新疆油田地面建设工程项目可视化协同平台的设计与实现

石峰 张德君 王利君 王传平

1中国石油新疆油田分公司数据公司

2中国石油新疆油田分公司采气一厂

油田地面建设工程是一个多方参与、多专业工作的过程，参与设计的单位众多，所涉及的专业也较多[1]，包括建筑工程、化学工程、石油工程、地质工程、机械工程、动力工程、信息与控制工程、环境保护工程等，一项设计任务往往需要不同的设计单位和专业的技术人员共同协作来完成。

近年来，随着“数字油田”的不断发展，数字技术正在越来越多地应用到新疆油田的每个角落[2]。在新疆油田地面建设工程领域，随着建设工程规模日益扩大，技术含量和项目管理的集成化、国际化程度越来越高，知识管理的重要性日益突显。利用信息和信息处理技术建立地面工程信息资源的共享平台，将勘察、规划设计、建设等相关组织进行整合，打破传统建设期各组织、各专业信息平台孤立的局面，为油田的建设部门提供可视化的协同平台，为地面建设、油气运输以及勘探开发等方面做好数据共享的准备，同时为油田科学建设与发展提供可靠的决策依据，这是目前数字油田和智慧油田实现的重点与难点。

因此，综合应用信息技术、可视化技术、BIM技术等，设计一种适合油田建设项目所有专业可协同工作的平台不仅是实际油田工程建设的需要，也是完善我国可视化协同应用的重要过程。

1 可视化协同与传统协同模式的对比

新疆油田公司作为中国西部最大的石油生产企业，在油田建设设计阶段，各个专业齐头并进，每个专业设计完毕后经过审核、会签等交由其他专业，设计过程中如有设计变更，其他专业将随之变更，然后进行再次审核、会签等工作。

传统的设计模式主要基于CAD的平面设计，难以直观表达设计意图，以及难以描述综合专业间的空间拓扑关系[3]，各个专业默认享有全部建筑与结构确定的空间资源，而并不考虑其他专业的空间布局，当各专业设计完毕后则通过图纸会签的方式将设计结果汇总成管线综合设计方案，如图1所示。

图1 传统各专业协同工作示意图Fig.1 Schematic diagram of collaborative work in traditional specialties

传统的基于二维协同模式下，协同工作流分解的静态性与工作流过程的动态性之间的矛盾难以解决，在油田地面工程设计环节中各专业之间存在协同不方便、信息丢失现象，在专业综合方面更是难以进行快速、有序、高效的协同工作。

可视化协同以三维数字化BIM模型为基础[4]，从油田项目的开始，就为其全生命周期提供了一种可信赖、信息共享的知识资源，因此在可视化协同平台所设定的三维空间内可以合理地组织所有的设计参与者，并依据一定的协同工作模式进行协同设计，可有效地解决协同过程中工作流的分解静态性与过程动态性之间的矛盾。

可视化协同平台以三维模型为基础，设计过程与设计结果均为可视化，通过控制各专业的空间资源共享与分配过程优先级即可合理地组织协同工作的流程，在此过程中各专业通过可视化协同平台直接进行信息交互，如图2所示。

图2 基于BIM的各专业协同工作示意图Fig.2 Schematic diagram of specialties collaborative work based on BIM

二维CAD协同模式与可视化协同模式对比如表1所示。

2 可视化协同平台设计与实现

2.1 平台架构

本文所设计的可视化协同平台采用轻量级WEB服务架构RESTFUL，同时向客户端、WEB浏览器以及移动端提供服务，达到同时兼容从大屏到小屏的各种客户终端的目的。平台架构如图3所示。

表1 二维CAD与三维BIM协同模式对比Tab.1 Comparison of two-dimensional CAD and three-dimensional BIM collaborative models

图3 可视化协同平台架构Fig.3 Architecture of visualization collaboration platform

平台采用JavaEE为核心技术，其特点包括灵活性、稳定性、可伸缩性及跨平台等，是当前企业级应用的主流技术实现方案，具有如下特点：

（1）采用面向对象的思想进行分析设计，领域设计贯穿于整个软件研发的生命周期，同时定义需求中的每一个不可分割的业务功能点为一个领域模型，围绕该模型采用动态代理模式实现具体业务功能。

（2）通过工作流平台实现业务功能的流转。通过流程的定制将各个具体的业务功能点串联在一起，实现具体的业务操作场景。

（3）以组件化的方式实现业务功能的集成，平台采用RESTFUL架构，提供相比于SOAP更轻量级的WEB服务，使得平台响应效率更高。

2.2 可视化协同功能设计与实现

2.2.1 大数据技术实现海量元件级管理

在平台中，定义油田建设工程中每一个实体、设备、管线、结构等都有对应的“对象”，这个对象存储了与其相关的所有属性以及各个对象之间的关联关系，如图4所示。随着工厂在不同阶段的推移，平台将不同阶段的数据再次追加和补充到这个对象上去，逐渐完善，同时下游部门可以直接利用上游输入的数据，而不需要再次录入，在保证数据的一致性、准确性的同时减少数据重复录入的工作量。

图4 可视化平台中元件与信息关联示意图Fig.4 Schematic diagram of component and information association in the visualization platform

2.2.2 三维模型展示与管理

平台内置eZWalker轻量化三维可视化引擎，支持超大模型浏览，拥有良好的扩充性和压缩比，核心分层传输技术与流式加载的方式能够保障在浏览器上流畅展示三维场景，支持多人共享同一三维场景。

可视化协同平台提供常用的模型操作功能，包括隐藏、隔离、透明、剖切、变色、测量等，便于用户在校审时对模型内部进行检查。平台支持用户对三维模型添加红线批注，增加评论并将评论转换成任务，以供设计人员修改模型或进一步沟通。

2.2.3 任务协同

在设计过程中不同的专业任务所起的作用不同，因此每个专业任务具有一定的权限，不同的权限具有不同的优先级，此优先级直接决定了专业任务在所有协同活动中的优先关系。

各专业间访问控制采用基于角色的访问控制（RBAC），RBAC是一种成熟的面向安全访问控制的方式[5]，其基本思想是通过对角色控制操作权限，从而将权限控制在有效的范围内。本文所设计的任务协同关系模式采用RBAC访问控制方式，能从根本上防止专业间越权行为的发生，最大程度降低权限分配消耗，并允许将任务分配给其他用户，同时也可以将任务移交给其他用户，并进行状态跟踪直至任务关闭。

2.2.4 文档管理

文档管理模块实现施工图纸、竣工图纸、设备操作说明书、维护手册等资料的集中、统一管理，并实现文档资料与三维模型的关联，加强图档资料的实用性，方便用户能够从三维场景中根据模型快速查询到相关文档资料，进而降低图档资料的使用难度及维护难度，解决文档资料零散、管理不便等问题，保证油田建设过程中资料资源的可持续应用。

3 结论

油田地面建设工程是一个多方参与、多专业工作的过程，在传统CAD平面设计的基础上，协同工作效率低下。新疆油田公司作为中国西部最大的石油生产企业，多专业协同工作的重要性更为突出，本文基于eZWalker三维平台设计了一种基于三维场景模型与信息共享的多专业协同工作平台，该平台根据专业分配一定的权限，采用角色访问控制方式，提供海量元件管理、三维模型的展示与管理、各设计专业任务协同及文档管理功能，能够有效地解决各个专业之间的协同工作，以及共享数据的利用率，可从根本上提高新疆油田建设过程中设计环节的效率，并为我国油田建设多专业协同工作提供借鉴意义。