SM 3D Automation技术在某大型FPSO项目管道设计中的应用分析
2019-03-01
Automation设计是指在没有人或较少人的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理等，以实现预期目标过程中采用的技术。管道设计是石油工程设计最为重要的一环，随着海洋石油工程工业的不断发展，项目的大型化、精细化对管道3D设计提出了新的要求。为保障项目周期以及设计文件的及时性与精确性，许多之前通过人工完成的设计过程文件及成果文件需要改为通过软件自动生成。
Smart plant 3D软件是鹰图公司旗下Smart plant系列软件的重要组成部分，是基于数据库的一体化多专业集成布置数据库平台，能极大地简化设计流程，有效并重复使用现有数据。
本文以某35万吨大型FPSO项目管道设计为例，分析和介绍了SM 3D Automation技术的应用，并对其发展前景进行了展望。
1.SM 3D数据库
完善的SM 3D数据库是Automation设计的基础。SM 3D数据库主要包括3个Schema数据库和4个Database数据库。其中，Schema数据库管理的是DATABASE数据库的层级结构，site部分存储工程的地址信息，并以此为基础识别读取Catalog数据库信息;Catalog数据库对应Catalog Database与Plant model Database两部分，分别存储建模基础数据以及三维模型数据; Report数据库存储工程成品数据，相应数据信息可根据Plant数据库信息的变更而进行更新。（图1）
1.1 管道数据库
管道数据库是SM 3D管道设计的基础，管道数据库的建立以项目材料规格书为基础，其完善程度不仅影响管道设计质量与输入效率，更对后期材料统计及施工管理具有非常重要的意义。（图2）
为满足后续数据输出要求，该项目前期在进行管道数据库建库时对管线管件单进行了重新定义，满足后续管线重量数据的提取，并对每种类型的物资进行唯一编码，以便后续材料采办识别及管理跟踪需求。
1.2 支架数据库
SM 3D软件的自带支架数据库形式单一，支架建模时用户需对支架进行拼接，步骤较为繁琐。因此，该项目中依据项目支架标准图对支架进行二次开发，将基础支架库元件合并为“块”，建立与支架标准图代码一致的支架数据库，以提高支架建模效率，便于现场预制与施工。
1.3 设计模版定制
该项目的Automation管道设计中，所有的设计文件基本上都从数据库中获取，因此，需定制诸多设计模板，方便快速抽取数据并生成报告及图纸。（图3）
图1 SM 3D数据库结构
图2 管道数据库catalog
2.SM 3D输入
Smart Plant 3D在进行管道建模时，需依次建立pipe system, pipeline, pipe run等管线层级。若在Smart Plant 3D中逐一输入，不仅效率相对较低，且规则不易实现统一。该项目基于SPPID 中导出Excel管线数据，对数据进行二次处理，导入加载至管线系统，提高了工作效率。（图4）
管线设计涉及试压、焊接、重控、检验以及应力分析等方面工作，相应信息应输入至模型并通过三维轴测图输出，用以施工及调试参考。而该类参数可根据管线的尺寸、材料及温度压力参数识别，可以利用图4所示表格中参数进行批量定义与处理。该项目基于上述原理进行参数定义后，导入至项目数据库，供后续分析应用，如图5所示。信息倒入后，可以在SM 3D参数输入界面看到相关信息，如图6所示。
3.输出成果文件
基于SM 3D设计输入，利用前期定制模版，该项目可实现表1所示的输出成果文件清单。
表1 输出成果文件清单
上述文件经过首次模型抽取后，随着设计的深入，可直接在数据库中更新，避免二次设定工作区域及对象，方便快捷，可有效提高项目输出文件更新效率。
图3 定制模板截图
图4 LINELIST管线数据导入样例
图5 管线参数信息批量导入示例
图6 SM 3D用户输入界面管线参数截图
4.其他应用
Automation管道设计不仅可以实现上述成果文件的输出，还可以用以过程检查及进度管理，并根据现场需求抽取数据库中多种数据文件。该项目中的应用主要包括：生成3D碰撞报告、进度测量、现场焊点以及预制工作量统计等。
4.1 3D碰撞报告
该项目根据定制的3D碰撞报告模版，对存在碰撞的管线进行识别，抽取碰撞管线清单以及碰撞位置坐标清单。
利用图7中数据，可以快速定位碰撞位置，并快速生成模块内碰撞报告以及界面碰撞报告，如图8所示。
上述方法可以有效提高模型浏览效率，避免审查模型所产生的遗漏。
4.2 进度测量
Automation管道设计通过将管道设计所需的各项参数进行汇总并量化，然后对输入数据的完整性和正确性进行检查，获知单项输入工作的进度；单项工作加以权重后，可获知目前的进度状态。该方法和理论不仅用于管道设计，也用于整个项目的3D设计审核，见图9所示。
4.3 施工工作量统计
在该项目的执行过程中，为配合现场管线的预制、安装及调试，需对管段流水、焊点尺寸、某一类型管线材料特定尺寸进行统计，以确定现场施工工作量和项目进度计划。在该项目中，Automation管道设计技术对上述特定参数的数据进行定义，生成报告并得出所需数据以及其所关联的数据信息。
图7 管线碰撞报告清单
图8 管线碰撞报告
图9 Automation设计进度测量
5.总结与展望
综上所述，我们可以清晰地看到SM 3D Automation技术不仅可以优化输入，同时可以丰富输出。目前，很多工程设计公司都在积极推广应用Automation设计技术。项目开发成本的控制以及投产周期的限制对管道自动化设计的要求越来越高，Automation技术的应用仍有较大的发展空间，用户GUI界面的友好性有待提高，软件应用对操作者及计算机硬件的要求降低，更多功能有待完善，可增设操作便捷性软件工具箱供二次开发和使用。
