SmartPlant在三維工程設(shè)計(jì)中的研究與應(yīng)用

摘 要：為了解決二維設(shè)計(jì)軟件無法進(jìn)行碰撞檢查、異地同步設(shè)計(jì)差、數(shù)據(jù)安全性差、材料控制差、管理模式不靈活等問題，大慶油田設(shè)計(jì)院應(yīng)用SmartPlant進(jìn)行三維工程設(shè)計(jì)，并完成北I-2天然氣處理廠項(xiàng)目的三維可視化建模、數(shù)據(jù)庫建立、權(quán)限劃分等不但解決了上述問題，而且達(dá)到了提高工作效率，提高工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)約工程設(shè)計(jì)成本等目的。

關(guān)鍵詞：SmartPlant；三維工程設(shè)計(jì)；材料數(shù)據(jù)庫；生命周期；數(shù)字化油田

中圖分類號：TP311

SmartPlant是智能化工程設(shè)計(jì)軟件，它可以完成三維工程建模，工藝流程圖定制，工程可視化漫游，材料控制等工作。大慶油田設(shè)計(jì)院為了在競爭激烈的工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中占有一席之地，同國際化的工程公司接軌，成為國內(nèi)工程建設(shè)總承包的領(lǐng)頭羊，滿足外部市場需求，大慶油田設(shè)計(jì)院在應(yīng)用SmartPlant基礎(chǔ)功能前提下研究開發(fā)了適用于工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用功能。

1 SmartPlant關(guān)鍵技術(shù)研究

SmartPlant是新一代、面向數(shù)據(jù)、面向?qū)ο?、?guī)則驅(qū)動(dòng)的三維工程設(shè)計(jì)軟件，使用該軟件在三維工程設(shè)計(jì)中，主要研究開發(fā)了如下功能：異地同步設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)零距離交互、材料控制、碰撞檢查等，它打破了二維設(shè)計(jì)技術(shù)在工廠設(shè)計(jì)中的局限，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)工程的立體可視化建模。SmartPlant三維設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)的對比，有以下不同點(diǎn)：

1.1 設(shè)計(jì)空間不同

二維工程設(shè)計(jì)只是基于平面設(shè)計(jì)中，缺少立體感，工程整體效果不明顯，而設(shè)計(jì)人員通過應(yīng)用SmartPlant三維設(shè)計(jì)可以更直觀的反應(yīng)工程的整體框架，更容易、更直觀地表達(dá)其設(shè)計(jì)意圖。

1.2 面向?qū)ο蟛煌?/p>

SmartPlant三維工程設(shè)計(jì)中的設(shè)備材料等各種數(shù)據(jù)模型，是帶有屬性參數(shù)，是可視立體化的實(shí)體，而二維設(shè)計(jì)中設(shè)備材料只是以點(diǎn)線面的形式存在，往往參數(shù)是以標(biāo)注的形式存在，不直觀。

1.3 標(biāo)識要求不同

傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)材料設(shè)備的統(tǒng)計(jì)工作基本靠人工完成，對系統(tǒng)、設(shè)備、部件等的標(biāo)識沒有具體的要求。但SmartPlant三維設(shè)計(jì)需要對每個(gè)零部件、每個(gè)模型都要進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，依據(jù)材料的唯一編碼系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)生成材料表，設(shè)備表等表單，工程中各區(qū)域、各系統(tǒng)、各設(shè)備、各部件的標(biāo)識代碼都是唯一的。

1.4 出圖方式不同

SmartPlant三維模型理論上可從全方位多角度提取現(xiàn)行二維設(shè)計(jì)所要出的大部分圖紙。還可根據(jù)客戶或者施工方的要求個(gè)性化定制圖紙，從簡化程序、提高效率的目的出發(fā)，管道布置圖只需出一張軸測圖，將材料表信息也包括在軸測圖中。

1.5 視覺效果不同

SmartPlant三維設(shè)計(jì)可將整個(gè)項(xiàng)目直觀并且生動(dòng)的展現(xiàn)在客戶的面前，我們不能用幾張二維圖紙，就期待用戶把它們與三維實(shí)體建立起聯(lián)系，越復(fù)雜越龐大的項(xiàng)目這種優(yōu)勢就越明顯。

2 SmartPlant軟件在北I-2天然氣處理廠項(xiàng)目的應(yīng)用

大慶油田設(shè)計(jì)院不斷努力和摸索實(shí)踐，已經(jīng)在多個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用SmartPlant3D軟件完成工程的三維可視化建模，使用SmartPlantPID設(shè)計(jì)了大量工藝流程圖紙，在應(yīng)用SmartPlant軟件方面取得了一定的成果。

大慶油田設(shè)計(jì)院承接了北I-2天然氣處理廠項(xiàng)目，此項(xiàng)目投資由天然氣工程與化工、工業(yè)建筑、電力、儀表電信、機(jī)械、給排水等8個(gè)專業(yè)30多名設(shè)計(jì)人員共同完成三維建模，歷時(shí)3個(gè)月時(shí)間達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，目前該項(xiàng)目已經(jīng)投入使用，如圖1為北I-2天然氣處理廠項(xiàng)目三維模型。

圖1 為北I-2天然氣處理廠項(xiàng)目三維模型

具體工作內(nèi)容及實(shí)施步驟如下：

2.1 工程項(xiàng)目的建立及權(quán)限劃分

首先由項(xiàng)目經(jīng)理在SmartPlant3D中創(chuàng)建項(xiàng)目、工廠并劃分各專業(yè)人員使用權(quán)限，根據(jù)專業(yè)不同劃分為8個(gè)權(quán)限組，再將設(shè)計(jì)人加入到所屬科室權(quán)限組中，SmartPlant中的權(quán)限設(shè)置是系統(tǒng)應(yīng)用的重要部分，分配了權(quán)限的人員只能在自己的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)，方便設(shè)計(jì)人員的同時(shí)保證了系統(tǒng)的安全性。

2.2 定制材料數(shù)據(jù)庫

根據(jù)北I-2項(xiàng)目材料、采標(biāo)統(tǒng)一規(guī)定，通過查找技術(shù)規(guī)范、API標(biāo)準(zhǔn)庫、工程管理標(biāo)準(zhǔn)庫、材料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)庫等50多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫，來定制管道材料數(shù)據(jù)庫，共涉及到的閥門，彎頭，三通等材料3000多個(gè)，每個(gè)材料都使用Marian材料管理軟件創(chuàng)建唯一編碼，并依據(jù)材料數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建規(guī)則，在Marian系統(tǒng)中建立從1.0A1到6.3K1共23個(gè)管道等級。

接下來利用材料的唯一編碼生成用于SP3D設(shè)計(jì)用的管道等級表。然后數(shù)據(jù)庫管理經(jīng)理將管道等級表加載到SP3D后臺數(shù)據(jù)庫中。在創(chuàng)建唯一編碼時(shí)，需要在Marian系統(tǒng)中填寫各種數(shù)據(jù)表，其中比較重要的表單有Group，Part，Object parameter，Geometric Rules等，這些表單包含了材料的類別，幾何尺寸，幾何規(guī)則的屬性內(nèi)容，

最后在每個(gè)管道壓力等級下，填寫要與之建立聯(lián)系的閥門、彎頭、三通等模型的數(shù)據(jù)表。

目前已經(jīng)創(chuàng)建了北I-2項(xiàng)目使用的管道壓力等級23個(gè)，與壓力等級相關(guān)聯(lián)的材料設(shè)備建模3000多個(gè)。

2.3 流程圖元件的定制

由于SmartPlant PID軟件提供的儀表元件標(biāo)準(zhǔn)庫不能滿足北I-2項(xiàng)目流程圖設(shè)計(jì)的需要，我們需要定制符合項(xiàng)目要求的儀表元件，可靈活的在元件開發(fā)工具中完成符合要求的新元件或者對已有元件進(jìn)行修改，經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，已經(jīng)建立了符合設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的儀表元件200多個(gè)，完成工藝流程圖90多張。

2.4 數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化定制

北I-2項(xiàng)目中除了用到SmartPlant3D提供的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型外，還對項(xiàng)目中遇到的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行拼裝，即利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備搭建非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，例如火炬區(qū)的鐵塔就是利用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型搭建出來的。

我們還可以將標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計(jì)出一組模型導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中，例如輕烴罐區(qū)的臥式罐，這樣就可將臥式罐定制為標(biāo)準(zhǔn)化的模型，在以后設(shè)計(jì)類似模型時(shí)可直接使用。

通過設(shè)備的自由搭建可以讓三維工程設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)出的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備模型更加的逼真，而標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備模型的使用，將極大的減少設(shè)計(jì)時(shí)間，提高工作效率，也可降低圖紙錯(cuò)誤率并提高繪圖準(zhǔn)確率。

2.5 SmartPlant3D和SmartPlantPID之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互

SmartPlant3D和SmartPlantPID軟件都可對設(shè)備的屬性或者管道的屬性進(jìn)行參數(shù)配置，并通過軟件提供的發(fā)布功能將這項(xiàng)屬性傳遞到其他軟件中，這樣可以有效的避免數(shù)據(jù)的重復(fù)錄入，降低數(shù)據(jù)錄入錯(cuò)誤率。

2.6 碰撞檢查

在SmartPlant3D軟件中可對設(shè)計(jì)的全廠模型進(jìn)行碰撞檢查，可以從中發(fā)現(xiàn)各專業(yè)模型之間是否存在直接碰撞或者模型之間預(yù)留空間是否充足，我們在服務(wù)器端設(shè)定碰撞檢查執(zhí)行日志，或者是在客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢查，碰撞檢查可以將問題暴露在設(shè)計(jì)階段，避免了在施工期遇到更大的麻煩，使問題嚴(yán)重化。三維模型的碰撞檢查對提高設(shè)計(jì)質(zhì)量起到很重要的作用。

2.7 出圖和報(bào)告

在三維模型中提取任意區(qū)域，都可按照需要對該區(qū)域提取各管道系統(tǒng)、電纜橋架和布置圖?？梢苑奖愕纳晒艿兰霸O(shè)備材料清單等，減少了人工統(tǒng)計(jì)的工作量，采購人員可根據(jù)報(bào)告包含中的設(shè)備類型、規(guī)格和數(shù)量、用到材料的材質(zhì)、尺寸進(jìn)行采購，這樣可以使買到的材料是在出廠前就加工好的，不會(huì)在施工現(xiàn)場臨時(shí)處理。避免了材料的浪費(fèi)，節(jié)約了設(shè)計(jì)成本。

2.8 三維工廠漫游

SmartPlant Review是用于三維模型渲染的一個(gè)理想工具，可根據(jù)要求在工廠中設(shè)置瀏覽路徑，應(yīng)用模擬仿真技術(shù)對工廠進(jìn)行真實(shí)渲染，能清晰的反應(yīng)整個(gè)工廠的全貌或者局部細(xì)節(jié)。

通過應(yīng)用SmartPlant軟件對北I-2天然氣處理廠項(xiàng)目進(jìn)行三維可視化建模，縮短了設(shè)計(jì)周期20多天，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，節(jié)省了材料費(fèi)用200余萬，使設(shè)計(jì)人員在思想意識和設(shè)計(jì)理念都有了煥然一新的感覺，三維設(shè)計(jì)更加方便快捷，而且設(shè)計(jì)成果更加直觀。

3 結(jié)束語

通過成功的運(yùn)用SmartPlant軟件對油田產(chǎn)能項(xiàng)目的三維可視化設(shè)計(jì)，標(biāo)志著大慶油田設(shè)計(jì)院工程設(shè)計(jì)水平已經(jīng)走向一個(gè)新階段，隨著更加深入的應(yīng)用SmartPlant軟件，我們將開始研究以SmartPlant Foundation集成平臺為核心的，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)軟件數(shù)據(jù)交換與信息管理的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺，為打造數(shù)字化油田，創(chuàng)建國際一流的工程建設(shè)公司而努力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳立勛，郭錦涌.三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2005（05）.

作者簡介：靳國鋒（1981-），男，黑龍江大慶人，本科，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

作者單位：大慶油田設(shè)計(jì)院，黑龍江大慶 163712