可视化界面管理在深海FPSO建造过程中的应用

李晓光 张勇青 王志龙 冷向林 赵东旭 赵洋洋

(海洋石油工程股份有限公司，天津 300461)

0 引言

深水油气开发项目具有投资大、技术要求高、工艺复杂、相关方众多、管理地点分散等特点，施工期间易受气象变化等不确定因素的影响。在该类项目中，风险评估与控制，工期与资源控制与优化，与承包商、分包商、设备供应商之间的协定十分重要。在油气开发项目中，“海洋石油119”不仅是开发油田的核心装置，也是海上工作人员的生活基地，需具备生产、存储与运输等多项功能。其主体包括船体、工艺模块、单点系泊系统和水下生产系统，导致在FPSO建造过程中产生较多的界面数量，并且界面的复杂性程度很高。由于FPSO建造项目规模大，子项目组和第三方较多，其工作范围、责任与义务的规定、各方进度的统一、信息传递及时性面临较大困难。在设计、采办、施工等阶段中，类似工艺模块和船体之间对接产生的物理界面还有很多，如何对这些界面进行统一管理已成为项目实施过程中亟待解决的重要问题。

基于工程经验和事故统计数据分析，大型海洋工程项目中发生的问题大多是由物理界面引发的。因此，在流花16-2油田群开发项目(以下简称“流花16-2项目”)中，对以往大型海洋工程项目中的物理界面进行分析，创造性地提出三维模型可视化技术与界面管理相结合的理论，以解决FPSO建造过程中上部模块和船体的管系、电缆、结构对接等重大问题。

本文以流花16-2项目为背景，针对“海洋石油119”建造过程，结合界面管理理论，介绍应用可视化智能项目管理平台(以下简称“VSF”)界面管理模块在管线核查、工程进度分析等方面的技术突破和应用成果。结果表明，可视化界面管理在“海洋石油119”建造过程中发挥了重大作用，在规定界面各方的工作范围与职责、协调各方沟通与合作等方面，相对于同类型的FPSO建造项目，显著降低了界面管理与协调成本。

1 项目概述

流花16-2项目是我国首个自主开发的深水油气田建设项目。“海洋石油119”FPSO是流花油田群开发的核心设备，船长256m，型宽49m，空船重量51 000t，作业水深430m，全船14个油气处理模块，搭载了世界级难度的大型转塔式单点系统和国内首次设计建造的浮式LPG系统。

海油工程首次对FPSO进行EPCIC总承包，包括船体、工艺模块、BMIT型单点系泊系统、水下生产系统4个板块。FPSO总承包包括设计、采办、建造、集成、调试等多个阶段。“海洋石油119”的建造难度与复杂性远超一般船舶，采用多家合作、强强联合的方式开展项目。FPSO设计建造项目组织结构如图1所示，参建各方之间是相互独立、相互协调的关系。

2 界面管理问题分析

2.1 引发建造过程中实体界面问题分析

(1)FPSO建造工程复杂，设计专业多。总设计图和专业设计图之间会发生遗漏和重复问题，增加工程造价。除了同阶段，设计与施工之间也有可能发生类似的界面问题。

(2)在FPSO建造过程中，工艺模块与船体、单点系泊与船体之间的连接是设计重点。结合实际的工程案例，大型项目建造过程中引发实体界面的因果图如图2所示。

2.2 解决策略

(1)协调各承包商之间的工作界面。详细定义各界面，保证工作有条不紊进行。

(2)基于最少界面原则。采用合理的发包模式，形成较少的界面，从而减少实体界面问题。

(3)界面点的细节化。采用可视化技术，直观展示物理界面的连接信息，使各界面方及时发现问题，降低工程事故的发生概率。

3 界面管理模块的构成

界面管理模块主要由界面文档管理和可视化界面管理组成，旨在利用可视化、智能化的手段，管理和解决项目中普遍存在的物理实体界面及组织内外部之间的工作项界面；界面文档管理主要用于确保界面信息传递可控，建立统一的界面管理平台，避免组织内外部之间、项目参建方之间界面信息不对。界面文档和可视化管理系统组成见表1和表2。

表1 界面文档的主要组成

表2 可视化管理系统组成

4 可视化界面管理的应用

4.1 可视化智能项目管理平台应用简介

在流花16-2项目初期，已计划使用可视化智能项目管理平台进行可视化建造等多种应用。在此基础上，项目组经过深入讨论，认为基于平台上的可视化技术可以助力界面管理的应用。

4.2 界面全要素管理

项目界面全要素包括IQF、界面管线、界面电缆、3D Comments Log、界面矩阵、界面文件、界面厂家资料等信息。基于可视化智能项目管理平台的底层数据仓库，实现了项目界面全要素的高度集中存储和处理。将业务信息、工程数据与模型数据联系在一起，在工程项目设计时对其进行模拟建造，将工程的施工过程进行可视化展示[1]，打通了各界面方之间的数据，让项目管理者能够直观把控工程进度、每个单项工程所用的材料、供应商、项目组、完工时间等，在施工过程中提前发现可能发生的问题，对其进行优化，避免在后续施工中发生可预见的问题。同时，对总体工程的建造进度和采办进度进行表格化的统计汇总，将工程建造状态以数据的形式展现出来。

4.3 工作界面管理

由于工艺模块、船体以及单点的三维模型都是采用不同的三维设计工具，“海洋石油119”的工程设计具有极高的复杂性，而可视化智能项目管理平台解决了不同模型集成浏览的问题。

工艺模块与船体的对接通常分为结构对接、管线对接以及电缆托架对接等。本节主要探讨结构对接实体界面和管线对接的可视化界面管理。

“海洋石油119”工艺模块和船体由不同的承包商负责，他们之间的对接就存在物理界面问题。工艺模块沿船长，成矩阵排列。甲板1m以上为模块与船体连接的物理界面。支撑模块的根部与船体甲板进行连接，为保证结构强度与刚性，支撑部分的布局难度大；由于横梁的存在，支腿高度不一，给装配带来困难。基于此问题，界面管理模块建立界面各承包商的技术资料和参数的管理机制，实时实现资料更新，动态跟踪设计与建造的问题和意见，实现各界面方的强强联合。模块支撑腿的支点反力，确保了甲板的结构强度，模块承包商了解了所有横梁的布置和数量，确保了支撑腿的设计，有效解决了上层工艺模块和船体的实体对接问题。

工艺模块管线与船体管线对接是管线模块化设计制造的关键步骤。管线接口处理不当，会影响整个FPSO管线系统的正常运行和使用。沿着船长256m[2]、宽49m的空间内，双方各自分配管线。在如此狭窄的空间内，管线的空间分配给设计增加了难度，也加大了工艺模块建造方、设计方和船体设计方之间的协调工作量。传统的管道设计与施工是模块设计方与船体设计方预先沟通协调，共同制定管线接口表，并在施工过程中反复调整、协调、补充与完善，达到相关要求。该做法耗时较久，主要关注接口表的调整。界面管理模块通过与三维模型的结合，实现了可视化环境下对接口表和管线坐标的核查，能够在项目实施过程中快速准确地发现与设计模型中不匹配的界面对接坐标，消除界面管线对接隐患。

工艺模块与船体的管线对接自动核查基于VSF，对设计成果中各界面方的界面管线进行设计进度和物理坐标核查。具体原理如下：VSF读取来源于各界面参与方提供的三维设计模型，根据平台的Tile-in list界面管线接口表在模型中查询界面管线；分析这些界面管线的几何坐标，分析界面管线的设计状态，识别界面连接点位置；核查各界面方是否按照计划完成了界面管线的设计工作；设计的界面管线连接点是否存在偏差；是否能够与其他界面方设计的相关界面管线准确连接。自动核查流程如图3所示。

5 实施效果

界面管理在FPSO的EPCIC管理中的优先级很高，可视化界面管理在本项目是一次积极的探索，证明了对界面进行可视化管理的可行性和有效性，结合三维模型对建造工程项目中不符合规范、不合理的部分进行整体的审核、协商以及变更。可视化对于避免施工进度拖延、安全、质量问题、高返工率、人工成本超支等问题都有明显的效果。在开启项目之前，制订完善的设计方案十分必要，借助可视化界面管理可以优化和校核设计，从源头修改，减少返工，避免错误采购。

6 结语

(1)流花16-2项目利用可视化界面管理完成了组织内外部之间工作项界面、物理实体界面和技术文件交互界面的网格闭环管理，有效地确保了FPSO的施工完整性。

(2)随着海洋石油工程行业的发展，类似深海FPSO总承包模式的项目比重越来越大。该模式可以促进项目在设计、采办、陆地建造、海上安装和海上联调各阶段的深度交叉，有利于实现项目目标[3]，但也给项目管理提出了诸多挑战。

(3)可视化智能技术作为一项新兴技术，可结合各方数据进行详尽的数字化展示。通过可视化界面管理可以实现项目各方高效率地推进项目进度，并在施工过程中促进质量控制与优化施工方案，实现精细化管理。

(4)此次在流花16-2项目中首次运用可视化界面管理，有效地解决了重大实体界面问题。