù)據(jù)錄入到軟件之中；SP3D接受PID信息，根據(jù)PID工藝流程實(shí)施三維配管，此時(shí)工藝數(shù)據(jù)便可從PID傳遞到3D軟件中，為管道與設(shè)備的繪制提供便利，由此構(gòu)建的模型可繼承和傳輸PID數(shù)據(jù)，確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)固定改變。

3 SP3D在撬塊化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用案例

3.1 項(xiàng)目概況

以某油氣田項(xiàng)目為例，主要作用在于將該礦井生產(chǎn)的含硫天然氣脫硫處理后，要求硫化氫指標(biāo)與二類天然氣要求相符合，并向外輸送給下游用戶使用。為了節(jié)約投資，該項(xiàng)目中的脫硫裝置需要重復(fù)使用，在符合運(yùn)輸條件下，對可成撬的設(shè)備進(jìn)行撬塊化設(shè)計(jì)，撬塊總數(shù)為10個(gè)，包括排污撬、濾液池撬等，分布于各個(gè)工藝中。因撬塊需要提前預(yù)制，并對其大小進(jìn)行嚴(yán)格控制，在確保撬塊符合安裝工藝的情況下，最大限度縮小體積，為后續(xù)運(yùn)輸與安裝提供便利。該項(xiàng)目引入SP3D三維設(shè)計(jì)，由電氣、管道、結(jié)構(gòu)等技術(shù)人員協(xié)商后創(chuàng)建三維模型，與SPID數(shù)據(jù)集成設(shè)計(jì)，確保數(shù)據(jù)統(tǒng)一，促進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，將SP3D的作用與價(jià)值充分發(fā)揮出來，使撬塊布設(shè)更為緊湊，加工和運(yùn)輸更加便利，獲得業(yè)主的認(rèn)可與青睞。

3.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

撬塊受到空間與運(yùn)輸條件的雙重制約，撬內(nèi)管線和設(shè)備需要采用最小連接法，不但使工藝質(zhì)量得到保障，還可節(jié)約更多制造成本；在吊裝方面，屬于撬塊設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在，應(yīng)根據(jù)吊裝方案決定是否對撬塊進(jìn)行拆分，如若拆分，需要分成幾個(gè)模塊。若吊裝方案不當(dāng)同樣會(huì)影響撬塊設(shè)計(jì)效果，如：管架布設(shè)或者形式等。在撬塊設(shè)計(jì)中，因受到空間制約，怎樣才能在保障特定功能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)簡潔、美觀的構(gòu)造成為設(shè)計(jì)難點(diǎn)，如：管線、管架如何布設(shè)與選型、電纜槽盒怎樣布設(shè)等。

3.3 應(yīng)用方法

(1)建立坐標(biāo)系。該項(xiàng)目位于某工廠下方，以該廠為中心設(shè)立坐標(biāo)系，選定廠中的某個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，撬塊設(shè)備分布于廠內(nèi)各處，在創(chuàng)建模型時(shí)選取一個(gè)相對坐標(biāo)系，有助于模型定位與配管安裝。在建模過程中，發(fā)揮SD PID與SP3D的合力，在數(shù)據(jù)集成的同時(shí)確保傳輸時(shí)不發(fā)生變化，減少以往手動(dòng)傳遞導(dǎo)致的疏漏，使數(shù)據(jù)具有唯一性。

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。撬塊化設(shè)計(jì)一般較為緊湊，對空間要求較為嚴(yán)格，利用3D軟件創(chuàng)建模型可將優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，使有限的空間得到合理利用，避免各類碰撞問題發(fā)生。如若采用以往二維配管繪制，因無法透過二維視圖看出布設(shè)情況，便很可能出現(xiàn)管線碰撞、閥門預(yù)留空間不科學(xué)等。而SP3D的應(yīng)用便無需擔(dān)心碰撞，該軟件為實(shí)時(shí)渲染，可隨時(shí)觀測到配管位置與布設(shè)情況，使設(shè)計(jì)與調(diào)整更加靈活。同時(shí)，因SP3D軟件具有較強(qiáng)的協(xié)同性，可使電氣、水專業(yè)、自控儀表等同時(shí)設(shè)計(jì)，各專業(yè)均可相互看到對方布設(shè)情況，能夠有效規(guī)避漏、錯(cuò)、碰撞等情況發(fā)生，通過協(xié)同設(shè)計(jì)促進(jìn)工作效率提升。

(3)碰撞檢查。依靠SP3D技術(shù)可對全長模型進(jìn)行碰撞檢驗(yàn)，不但可檢測不同專業(yè)模型間的硬碰撞，還可檢測出不同模型與預(yù)留空間之間的軟碰撞。具體措施有兩種：一種是利用服務(wù)器進(jìn)行碰撞檢查，可在單一機(jī)器中應(yīng)用，對全部模型碰撞情況進(jìn)行檢測；另一種是交互式碰撞，可幫助設(shè)計(jì)者更加高效的檢查碰撞情況，為修改和完善提供參考。與二維軟件相比，SP3D的應(yīng)用可有效避免和降低設(shè)計(jì)出錯(cuò)率，節(jié)約更多人力與物力的投入，以免出現(xiàn)不必要的失誤，如：材料采購不當(dāng)、統(tǒng)計(jì)誤差等。

(4)出圖與報(bào)告。在利用SP3D出圖時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需求定制個(gè)性化圖框，綜合考慮所需的內(nèi)容，如：保溫厚度、管線型號(hào)、操作壓力、流體類型等，在圖中恰當(dāng)處顯示出來。SP3D的應(yīng)用可準(zhǔn)確選定出圖范圍，在Space Management模塊下確定一個(gè)Volume，可根據(jù)撬塊實(shí)際尺寸劃分，通過出圖轉(zhuǎn)換生成多種圖形，選擇正確的出圖類型，抽取任意標(biāo)高的管道布設(shè)圖紙、平面圖紙、管架布設(shè)圖紙等，根據(jù)需求對模型圖區(qū)電纜橋架、管道系統(tǒng)布設(shè)圖，由此更加方便快捷的生成單管圖、材料表、支架表等報(bào)告，減輕人工統(tǒng)計(jì)量，使工程概預(yù)算更加準(zhǔn)確可靠。

3.4 應(yīng)用效果

SP3D在撬塊設(shè)計(jì)中的應(yīng)用取得理想的成效，主要體現(xiàn)在：一是因撬塊化布設(shè)結(jié)構(gòu)較為緊湊、規(guī)劃程度較高，在高精度設(shè)計(jì)中可使SP3D軟件優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，設(shè)計(jì)者可更加全面的獲取相關(guān)信息，合理控制安裝空間，對各類管件靈活布設(shè)，達(dá)到利用最小空間達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的效果，這對提高設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率來說意義重大；二是SP3D軟件具有協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)集成等功效，在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確統(tǒng)一的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)信息共享，使設(shè)計(jì)質(zhì)量得到優(yōu)化；三是SP3D的應(yīng)用為圖紙出具、材料統(tǒng)計(jì)、報(bào)告輸出提供極大便利，將人員從繁重的工作中解放出來，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，有效促進(jìn)采購與管理工作的順利開展。

4 結(jié)語

綜上所述，在油氣田開發(fā)建設(shè)中，通過SP3D軟件的應(yīng)用可使撬塊設(shè)備得到有效的三維設(shè)計(jì)，與以往二維設(shè)計(jì)方式相比，設(shè)計(jì)周期更短，設(shè)備設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率均得到顯著提升。將其與SP PID軟件結(jié)合后，可在確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確統(tǒng)一的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)信息共享，使設(shè)計(jì)質(zhì)量得以優(yōu)化，有效避免碰撞情況發(fā)生，為現(xiàn)場施工提供切實(shí)保障，對提高企業(yè)競爭力來說具有重要促進(jìn)作用。