基于数据库的油气管道线路施工图设计软件二次开发

田姗姗，马金凤，周亚薇

中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000

基于数据库的油气管道线路施工图设计软件二次开发

田姗姗，马金凤，周亚薇

中国石油天然气管道工程有限公司，河北廊坊065000

基于数据库的油气输送管道线路施工图设计软件是集数据录入、数据管理、线路设计和数据移交为一体的施工图设计平台，运用数据库技术，将AutoCAD 2010二次开发与数据库进行连接，实现线路施工图的整体设计。该软件利用SQLServer 2005搭建数据库，对基础数据进行录入和管理；通过研究曲线算法和纵断面生成算法，实现管道纵断面的自动生成和计算；总结提炼常用的标准规范，搭建穿跨越、水工保护等专业标注设计符号库，实现设计的标准化。软件实现了长距离油气管道线路施工图的连续设计和参数化设计，采用SQL数据库存储，具有良好的开放性和兼容性。

数据库；线路设计；施工图；CAD二次开发；油气输送管道

目前，管道运输已成为继公路、铁路、水运和航空之后第五大交通运输方式，我国油气骨干管道里程已突破7万km。管道建设高峰期的到来对设计手段和设计方法都提出了更高的要求[1-5]。而线路作为油气管道的主体，其线路施工图设计的效率和质量直接关系着管道建设的进度和施工质量[6-8]。

现阶段国内外的管道线路施工图设计开发主要采用Visual Basic、Visual C++、AutoCAD二次开发工具等，但大多局限于单张图纸的设计，设计质量与设计人员的设计水平以及绘图习惯关系很大，而且不同专业的资料分散存储，各项资料在上下游专业之间进行传递和流转的过程中，容易发生资料缺失和版本错误等问题，很难实现标准化设计[9-15]。

基于数据库的线路施工图设计研究，以数据库技术为基础，在Auto CAD基础上进行二次开发，与传统的设计方法相比具有更多的优点，对全面提高设计效率，实现油气管道线路设计的数字化，有着积极的作用。本文阐述了基于数据库的管道线路施工图设计软件的总体设计、数据库架构、核心算法和工作流程。

1 总体设计

该平台运用数据库技术，通过对AutoCAD进行二次开发，实现油气管道线路施工图的数据录入、数据管理、线路设计和数据移交的功能。本研究搭建了基础数据库和工程数据库，用来管理项目的基础地理数据和工程数据以及线路、水工保护和穿跨越等专业的符号库和计算规则；结合油气管道线路施工图设计中的关键算法，对AutoCAD进行二次开发，研发出适用于施工图设计的专业化模块，通过划分不同的用户角色并确定其默认权限，实现设计工作在不同环节的自动流转。

2 数据库架构

基于数据库的油气管道线路施工图设计通过搭建线路基础信息数据库来管理数据[9]，具体的技术架构共分为三大层次，底层构建在Windows Server 2003基础上，采用SQL Server 2005访问“用户库”、“工程库”、“矢量库”、“影像库”、“图纸库”等数据库，NTFS格式的磁盘阵列作为文件存储介质。作为底层的协同设计服务，提供了数据库访问服务、安全认证服务、文件访问服务等，在此基础上，进一步提供了工程管理服务、数据入库服务、数据出库服务、数据查询服务、权限控制服务[17]。在局域网内，客户端采用TCP/IP传输协议与协同服务器通讯。客户端主要由两部分组成：AutoCAD嵌入式普通客户端程序、系统配置管理程序。图1和图2分别为软件的逻辑架构和部署架构。

图1 逻辑架构

图2 部署架构

3 算法研究

纵断面设计是油气管道线路施工图设计的重要组成部分，算法研究是纵断面自动设计的基础。曲线算法和纵断面生成算法是自动生成纵断面的核心算法，标注符号算法根据相关标准规范的要求，将管道线路中的穿跨越设计与标注符号库相联系，形成参数化的标注设计。

3.1 曲线算法模型

长输管道线路是由直线段和曲线段连接成的连续曲线。本模型的建立旨在求得曲线段上任意一点的坐标。线路在平面敷设时的前进方向是随着拐点真实坐标的变化而变化；在纵向敷设时，前进方向是一直朝着平面里程数增加的方向。在模型中设定统一的参考坐标系——笛卡尔坐标系。管道的曲线段由弹性敷设、冷弯管和热煨弯管构成，弯曲程度由管径和曲率半径决定[18-24]。曲线算法模型见图3。

图3 曲线算法模型

图3 中（x1，y1）、（x2，y2）、（x3，y3） 为管道线路上任一变坡点A、B、C的坐标；按照规定的曲管半径R做∠ABC的内切圆弧，圆心为（x0，y0），模型中涉及的几何要素算法如下：

（1）竖向转角计算：

由于arctan本身就带着正负，两个角度正负号相同表示同向，正负号相反表示反向。

（2）曲线元素计算：

切线长：T=R tan（α/2）

曲线长：L=（π/180）Rα

外矢距：E=R（sec（α/2）-1）

（3）切点坐标：

（4）圆曲线圆心坐标：

（5）叠加角计算：

前坡角=α1；后坡角=α2；水平角=b；

同向：叠加角=arccos（cos α1·cos α2·cos b+ sin α1·sin α2）

反向：叠加角=arccos（cos α1·cos α2·cos bsin α1·sin α2）

3.2 纵断面管线生成模型

纵断面管线生成模型见图4。

其中（xi，yi）为每个地面线点的坐标，xi表示地面线上任一点i的里程值，yi表示该点的高程值，d为管道的设计埋深。

图4 纵断面管线生成模型

根据地面线生成纵断面管线，在纵向转角处，仅靠下移埋深距离得到的管线点，无法在任意点满足埋深，因此考虑前后两个方向的偏移量对管线点进行修正。修正方法如下：

（1）地面线相邻的两个纵向转角点按其坡向方向做最小埋深距离的偏移线。

（2）将地面线的第一个点和最后一点向下做最小埋深加管径距离的垂线。

（3）将偏移线与偏移线的交点、垂线与偏移线的交点做为生成的管线点。

（4）将生成管线点进行筛选和加密，减少过密的管线点，增加过稀的管线点。

（5）自动生成纵断面管线的计算过程如下：

第一步，从A点向下做垂线，然后以d为间距，做线段AB的偏移线，以垂线与偏移线的交点A′（x1′，y1′）作为第一个管线点。

第二步，做线段BC的偏移线，以两条偏移线的交点B′（x2′，y2′）作为第二个管线点，并依次求得所有相邻偏移线的交点作为中间的各个管线点。

第三步，求得最后一段偏移线与最后一条垂线的交点作为最后一个管线点。

第四步，对于相邻两个坡度小于5°且间距小于5 m的管线点，自动取消后一个管线点；对于间距大于60 m的两个管线点，在距前一点50 m处增加一个管线点。

3.3 标注符号算法

在传统设计中，对于穿跨越的标注采用手动识别的方式，本算法通过统计不同的穿跨越类型涉及到的参数，进行参数化建模[25-26]，见表1。将各种穿跨越类型以符号的形式标注到管道设计的纵断面和平面中，以达到标准化设计的目的。

4 工作流程

基于数据库的油气管道线路施工图研究涉及测量、勘察、防腐、通信等五个专业，专业之间的设计成果交接频繁复杂，因此在软件中采用了工作流模型管理。根据一系列的规则，文档、信息、任务能够在不同的执行者之间传递、执行。具体的工作流程如图5、图6所示。

表1 穿跨越参数化设计模型

图5 工作流程图

5 软件特点

本系统采用AutoCAD2010+SQL Server 2005以及Microsoft的.net开发环境的技术路线进行设计开发，通过客户端针对不同的设计人员开放不同的权限，所有客户端访问通过工作流引擎统一调度，实现图形设计工作的全面网络化和标准化。管理端与底层数据库对接，实现工程项目管理，客户端的设计成果自动上传至服务器。该软件的主要特点体现在：

图6 校审流程

（1）改变了传统线路施工图设计基础文件的松散管理模式，实现了真正意义上的数据库管理。项目经理通过管理端创建工程即建立了公司级施工图设计项目数据库；同时管理端在勘察测量数据录入时可自动判断和维护基础数据的完整性。施工图设计项目数据库的建立使各项目设计输入和设计成果实现有序、科学的管理，方便了数据的维护和复用。

（2）实现了整体、连续的线路设计理念。将整条管线作为一个整体设计，突破了传统施工图逐公里人为分割连续地物的局限性，线路设计人员利用客户端可自动生成三合一图，根据地面线走向调整比例尺或移动地面线实现路由整体浏览和连续设计。对于不同的地形地貌，根据实际需要切分合适的长度出图，使施工图更有利于指导实际施工。实现了灵活的图幅设计，可自动分幅、局部分幅和手动调整，可进行分幅预览并全线或部分的切图。

（3）搭建专业标注设计符号库，实现了设计的标准化。标注设计符号库的搭建是本项目研究的重点和难点。首先在管理端建立各专业标注设计符号库，不仅包括各专业复用图、各专业标注设计，也将每个符号的统计算法和开料指标以数据库形式进行整理。其次在客户端实现了半自动标注设计，根据标注实际情况插块或自定义绘图，同时提供尺寸参数等记录和录入，并自动统计工程量和材料表。标注设计的工程量和材料表的自动计算和统计，真正意义上实现了设计的标准化。

（4）实现各专业间协同施工图设计。线路、穿跨越、通信三大科室，线路、穿跨越、水工保护、防腐、通信五大专业的施工图设计都在一个平台上完成，各专业通过签入和签出控制文件的编辑权，项目经理通过管理端控制整个工程项目的流程控制，实现了协同设计的工作模式。

6 软件开放性和可扩展性

本软件具有良好的开放性和可扩展性，适用于不同管道项目的具体要求。

（1）根据项目的具体要求定制图纸模板，可保存常用的格式图幅，实现图纸模板的复用，提高设计效率；建立基本标注符号库，实现模块化设计，通过更新符号库，满足不同项目的具体要求。

（2）任意查询与检索。软件中所有原始数据及计算结果均以数据库的形式保存，使用户可以在局域网内进行任意查询与检索，设计成果可以输出到其他多种文件格式（如Excel、Word）进行进一步处理。

（3）采用SQL数据库存储，与其他系统数据库具有良好的兼容性，使设计数据可以更方便地与其他相关行业的数字化系统进行数据交换。

（4）本软件基于AutoCAD进行二次开发，Auto CAD具有良好的开放性，随着线路设计技术的发展，可在此软件平台上进行新的功能开发。

7 结论

本设计方法在哈尔滨-沈阳输气管道工程长春-沈阳段中进行了应用。该工程起始于吉林长春德惠市万宝镇的长春分输清管站，终止于辽宁沈阳新民市东大喇嘛乡以南的沈阳联络站（秦皇岛-沈阳输气管道工程末站），线路全长364.4 km，管径1 016 mm，设计压力10 MPa，作为数字化设计的试点项目，采用基于数据库的施工图设计软件进行设计。目前已完成全线364.4 km，10个标段的线路、通信、防腐施工图数字化设计和37个管道实体数据表格（包括中线桩、管材、水工保护信息、光缆穿跨越附属装置等多个信息），共18 000条记录的数据移交，均满足全生命周期数据库的要求。

经过工程应用发现，基于数据库的油气管道线路施工图设计软件具有如下特点：

（1）本软件的应用可以大大提高设计工作效率，使施工图设计更加精细化和标准化，实现各专业的协同设计，创造可观的经济效益。

（2）本软件依据最新国家和行业标准进行编制，生成的设计成果更加规范、完整，可以为业主提供更优质、全面的服务，对提高设计单位的企业形象，提高设计单位的市场竞争力有着积极的作用。

（3）油气管道线路施工图设计作为管道全生命周期建设中的重要一环，对管道的运营管理起着至关重要的作用。基于数据库的油气管道线路施工图设计软件可以为管道运营提供丰富的数据基础，通过数据库对接，可以实现管道建设期的数据与运营期的数据的无缝对接，为管道全生命周期管理奠定基础。

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Secondary development of working drawing design software for long distance pipeline based on database

TIAN Shanshan，MAJinfeng，ZHOU Yawei

China Petroleum Pipeline Engineering Corporation，Langfang 065000，China

The database-based detailed design software for oil and gas pipeline is a design platform of working drawing which sets data entry，data management，pipeline design and data transfer as a whole.Utilizing database technique，Auto CAD 2010 reengineered by secondary development is connected to the database，in order to implement the integrity design of pipeline detailed design.This software utilizes SQL Server 2005 to establish database as wellas enter and manage fundamental data，realizes automatic generation and calculation of longitudinal profile by studying curve algorithm and longitudinal profile algorithm，builds the symbol library of specific labeling involving pipeline crossing，hydraulic protection，etc.by summarizing and distilling common codes and standards to implement design standardization.The software realizes successive and parameterized design of long-distance pipeline working drawing，adopts SQL database to storage data，and possesses good openness and compatibility.

database；route design；working drawing；CAD secondary development；oiland gas transportation pipelines

10.3969/j.issn.1001-2206.2017.01.016

田姗姗（1984-），女，河北保定人，工程师，2010年毕业于中国地质大学（武汉）能源地质工程专业，硕士，现主要从事管道线路数字化设计工作。Email：cppetianss@cnpc.com.cn

2016-05-26；

2016-11-25