淺談基于ISO模型的管線三維可視化實(shí)現(xiàn)方案

張高尉 李應(yīng)曉 張晶 李金富 李炳勤

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300456）

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，海洋工程行業(yè)的信息化水平大幅提升，業(yè)內(nèi)逐漸形成基于4D和5D為的施工管理模式，通過(guò)在三維可視化工具上集成進(jìn)度狀態(tài)能夠直觀地呈現(xiàn)當(dāng)前施工進(jìn)展，為決策者和管理者提供便利的信息支持。三維可視化通常是以設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ)，以管線為單位呈現(xiàn)管線施工狀態(tài)，但是在工程項(xiàng)目的不同階段，設(shè)計(jì)、安裝、試壓會(huì)有不同的主要關(guān)注維度。設(shè)計(jì)通常按系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，安裝一般是按區(qū)域安裝，而試壓又會(huì)回到系統(tǒng)維度，因此，與施工管理維度的統(tǒng)一是當(dāng)前可視化需要解決的問(wèn)題之一，本文探討并實(shí)踐了一種與施工管理維度一致的管線三維可視化方案。

1 管線模型

管線模型是實(shí)現(xiàn)三維可視化的基礎(chǔ)，在海洋工程項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)階段分為詳細(xì)設(shè)計(jì)和加工設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)通?；赑DMS和Smart 3D構(gòu)建三維模型，并導(dǎo)出PCF文件或IDF文件用于加工設(shè)計(jì)，加工設(shè)計(jì)使用Spoolgen或Auto CAD進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊口設(shè)置和斷管。

1.1 詳細(xì)設(shè)計(jì)模型

管線詳細(xì)設(shè)計(jì)的主要產(chǎn)出是ISO圖及ISO模型，ISO以管線為單位，通常包含多頁(yè)圖紙，涵蓋某一個(gè)獨(dú)立功能的管系范圍，ISO模型可以從詳細(xì)設(shè)計(jì)軟件中基于某種規(guī)則導(dǎo)出成獨(dú)立的模型文件，即PCF文件或IDF文件。

1.2 Spoolgen模型

非發(fā)布模型數(shù)據(jù)是最普遍的數(shù)據(jù)，通常業(yè)主移交的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)只有DWG圖紙和PDF文件，這種情況下獲得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的方式有限，對(duì)于結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)，主要通過(guò)加工設(shè)計(jì)階段導(dǎo)出MTO表來(lái)獲得項(xiàng)目管理需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而對(duì)于配管專(zhuān)業(yè)，獲取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的模式與結(jié)構(gòu)有所不同，配管專(zhuān)業(yè)加工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可以通過(guò)Spoolgen獲取項(xiàng)目管理所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，SPOOLGEN是最常用的配管加工設(shè)計(jì)工具，通過(guò)SPOOLGEN可以兼容PCF或IDF等ISO文件，并實(shí)現(xiàn)管線斷管和增加焊點(diǎn)等功能，并支持通過(guò)風(fēng)格包在生成圖紙時(shí)，輸出各類(lèi)數(shù)據(jù)表。

2 模型集成

ISO模型是獨(dú)立的管線模型，而施工管理過(guò)程，需要基于整體管線模型進(jìn)行預(yù)覽和分析，因此施工管理的需求是集成后的ISO模型，基于SPF（Smart Plant Foundation）和SPC（Smart Plant Construction）可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)加工設(shè)計(jì)后的ISO模型集成。

根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)要求及建設(shè)目標(biāo)，推薦項(xiàng)目實(shí)施方案如下圖所示：

圖1 ISO模型的集成技術(shù)路線

詳細(xì)設(shè)計(jì)模型（數(shù)據(jù)）分兩種方式從三維設(shè)計(jì)工具導(dǎo)出：

1、管線專(zhuān)業(yè)詳設(shè)信息導(dǎo)出為PCF/IDF文件，并導(dǎo)入Spoolgen做加工設(shè)計(jì)。加工設(shè)計(jì)后的ISO圖直接發(fā)布至SPF/SPC。Spoolgen導(dǎo)出POD文件，POD文件經(jīng)SPIOP轉(zhuǎn)換為模型，模型經(jīng)SPIOP直接發(fā)布至SPF/SPC。通過(guò)這種方式，確保管線圖紙、模型能進(jìn)入SPC，且模型與圖紙見(jiàn)保存關(guān)聯(lián)關(guān)系，便于可視化施工管理；

2、除管線外的其它模型。直接從三維設(shè)計(jì)工具中發(fā)布至SPF/SPC，作為管線可視化施工管理的背景。對(duì)于SP3D的模型，可以直接發(fā)布至SPF/SPC。對(duì)于PDMS模型，導(dǎo)出RVM和ATT文件經(jīng)SPIOP發(fā)布至SPF/SPC。

為了實(shí)現(xiàn)管線的可視化管理，進(jìn)入SPF/SPC的管線數(shù)據(jù)應(yīng)達(dá)到完整的加工設(shè)計(jì)深度，并包含所有必要的管理屬性信息。這些信息可在三個(gè)階段進(jìn)行完善或補(bǔ)充：

1、詳設(shè)階段。應(yīng)至少包含管線的基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和管理屬性，如管線號(hào)、系統(tǒng)號(hào)、三維坐標(biāo)、管線及管件短描相關(guān)屬性等。需要在元件庫(kù)建庫(kù)和布置設(shè)計(jì)階段進(jìn)行補(bǔ)充和完善。相應(yīng)的數(shù)據(jù)如果未包含在PCFIDF文件的，需要進(jìn)行導(dǎo)出屬性補(bǔ)充，使其補(bǔ)充進(jìn)PCFIDF文件。在SP3D導(dǎo)出的屬性中補(bǔ)充映射，或者在PDMS導(dǎo)出的屬性表中補(bǔ)充映射；

2、加工設(shè)計(jì)階段創(chuàng)建和補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)焊、Spool相關(guān)信息。加工設(shè)計(jì)階段應(yīng)能接受詳設(shè)補(bǔ)充在PCFIDF文件中的新屬性，并在Spoolgen中添加現(xiàn)場(chǎng)焊、創(chuàng)建Spool。并補(bǔ)充必要的其它設(shè)計(jì)和管理屬性。相關(guān)的屬性應(yīng)能包含在Spoolgen發(fā)布至SPF/SPC的圖紙和模型中。

3、對(duì)于以上兩個(gè)階段不能或不便補(bǔ)充的設(shè)計(jì)屬性和管理屬性，可直接通過(guò)Excel方式補(bǔ)充到模型和圖紙上。

管線模型和圖紙進(jìn)入后，可以基于SPC的模型和圖紙模塊瀏覽相關(guān)模型或圖紙，并可以基于模型和圖紙進(jìn)行工作包創(chuàng)建。工作包的基本配置需要根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行調(diào)整，以完成本項(xiàng)目所涉及的所有階段的工作包創(chuàng)建要求。

在SPM中使用的圖紙節(jié)點(diǎn)推薦使用是Spool號(hào)，相當(dāng)于小票圖。但加工設(shè)計(jì)和施工管理過(guò)程中沒(méi)有真實(shí)存在小票圖，Spoolgen發(fā)布的圖紙也是ISO圖，需要修改現(xiàn)有SPC和SPM調(diào)用接口，將現(xiàn)有接口的圖紙信息由ISO圖號(hào)替換為Spool號(hào)。

經(jīng)過(guò)工作包的管理過(guò)程，再輔以各種設(shè)計(jì)信息和管理屬性，可以在SPC中可視化的展示各種管理信息。計(jì)劃進(jìn)度方面，默認(rèn)提供4D動(dòng)畫(huà)?？梢栽俣ㄖ埔唤M過(guò)濾器，用于顯示各個(gè)階段的管段施工狀態(tài)?；谠O(shè)計(jì)屬性和管理屬性，可以通過(guò)過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)過(guò)濾管線、系統(tǒng)、區(qū)域、試壓包等范圍的Spool。結(jié)合SPM的接口調(diào)整，還可以可視化的顯示Spool的材料狀態(tài)。

3 三維顯示

工單是項(xiàng)目施工管理的基本載體，在配管專(zhuān)業(yè)信息化系統(tǒng)中，工單是計(jì)劃、圖紙、材料、管理信息的綜合技術(shù)性文件。工單實(shí)施管理主要包含：工單實(shí)施過(guò)程職責(zé)劃分、工單創(chuàng)建規(guī)則制定、工單創(chuàng)建、工單實(shí)施、工單狀態(tài)反饋以及工單關(guān)閉。通過(guò)三維展示工單，如圖2 ISO管線集成效果，可從空間上對(duì)工單有整體了解，再結(jié)合用顏色表示的施工狀態(tài)，能清晰的掌控工單的執(zhí)行狀態(tài)，達(dá)到基于4D/5D進(jìn)行施工可視化管理的目的。

圖2 ISO管線集成效果

4 總結(jié)

海洋工程項(xiàng)目配管專(zhuān)業(yè)的信息化管理結(jié)合海洋工程項(xiàng)目施工管理流程，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、材料管理、工單實(shí)施管理（含質(zhì)量控制）等環(huán)節(jié)，相對(duì)傳統(tǒng)方式而言，打通了各環(huán)節(jié)的信息壁壘，提高了數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率，結(jié)合4D/5D的施工管理，使得基于工單的管理更加直觀、便捷，提升了工單執(zhí)行管理效率。