AVEVA异地协同技术在海洋石油工程三维设计中的应用

蒋小华，王 佳，徐 庚，黄太安

[海洋石油工程(青岛)有限公司，山东 青岛 266520]

0 引 言

近年来，三维(3D)设计技术以其巨大的优势被迅速应用到各个工业设计领域。AVEVA 公司推出的PDMS(Plant Design Management System)软件以其强大的三维建模能力、便利的图纸抽取方式以及自动统计材料、检查碰撞等功能成为石油、化工、电力等行业领先的三维设计平台。众多研究人员对PDMS软件在建模、出图等方面的应用做了大量的研究。例如，崔同凯等[1-3]研究了PDMS在管道、设备、电缆通道建模中的应用；周乃军[4]研究了PDMS建模流程；唐涌涛等[5]研究了PDMS工具的二次开发应用。海洋石油工程(青岛)有限公司(以下简称青岛公司)的研究人员也对PDMS在海洋石油工程中的应用进行了广泛探索[6-8]。但是这些研究都基于PDMS软件在单个物理位置的应用，即PDMS三维模型只在一个物理位置进行共享。随着工程总承包(EPC)全球化的推进，总包、设计、建造、安装工作分别由不同的公司承担已经成为常态，这些公司的设计中心往往位于不同地域，地理位置相距遥远。在位于不同地理位置的设计中心之间共享PDMS三维模型数据，实现各设计中心在同一个三维模型中的实时同步设计，提高设计效率、减少设计冲突，已成为一项切实又紧迫的研究课题。目前，仅李云涛等[9-10]少数研究人员对此课题做了初步研究，还不足以满足海洋石油工程项目的实际需要。本文主要研究应用AVEVA异地协同技术，实现异地设计中心在PDMS三维设计平台上的实时同步设计，并确保设计数据在不同设计中心之间同步更新正常、项目权限管理正常。

1 项目概述

目前，海洋石油工程股份有限公司承担的海洋石油工程项目一般由塘沽设计公司进行详细设计(详设)，由青岛公司进行建造并承担相应的加工设计工作(加设)。根据一体化建造等新工艺的实施规划，青岛公司以丽水36-1项目和番禺34-1项目作为新工艺建造的试点项目，提出了以部分实施、逐步推进的方式完成新工艺的实施，即在项目前期根据建造计划和详设到图情况在甲板片预制过程中同步完成安装栏杆、挡水扁铁、设备底座、地漏、管支架、电仪托架支架、保温钉、舾装龙骨等工作；在项目中后期将部分电仪托架、机械设备、配管管线、拉筋、墙皮等预安装至甲板片。新工艺的工艺流程属于多专业、多工种交叉作业，因此施工困难大，相对于传统建造工艺，新工艺对统筹安排建造顺序提出了非常严格的要求。加设作为直接面向建造的重要环节，如何准时、高质量地提交满足新工艺实施要求的设计成果成为一个重点、难点。

另一方面，随着设计新界面的实施，青岛公司还需要承担小管线模型[2英寸(1英寸=2.54 cm)及以下]、小管线支架模型、分支电缆托架模型和全部尺寸托架的支架模型以及照明灯具、接线箱等电气仪表专业设备和相应支架模型的三维建模、出图等设计工作。如果等到详设完成三维建模后再将数据提交给青岛公司，加设在此基础上进行建模、出图等设计工作，从时间上来说，根本无法满足一体化建造新工艺的要求。

在此背景下，迫切需要一种异地协同技术，使得加设能够与详设在同一个三维平台上同时开展设计工作。目前，由塘沽设计中心进行详细设计的项目基本采用PDMS软件作为三维设计平台。同时，公司配套引进了AVEVA公司的异地协同技术，以期解决不同设计中心异地同步设计的难题。对该技术进行应用研究已经成为切实的要求。

2 研究内容及技术原理

本文研究的主要内容是如何通过AVEVA异地协同技术的应用实施，实现青岛(加设)与塘沽(详设)设计中心在PDMS三维设计平台上实时同步设计的目的，并确保设计数据在青岛、塘沽设计中心之间同步更新正常、项目权限管理正常。在此基础上，通过自行开发PDMS后台管理程序，提高GLOBAL授权利用率，减少GLOBAL软件授权点的需求数量，达到节省软件使用费、提高项目经济效益的目的。

2.1 AVEVA异地协同技术原理

AVEVA异地协同技术原理如图1所示。通过该技术，一个项目可以根据参与项目公司的地理位置或设计中心情况设置多个Location用于三维设计，一般一个Location对应一个设计中心。根据权限的不同，Location分为两种：其中一个Location为项目中心站(HUB)，拥有整个项目的完全管理权限以及全套数据库；其他Location则被称为卫星站(Satellite)，只拥有项目的部分管理权限，根据中心站的分配拥有项目整套或部分数据库镜像。中心站为每个卫星站建立各自的工作数据库，卫星站仅对自己的工作数据库具有修改权限，对镜像数据库只能读取而不能修改。根据设计的需要，中心站可以通过改变数据库在不同Location的状态，将镜像数据库转变为工作数据库，实现赋予该Location数据库修改权限的功能；待工作结束，将Location工作数据库转变为镜像数据库，实现数据库修改权限的回收。同一时间，一个数据库只能在一个Location作为工作数据库，而在其他Location都是镜像状态。中心站与卫星站之间，通过AVEVA GLOBAL软件模块，实现项目设计数据的实时同步、数据库权限赋予/回收及其他项目管理等功能。

在实际应用中发现，AVEVA异地协同技术具有一定的缺陷：每一个GLOBAL项目均需单独占用一个GLOBAL授权，多个项目同时运行时，授权使用量巨大，造成软件使用费用居高不下；同时，GLOBAL授权只能用于中心站与卫星站同步数据，在项目后期设计修改较少时，数据更新量较少，该项目占用的GLOBAL授权大部分时间处于闲置待命状态，利用率低下，造成授权资源浪费；多个项目同时运行时，AVEVA GLOBAL只能稳定地支持2个项目同时进行数据更新，其他项目则容易出现数据传输掉线、更新不及时等问题。为了解决上述问题，青岛公司开发了PDMS后台管理程序，用于所有青岛-塘沽间设计项目的定时数据同步切换，实现了多项目全天候的数据实时更新并可大量减少授权资源的占用。

图1 AVEVA异地协同技术原理Fig.1 Principle of AVEVA remote collaborative technology

2.2 PDMS后台管理程序技术原理

PDMS后台管理程序主要的工作内容是定时重启AVEVA GLOBAL服务，并在每次重启服务时根据程序配置文件中的设定切换到不同的GLOBAL服务配置文件，每个服务配置文件指向2个不同的项目。运行中，通过PDMS后台管理程序对GLOBAL服务配置文件的轮换，同时配合项目自身GLOBAL的更新策略，实现多个项目数据自动更新轮流进行。

PDMS后台管理程序配置文件结构示例如下：

pdmsPath="C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4"

batchFilePath="C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4Multids.bat">

其中每个Config项是一条定时重启AVEVA GLOBAL服务配置项。Week属性用于指定在每周的哪几天使用该配置，Hour用于指定启动的小时数，Minute指定的是启动的分钟数，pdmsPath指定PDMS的安装目录，batchFilePath用于指定GLOBAL服务配置文件位置。上条配置文件的意义为在周一到周五，每天10:30重启GLOBAL服务，使用的GLOBAL服务配置文件为C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4Multids.bat。

PDMS后台管理程序的界面如图2所示。

3 研究方案部署

AVEVA 异地协同技术在青岛公司属于首次应用，因此整个研究过程分为两个阶段，相应地部署了两个方案：方案一，利用荔湾3-1项目进行AVEVA异地协同技术在单个项目中的应用研究，以测试AVEVA 异地协同技术在海洋石油工程三维协同设计应用中的可行性；方案二，在方案一的基础上，以丽水36-1项目和番禺34-1项目为试点，进行PDMS后台管理程序及AVEVA异地协同技术在多项目上的应用研究，以测试PDMS后台管理程序的可靠性。

方案实施期间，试点项目均将塘沽作为中心站，青岛作为卫星站，中心站与卫星站之间使用VPN进行网络连接。两个Location的PDMS软件及GLOBAL均使用相同的版本。

4 研究方案测试

方案部署完毕后，依次对两个方案进行了测试。

4.1 AVEVA异地协同技术单项目应用测试

AVEVA异地协同技术首先在荔湾3-1组块项目中进行了应用研究，测试内容包括中心站与卫星站的通信情况，中心站与卫星站的数据库建立、数据库分配，卫星站用户管理，卫星站数据库同步更新等几个方面。测试情况如下。

(1)Location的建立与通信测试。中心站与卫星站的通信是异地协同设计传输数据的基础，通信的速度及可靠性直接影响到异地协同设计能否实现。卫星站初始化完毕后，进入项目管理模块，对GLOBAL通信情况进行测试，结果显示中心站与卫星站通信顺畅，网络延迟约为300 ms，可以满足协同设计下中心站与卫星站之间数据更新的要求。

(2)工作数据库的建立及权限管理。由2.1节的介绍可知，只有中心站才有权限创建、分配数据库，中心站建立的数据库必须及时分配到卫星站，卫星站才能进行相应的设计工作。荔湾3-1中组块项目中，详设、加设数据库分开，各专业数据库按平台层高建立。中心站为卫星站建立了40多个工作数据库。项目运行过程中，数据库的分配、回收顺利，数据库位置正确、修改权限正常，如图3所示。

图2 PDMS后台管理程序界面Fig.2 PDMS management program interface

图3 荔湾3-1数据库位置Fig.3 LW3-1 databases location

(3) 用户的建立及授权。卫星站用户由青岛卫星站的管理员建立。项目运行过程中，创建了50多个用户，并根据各专业的要求，赋予用户相应专业对应工作数据库的读取、修改权限。其间又根据项目工程师人员及工作范围的变化，进行了用户增加/权限修改等。项目运行期间，用户对数据库的修改、读取操作正常，满足了各专业设计的需要。

(4) 设计数据实时更新。设计数据的实时更新是异地协同三维设计得以实现的关键，也是验证AVEVA 异地协同技术可行性的关键指标。荔湾3-1组块项目中，根据研究方案要求，对设计数据进行实时同步更新。更新由GLOBAL模块自动完成，数据库按照管理员设定的更新时间和频率自动完成数据更新。考虑到网络的负载以及项目每天设计数据的大小，设置为每小时同步更新一次，每天检查GLOBAL更新情况。在项目运行过程中，数据实时更新功能运行正常，设计成果数小时之后即可传输给对方。部分更新记录如图4所示。

图4 设计数据实时更新结果Fig.4 Result of design data real-time updating

4.2 PDMS后台管理程序及AVEVA异地协同技术多项目应用测试

在荔湾3-1项目成功应用AVEVA异地协同技术的基础上，以丽水36-1项目和番禺34-1项目为试点，进行PDMS后台管理程序及AVEVA异地协同技术在多项目中的应用研究。

经过测试，在PDMS后台管理程序的帮助下，GLOBAL服务在丽水36-1和番禺34-1项目之间自动切换，顺利实现了多项目的数据稳定实时更新。两个项目部分GLOBAL服务的启动、停止记录如图5所示。

5 研究创新点及解决的主要问题

AVEVA异地协同技术首次在青岛公司应用。通过上述两个方案的测试，对AVEVA 异地协同技术在海洋石油工程三维协同设计应用中的可行性以及PDMS后台管理程序的可靠性进行了测试。

研究的主要创新点如下：(1)通过在青岛公司进行AVEVA异地协同技术应用研究，验证了在海洋石油工程三维设计中应用AVEVA异地协同技术的可行性，首次实现了青岛(加设)与塘沽(详设)在PDMS三维设计平台上的实时同步设计；(2)开发了PDMS后台管理程序，自动在多个项目间切换数据同步服务，节省了GLOBAL授权资源。

通过上述研究，主要解决了如下问题：(1)青岛公司与塘沽设计公司在同一个PDMS模型中同时进行设计工作，设计成果传递时间由以前的数天缩短到数小时，提升了设计进度，满足了一体化建造新工艺对设计成果提交时间的要求；(2)项目设计数据实时同步，双方可以及时看到对方的设计成果，大大降低了碰撞、干涉发生的几率；(3)项目设计成果实时交互审核，避免了不合理设计对建造的影响；(4)建造过程中的详设升版与加设现场修改实时反馈，提升了设计质量；(5)多项目数据同步服务的自动切换，节省了GLOBAL授权资源。

图5 PDMS后台管理程序测试结果Fig.5 Test result of PDMS management application

6 研究成果推广应用情况

经过荔湾3-1项目及后续丽水36-1、番禺34-1项目的试验和测试，AVEVA异地协同技术逐步推广应用到青岛公司其他项目，例如垦利10-1、绥中36-1二期调整项目等。目前，青岛公司承建的由塘沽设计公司负责设计的项目、以及承建国外使用PDMS进行三维设计的海洋石油工程项目，均采用了该技术，提高了青岛公司三维设计以及异地协同设计的水平，提升了项目设计、建造质量。同时，PDMS后台管理程序也进行了大规模的推广应用，有效地节省了软件授权资源。例如，某年度生产高峰时期，青岛公司有12个项目同时使用GLOBAL进行异地协同设计，如果按照每个项目一个GLOBAL授权的传统方法，需要使用12个GLOBAL授权；使用PDMS后台管理程序后，根据不同项目数据的同步负荷合理配置GLOBAL服务文件，实际上仅使用了2个GLOBAL授权即满足了上述12个项目异地协同设计的需求，节省软件费用达80%以上。

7 结 语

AVEVA异地协同技术在荔湾等项目中的成功应用，实现了青岛与塘沽两个设计中心在同一三维模型中实时同步设计的目标，提升了海洋石油工程加工设计水平、建造施工水平以及三维协同设计水平。通过直观的三维模型在两个设计中心间的实时共享，有效地消除了建造中经常出现的碰撞问题，有助于材料的精确准备和管线提前预制，缩短了工艺管线、电缆托架、支架等部件预制和安装的施工周期。数字化手段的创新应用，为青岛公司一体化建造新工艺及设计新界面的顺利实施奠定了基础。PDMS后台管理程序的开发应用，有效解决了AVEVA 异地协同技术的缺陷，节省了软件资源，创造了良好的经济效益。

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