SP3D在撬块化设计中的应用

张贤(亚德环保工程(上海)有限公司，上海 200233)

0 引言

当前油气田发展速度提升，用户需求也逐渐扩大，缩短设计与建设周期成为提高企业市场竞争力的关键所在。为了实现这一目标，企业陆续采用撬块化、标准化设计模式，在优化设计的基础上还支持提前采购和预制，再将SP3D软件引入其中，实现各专业的集成协作，高效创建工程三维模型，使设计质量得到切实保障，为现场施工提供更多便利，技术优势十分显著。

1 撬块化设计理念与结构特点

1.1 设计理念

撬块是采用先进的计算软件对工艺设备进行打包，具有较强的独立性，支持整体搬迁与吊装。在设计中针对撬块连接、划分、制造与运输等多个环节进行综合分析。通常情况下，撬块划分由吊装和运输决定，应提前预制部分，如支吊架与管子，在运输之前采用临时支架将管道设备支撑好，运送到指定位置后剔除临时支架，安装支吊架即可。该设计可有效减少人力投入、避免现场不良因素影响、保护环境，促进施工质量与安全性全面提升。

1.2 结构特点

该装置的结构特点主要体现在：一是形状规则且紧凑，设备材料可由厂家提前预制，具有标准化、规格化特点，可避免工期紧、材料采购困难对施工带来的负面影响；二是具有可移动性，运输方便，尤其在气田滚动开发中优势更加显著。同时，还可结合现场实际情况灵活调整装置位置，在使用完毕后移动到其他气井附近应用；三是因该装置支持提前预制和材料，有效缩短了施工时间，进而节约大量成本投入；四是占地面积较小，与相同类型的井、站设计模式相比，可减少1/2的使用面积，且设备、管道与构筑物的布设较为集中，便于后续检测与维修[1]。

1.3 发展现状

早在20世纪70年代撬块化便开始使用，为油气田建设企业带来可观的经济与社会效益，所采用的装备几乎均为整套的撬块化设备，使气田建设速度得到显著提升。到了20世纪90年代，我国首次将该技术引入油气田开发项目中，并取得理想的应用成果。近年来，在四川、吉林、新疆等地陆续开始普及该技术，其凭借独特优势得到更多的认可，优势效果十分显著。在撬块化设计中，因空间布设较为紧密，需要在有限的空间中安装管线、阀门、支架等多项内容，设计者需要思考如何使配管空间走向更加科学，但二维图纸设计不够直观，对设计质量产生严重影响；如：撬块设计不够精细、管线接口处存在误差等，均会影响预制工作的顺利开展，质量安全无法得到保障，且设备安装后很可能无法与其他管线衔接，增加后期修改工作量，甚至需要重新调整或制造，增加了工作难度。二维设计通常由人工计算用料量，受人为因素影响设计用量与实际需求有所出入，导致预制阶段采购量增加，对施工进度和质量产生极大不良影响，导致材料浪费，投资数量增加。

2 SP3D在撬块化设计中的应用价值

当前科技迅猛发展，3D软件在工程设计中的辅助作用不容小觑，SP3D软件由美国研发而成是当前智能工厂设计领域的潮流产品，以数据库建设为核心，依靠计算机编译数字信息，不支持文字信息编译，需要将文字转变为数字形式传输到计算机中。其中，AllCodeLists可将多种有效信息分类，各类文字与数字相对应，标记的文字数量较多，以管道为例，需要对尺寸、材质、压力、壁厚等指标信息进行全面标记，并将各项特征汇总在表格上。此外，还利用Specif ication部分对管道等级进行划分，依靠Catalog将真实的管道参数体现出来。通过数据库的应用转变为模型，将管道、设备与支架等直观展现出来。

2.1 多专业协调设计

该软件可创建一个多专业综合化的协同设计平台，不但支持工艺配管，还可使电气、自控与水处理等多专业同时在平台中设计，不同专业之间的布设情况可共享，有效避免错、漏、碰撞等情况发生，使设计质量和效率得到全面提升。在建模中虽然需要网络实时连接，但在网络中断状态下各专业的设计工作仍然不受影响。软件还可设置权限，只有身份符合的用户才可成功登录，对内部数据进行修改，支持自动备份，有效避免损失。

2.2 出图速度快

在三维设计中，设计者的工作重心从绘图、开料等繁琐的工作中转移，集中在产品优化、布线合理等方面。当撬块模型创建后，明确合适的出图类型与区域，软件便会自动生成相应图片，如：断面图、平面图、单管图等，并对相关信息自动标注和数据统计，为总包项目开展提供更多便利，采购人员可根据材料表内容进行选购；施工主体也可依据单管图内容进行管道组装，此举不但省时省力，还可有效减少施工失误发生。该软件具有较高的复用性，自动生成图纸与报告，使设计效率和质量得到切实保障[2]。

2.3 数据集成度高

数据建模需要SP PID软件与SP3D软件一同完成，才可实现数据集成目标，主要流程如下：首先，SP PID作为智能PID，可将工艺数据录入到软件之中；SP3D接受PID信息，根据PID工艺流程实施三维配管，此时工艺数据便可从PID传递到3D软件中，为管道与设备的绘制提供便利，由此构建的模型可继承和传输PID数据，确保传输的数据固定改变。

3 SP3D在撬块化设计中的应用案例

3.1 项目概况

以某油气田项目为例，主要作用在于将该矿井生产的含硫天然气脱硫处理后，要求硫化氢指标与二类天然气要求相符合，并向外输送给下游用户使用。为了节约投资，该项目中的脱硫装置需要重复使用，在符合运输条件下，对可成撬的设备进行撬块化设计，撬块总数为10个，包括排污撬、滤液池撬等，分布于各个工艺中。因撬块需要提前预制，并对其大小进行严格控制，在确保撬块符合安装工艺的情况下，最大限度缩小体积，为后续运输与安装提供便利。该项目引入SP3D三维设计，由电气、管道、结构等技术人员协商后创建三维模型，与SPID数据集成设计，确保数据统一，促进设计质量提升。在实际设计中，将SP3D的作用与价值充分发挥出来，使撬块布设更为紧凑，加工和运输更加便利，获得业主的认可与青睐。

3.2 设计难点

撬块受到空间与运输条件的双重制约，撬内管线和设备需要采用最小连接法，不但使工艺质量得到保障，还可节约更多制造成本；在吊装方面，属于撬块设计的重点所在，应根据吊装方案决定是否对撬块进行拆分，如若拆分，需要分成几个模块。若吊装方案不当同样会影响撬块设计效果，如：管架布设或者形式等。在撬块设计中，因受到空间制约，怎样才能在保障特定功能的同时实现简洁、美观的构造成为设计难点，如：管线、管架如何布设与选型、电缆槽盒怎样布设等。

3.3 应用方法

(1)建立坐标系。该项目位于某工厂下方，以该厂为中心设立坐标系，选定厂中的某个点为基准点，撬块设备分布于厂内各处，在创建模型时选取一个相对坐标系，有助于模型定位与配管安装。在建模过程中，发挥SD PID与SP3D的合力，在数据集成的同时确保传输时不发生变化，减少以往手动传递导致的疏漏，使数据具有唯一性。

(2)结构设计。撬块化设计一般较为紧凑，对空间要求较为严格，利用3D软件创建模型可将优势充分发挥出来，使有限的空间得到合理利用，避免各类碰撞问题发生。如若采用以往二维配管绘制，因无法透过二维视图看出布设情况，便很可能出现管线碰撞、阀门预留空间不科学等。而SP3D的应用便无需担心碰撞，该软件为实时渲染，可随时观测到配管位置与布设情况，使设计与调整更加灵活。同时，因SP3D软件具有较强的协同性，可使电气、水专业、自控仪表等同时设计，各专业均可相互看到对方布设情况，能够有效规避漏、错、碰撞等情况发生，通过协同设计促进工作效率提升。

(3)碰撞检查。依靠SP3D技术可对全长模型进行碰撞检验，不但可检测不同专业模型间的硬碰撞，还可检测出不同模型与预留空间之间的软碰撞。具体措施有两种：一种是利用服务器进行碰撞检查，可在单一机器中应用，对全部模型碰撞情况进行检测；另一种是交互式碰撞，可帮助设计者更加高效的检查碰撞情况，为修改和完善提供参考。与二维软件相比，SP3D的应用可有效避免和降低设计出错率，节约更多人力与物力的投入，以免出现不必要的失误，如：材料采购不当、统计误差等。

(4)出图与报告。在利用SP3D出图时，可根据实际需求定制个性化图框，综合考虑所需的内容，如：保温厚度、管线型号、操作压力、流体类型等，在图中恰当处显示出来。SP3D的应用可准确选定出图范围，在Space Management模块下确定一个Volume，可根据撬块实际尺寸划分，通过出图转换生成多种图形，选择正确的出图类型，抽取任意标高的管道布设图纸、平面图纸、管架布设图纸等，根据需求对模型图区电缆桥架、管道系统布设图，由此更加方便快捷的生成单管图、材料表、支架表等报告，减轻人工统计量，使工程概预算更加准确可靠。

3.4 应用效果

SP3D在撬块设计中的应用取得理想的成效，主要体现在：一是因撬块化布设结构较为紧凑、规划程度较高，在高精度设计中可使SP3D软件优势得到充分发挥，设计者可更加全面的获取相关信息，合理控制安装空间，对各类管件灵活布设，达到利用最小空间达到预期目标的效果，这对提高设计质量与效率来说意义重大；二是SP3D软件具有协调设计、数据集成等功效，在确保数据准确统一的同时，还可实现信息共享，使设计质量得到优化；三是SP3D的应用为图纸出具、材料统计、报告输出提供极大便利，将人员从繁重的工作中解放出来，确保数据准确可靠，有效促进采购与管理工作的顺利开展。

4 结语

综上所述，在油气田开发建设中，通过SP3D软件的应用可使撬块设备得到有效的三维设计，与以往二维设计方式相比，设计周期更短，设备设计质量与效率均得到显著提升。将其与SP PID软件结合后，可在确保数据准确统一的同时，还可实现信息共享，使设计质量得以优化，有效避免碰撞情况发生，为现场施工提供切实保障，对提高企业竞争力来说具有重要促进作用。