新疆油田地面建設(shè)工程項(xiàng)目可視化協(xié)同平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

石峰 張德君 王利君 王傳平

1中國(guó)石油新疆油田分公司數(shù)據(jù)公司

2中國(guó)石油新疆油田分公司采氣一廠

油田地面建設(shè)工程是一個(gè)多方參與、多專業(yè)工作的過程，參與設(shè)計(jì)的單位眾多，所涉及的專業(yè)也較多[1]，包括建筑工程、化學(xué)工程、石油工程、地質(zhì)工程、機(jī)械工程、動(dòng)力工程、信息與控制工程、環(huán)境保護(hù)工程等，一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)往往需要不同的設(shè)計(jì)單位和專業(yè)的技術(shù)人員共同協(xié)作來完成。

近年來，隨著“數(shù)字油田”的不斷發(fā)展，數(shù)字技術(shù)正在越來越多地應(yīng)用到新疆油田的每個(gè)角落[2]。在新疆油田地面建設(shè)工程領(lǐng)域，隨著建設(shè)工程規(guī)模日益擴(kuò)大，技術(shù)含量和項(xiàng)目管理的集成化、國(guó)際化程度越來越高，知識(shí)管理的重要性日益突顯。利用信息和信息處理技術(shù)建立地面工程信息資源的共享平臺(tái)，將勘察、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)等相關(guān)組織進(jìn)行整合，打破傳統(tǒng)建設(shè)期各組織、各專業(yè)信息平臺(tái)孤立的局面，為油田的建設(shè)部門提供可視化的協(xié)同平臺(tái)，為地面建設(shè)、油氣運(yùn)輸以及勘探開發(fā)等方面做好數(shù)據(jù)共享的準(zhǔn)備，同時(shí)為油田科學(xué)建設(shè)與發(fā)展提供可靠的決策依據(jù)，這是目前數(shù)字油田和智慧油田實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

因此，綜合應(yīng)用信息技術(shù)、可視化技術(shù)、BIM技術(shù)等，設(shè)計(jì)一種適合油田建設(shè)項(xiàng)目所有專業(yè)可協(xié)同工作的平臺(tái)不僅是實(shí)際油田工程建設(shè)的需要，也是完善我國(guó)可視化協(xié)同應(yīng)用的重要過程。

1 可視化協(xié)同與傳統(tǒng)協(xié)同模式的對(duì)比

新疆油田公司作為中國(guó)西部最大的石油生產(chǎn)企業(yè)，在油田建設(shè)設(shè)計(jì)階段，各個(gè)專業(yè)齊頭并進(jìn)，每個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)完畢后經(jīng)過審核、會(huì)簽等交由其他專業(yè)，設(shè)計(jì)過程中如有設(shè)計(jì)變更，其他專業(yè)將隨之變更，然后進(jìn)行再次審核、會(huì)簽等工作。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式主要基于CAD的平面設(shè)計(jì)，難以直觀表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，以及難以描述綜合專業(yè)間的空間拓?fù)潢P(guān)系[3]，各個(gè)專業(yè)默認(rèn)享有全部建筑與結(jié)構(gòu)確定的空間資源，而并不考慮其他專業(yè)的空間布局，當(dāng)各專業(yè)設(shè)計(jì)完畢后則通過圖紙會(huì)簽的方式將設(shè)計(jì)結(jié)果匯總成管線綜合設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)各專業(yè)協(xié)同工作示意圖Fig.1 Schematic diagram of collaborative work in traditional specialties

傳統(tǒng)的基于二維協(xié)同模式下，協(xié)同工作流分解的靜態(tài)性與工作流過程的動(dòng)態(tài)性之間的矛盾難以解決，在油田地面工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中各專業(yè)之間存在協(xié)同不方便、信息丟失現(xiàn)象，在專業(yè)綜合方面更是難以進(jìn)行快速、有序、高效的協(xié)同工作。

可視化協(xié)同以三維數(shù)字化BIM模型為基礎(chǔ)[4]，從油田項(xiàng)目的開始，就為其全生命周期提供了一種可信賴、信息共享的知識(shí)資源，因此在可視化協(xié)同平臺(tái)所設(shè)定的三維空間內(nèi)可以合理地組織所有的設(shè)計(jì)參與者，并依據(jù)一定的協(xié)同工作模式進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，可有效地解決協(xié)同過程中工作流的分解靜態(tài)性與過程動(dòng)態(tài)性之間的矛盾。

可視化協(xié)同平臺(tái)以三維模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)結(jié)果均為可視化，通過控制各專業(yè)的空間資源共享與分配過程優(yōu)先級(jí)即可合理地組織協(xié)同工作的流程，在此過程中各專業(yè)通過可視化協(xié)同平臺(tái)直接進(jìn)行信息交互，如圖2所示。

圖2 基于BIM的各專業(yè)協(xié)同工作示意圖Fig.2 Schematic diagram of specialties collaborative work based on BIM

二維CAD協(xié)同模式與可視化協(xié)同模式對(duì)比如表1所示。

2 可視化協(xié)同平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 平臺(tái)架構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的可視化協(xié)同平臺(tái)采用輕量級(jí)WEB服務(wù)架構(gòu)RESTFUL，同時(shí)向客戶端、WEB瀏覽器以及移動(dòng)端提供服務(wù)，達(dá)到同時(shí)兼容從大屏到小屏的各種客戶終端的目的。平臺(tái)架構(gòu)如圖3所示。

表1 二維CAD與三維BIM協(xié)同模式對(duì)比Tab.1 Comparison of two-dimensional CAD and three-dimensional BIM collaborative models

圖3 可視化協(xié)同平臺(tái)架構(gòu)Fig.3 Architecture of visualization collaboration platform

平臺(tái)采用JavaEE為核心技術(shù)，其特點(diǎn)包括靈活性、穩(wěn)定性、可伸縮性及跨平臺(tái)等，是當(dāng)前企業(yè)級(jí)應(yīng)用的主流技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，具有如下特點(diǎn)：

（1）采用面向?qū)ο蟮乃枷脒M(jìn)行分析設(shè)計(jì)，領(lǐng)域設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)軟件研發(fā)的生命周期，同時(shí)定義需求中的每一個(gè)不可分割的業(yè)務(wù)功能點(diǎn)為一個(gè)領(lǐng)域模型，圍繞該模型采用動(dòng)態(tài)代理模式實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)功能。

（2）通過工作流平臺(tái)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的流轉(zhuǎn)。通過流程的定制將各個(gè)具體的業(yè)務(wù)功能點(diǎn)串聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)操作場(chǎng)景。

（3）以組件化的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能的集成，平臺(tái)采用RESTFUL架構(gòu)，提供相比于SOAP更輕量級(jí)的WEB服務(wù)，使得平臺(tái)響應(yīng)效率更高。

2.2 可視化協(xié)同功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.2.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)海量元件級(jí)管理

在平臺(tái)中，定義油田建設(shè)工程中每一個(gè)實(shí)體、設(shè)備、管線、結(jié)構(gòu)等都有對(duì)應(yīng)的“對(duì)象”，這個(gè)對(duì)象存儲(chǔ)了與其相關(guān)的所有屬性以及各個(gè)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖4所示。隨著工廠在不同階段的推移，平臺(tái)將不同階段的數(shù)據(jù)再次追加和補(bǔ)充到這個(gè)對(duì)象上去，逐漸完善，同時(shí)下游部門可以直接利用上游輸入的數(shù)據(jù)，而不需要再次錄入，在保證數(shù)據(jù)的一致性、準(zhǔn)確性的同時(shí)減少數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的工作量。

圖4 可視化平臺(tái)中元件與信息關(guān)聯(lián)示意圖Fig.4 Schematic diagram of component and information association in the visualization platform

2.2.2 三維模型展示與管理

平臺(tái)內(nèi)置eZWalker輕量化三維可視化引擎，支持超大模型瀏覽，擁有良好的擴(kuò)充性和壓縮比，核心分層傳輸技術(shù)與流式加載的方式能夠保障在瀏覽器上流暢展示三維場(chǎng)景，支持多人共享同一三維場(chǎng)景。

可視化協(xié)同平臺(tái)提供常用的模型操作功能，包括隱藏、隔離、透明、剖切、變色、測(cè)量等，便于用戶在校審時(shí)對(duì)模型內(nèi)部進(jìn)行檢查。平臺(tái)支持用戶對(duì)三維模型添加紅線批注，增加評(píng)論并將評(píng)論轉(zhuǎn)換成任務(wù)，以供設(shè)計(jì)人員修改模型或進(jìn)一步溝通。

2.2.3 任務(wù)協(xié)同

在設(shè)計(jì)過程中不同的專業(yè)任務(wù)所起的作用不同，因此每個(gè)專業(yè)任務(wù)具有一定的權(quán)限，不同的權(quán)限具有不同的優(yōu)先級(jí)，此優(yōu)先級(jí)直接決定了專業(yè)任務(wù)在所有協(xié)同活動(dòng)中的優(yōu)先關(guān)系。

各專業(yè)間訪問控制采用基于角色的訪問控制（RBAC），RBAC是一種成熟的面向安全訪問控制的方式[5]，其基本思想是通過對(duì)角色控制操作權(quán)限，從而將權(quán)限控制在有效的范圍內(nèi)。本文所設(shè)計(jì)的任務(wù)協(xié)同關(guān)系模式采用RBAC訪問控制方式，能從根本上防止專業(yè)間越權(quán)行為的發(fā)生，最大程度降低權(quán)限分配消耗，并允許將任務(wù)分配給其他用戶，同時(shí)也可以將任務(wù)移交給其他用戶，并進(jìn)行狀態(tài)跟蹤直至任務(wù)關(guān)閉。

2.2.4 文檔管理

文檔管理模塊實(shí)現(xiàn)施工圖紙、竣工圖紙、設(shè)備操作說明書、維護(hù)手冊(cè)等資料的集中、統(tǒng)一管理，并實(shí)現(xiàn)文檔資料與三維模型的關(guān)聯(lián)，加強(qiáng)圖檔資料的實(shí)用性，方便用戶能夠從三維場(chǎng)景中根據(jù)模型快速查詢到相關(guān)文檔資料，進(jìn)而降低圖檔資料的使用難度及維護(hù)難度，解決文檔資料零散、管理不便等問題，保證油田建設(shè)過程中資料資源的可持續(xù)應(yīng)用。

3 結(jié)論

油田地面建設(shè)工程是一個(gè)多方參與、多專業(yè)工作的過程，在傳統(tǒng)CAD平面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，協(xié)同工作效率低下。新疆油田公司作為中國(guó)西部最大的石油生產(chǎn)企業(yè)，多專業(yè)協(xié)同工作的重要性更為突出，本文基于eZWalker三維平臺(tái)設(shè)計(jì)了一種基于三維場(chǎng)景模型與信息共享的多專業(yè)協(xié)同工作平臺(tái)，該平臺(tái)根據(jù)專業(yè)分配一定的權(quán)限，采用角色訪問控制方式，提供海量元件管理、三維模型的展示與管理、各設(shè)計(jì)專業(yè)任務(wù)協(xié)同及文檔管理功能，能夠有效地解決各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)同工作，以及共享數(shù)據(jù)的利用率，可從根本上提高新疆油田建設(shè)過程中設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的效率，并為我國(guó)油田建設(shè)多專業(yè)協(xié)同工作提供借鑒意義。