海洋平台设计中全三维设计方法的应用研究

吕菲

[摘 要]全三维设计在海洋平台设计中应用广泛。本文以某平台上部组块的全三维设计为例，介绍阐述了三维设计的突出优点、程序和需要考虑的因素，并就应用过程中发现的一些问题，进行了问题解决措施阐述，以期为今后类似海洋平台全三维设计提供借鉴。

[关键词]海洋平台设计；全三维设计

中图分类号：TE95 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0009-01

1 全三维设计优点

（1）有利于在结构件密集，设备、管线、桥架等繁多，空间要求精确的设计项目开展多专业联合设计，特别是在设计前可以进行三维整体规划，机械、管道、电气、仪表各专业进行空间划分，有利于各专业把握三维设计的大方向，有效避免了设计整体调整等重大变更。

（2）设计过程中各专业可以直观地观察到其它相关专业的进展，清晰地发现相互碰撞等問题，有利于专业间协作水平的提高。建模完成后便于在三维模型中检查错误并进行相应的调整变更和图纸升版等后续工作。

（3）与三维软件相配套的其它软件进一步增强了三维设计功能，提高工作效率并降低失误率。

2 全三维设计应用

本文以某海洋平台上部组块设计为例进行了阐述，它的全三维设计主要包括以下几个工作：数据库的建立和维护；三维模型的建立、检查与修改；生成全三维实体模型。

2.1 初期工作

（1）数据库维护。每个具体工程的设计参数、物流介质等都不尽相同，因此对于管材等要求往往会有一定变化。在三维设计初期，须按照配管规格书具体要求对三维设计软件数据库进行完善和补充，为正式三维设计工作打好基础。完善和规范的数据库可为后续三维设计工作节省大量校审、升版工作，是三维设计顺利进行的前提。

（2）结构建模。为有效避免后续设计中设备、管线、电仪桥架、风管、空调基础等与桩、梁格、斜撑、加强筋等结构件的碰撞，在三维设计初期须先进行结构三维建模，按照实际尺寸和规格把平台所有结构部件都做进三维模型，这有利于机械、配管、电气、仪表等专业三维建模时空间感的形成和尺寸等的定位等，而且管线支吊架和电仪桥架支吊架都是生根在结构梁上，必须要有准确结构模型才能给后续三维设计打好基础。

（3）设备简易建模。在详细设计初期阶段，绝大部分设备处于招投标阶段，完备的设备资料尚不具备。虽然没有正式的设备供货商送审资料，但是一般的业主都会有较为固定的设备供货商数据库。可以按照以往的相同或相近规格的设备资料，同时参照本工程对设备布置方式、外形尺寸、管口方位等的要求进行优化，在三维模型中构建较为简易的设备模型。这个过程只需要能够体现出大概的外形尺寸和管口方位即可。这对后面的三维整体规划和保证三维设计进度至关重要。

（4）在平面布置图的基础上，按照设计规范的要求需要设计逃生通道和路线图。为了防止在三维设计时管线、支吊架、阀门手轮等进入逃生通道影响逃生，必须将逃生通道模拟进三维模型。

（5）考虑到海上风浪大，为了保证人员操作的舒适型，为了给后续三维设计提供参照并防止管线等误穿挡风墙，需要将挡风墙模拟进三维模型。在完成上述五项主要前期工作后，基本就具备了后续正式三维设计的条件。

2.2 整体规划

在结构模型、设备简易模型、逃生通道模型、挡风墙模型建立后，必须要进行三维整体规划。三维整体规划的原则是：“应进行平台统筹规划，做到安全、流程通畅、经济、便于施工、操作和维修。按照平台各层甲板的层高等，需要对电仪桥架、管线的层高进行空间划分。一般按照电仪桥架在上、管线在下的原则进行划分，这主要是考虑到以下几个因素：

（1）为了方便施工，管线预制和安装一般早于电仪桥架。

（2）防止管线内介质泄露污染和损坏电缆。

（3）管线充水量相对较大，一般管线的吊架要比电仪桥架的吊架大，这样布置方便管线和电仪桥架共用吊架。

空间划分完毕，然后考虑配电间、控制室的位置和设备的布置位置开始对电仪桥架的走向进行规划，在平面布置图里面标示出电仪桥架的走向、尺寸和标高等数据。同时需要根据各系统管线的大致走向情况对主管廊进行布置考虑，主要是大管径的油气管线、开排管汇、闭排管汇、放空管汇、柴油供给管线等。需要根据管径、相关设备的位置、甲板梁格的情况综合考虑，对主管廊吊架的型式、型钢种类和规格也要考虑。计算出每层管廊的高度、宽度等数据，并按照一定的相对位置顺序对不同介质管线进行布置，将管径、相对中心距、标高等数据标示在平面布置图上。

由于海洋平台空间紧凑，设备布置需要考虑因素较多，有时候很难满足最合理的管线布置要求，应按照局部服从整体的大原则进行设计。

2.3 设备建模

设备建模要考虑充分利用有限甲板和空间，以保证安全、逃生、操作、维修等需要。设备模型中最重要的信息是管口信息。如果前期设备建模管口信息有误，会直接导致管线建模出现返工。因此总结起来设备建模最重要的几个要素是：管口信息、外形尺寸、基础底座等。由于目前常用三维设计软件中，数据库中成型设备种类较少，基本都是通过分解组合搭积木的方式进行设备建模。因此除管口信息必须保证正确外，一些设备的附属构件的尺寸也必须要求设备供货商明确，这样不但可以准确建模，还可以避免建造返工。

2.4 工艺管线建模

完成设备建模后就可以进行工艺管线建模。应完全按照设备平面布置图的位置和方位进行管线安装。并且管线布置得越紧凑越好。同时为了布置紧凑省掉短节、焊缝间距过小。在空间允许的情况下应考虑到由于应力集中引起的焊缝受力过大的因素，应使用过渡短节。

2.5 电仪电缆暖通建模

由于平台管线电缆分布密度很大，必须要将电缆托架加入三维模型，对电缆托架的要求是：确定电缆托架的材质，电缆托架支撑架之间的间隔距离等，电缆托架应该根据电压等级分别设置。以便于准确合理的确定电缆走向并与管线留有足够的间距。根据电缆电压的分类，确定每个电缆托架上电缆的数量，进行建模。电缆托架是带有转角的，因此必须要同托盘的供货商结合好转弯半径等数据，以防止出现虽然电缆托盘在模型中进行了模拟，到现场安装时还出现与附近管线等碰撞的问题。

2.6 支吊架建模

管线、电仪进行建模的同时，进行支吊架的建模。尤其是平台四周的主管网，由于在二维整体规划时已经比较准确地确定了管线的管径、数量、间距，选择最合理的一根管线作为基准进行支吊架建模。

2.7 模型的追踪、检查与修改

整体规划一定要合理，这是保证整个三维设计顺利完成的前提。但是后期修改的工作量不可避免，三维设计其中的一个优势就在于可以对设计过程进行实时观察，追踪某一个信息的动态。比如有一个系统的其中一个管线号的管线需要出具ISO单管图，就可以利用软件自带的寻找管线功能，在复杂的管网中将它高亮显示，迅速找到该管线。这样就可清晰的观察到它的走向，以及整个走向对周同其它管线、电缆、没备等是否有影响。如果经过全面考虑后认为该管线走向没有问题，它周围的管线、电缆、没备等也不会出现变化，就可利用软件的图纸生成功能抽取出该管线的ISO单管图，提交审查，及时地提供给施工方提前进行预制。

不仅是模型中某个元素可以方便的进行追踪，整个三维模型都可以利用PDS软件的强大功能对已建模型进行检查、信息追踪，从而发现错误并修改。

3 总结

三维设计技术作为一种全新的工程设计手段，无论是建模方式、项目管理、设计理念还是专业协调，显示了全三维设计的强大功能，进一步了解了全三维设计的优势，为今后类似海洋平台全三维设计提供了宝贵经验。

参考文献

[1] 陈建平.海洋平台设计中的大型软件系统的应用[J].工业设计.2013，12（7）：102-106.