數(shù)字化設(shè)計在油田地面工程中的應(yīng)用

李 艦

（大慶油田設(shè)計院有限公司，黑龍江 大慶 163712）

0 引言

數(shù)字化設(shè)計是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維建模技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以cad等應(yīng)用軟件為依托，構(gòu)建虛擬環(huán)境對設(shè)計思想以3d建模的形式進(jìn)行高度還原，實現(xiàn)設(shè)計理念的可視化以及3d化表達(dá)。也為設(shè)計人員提供了文件共享、文件庫、設(shè)計組交流等多種功能。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)從根本上改變了原有的工程設(shè)計技術(shù)以及設(shè)計環(huán)境。打破了傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)的多種技術(shù)性壁壘、地域性壁壘以及時間性壁壘、讓不同地區(qū)的主業(yè)、合作者、供應(yīng)商、施工隊伍可以實時的參與到工程的設(shè)計中。讓設(shè)計內(nèi)容更加的客觀完善。

工程項目一般需要基于具體的施工內(nèi)容分成若干個不同的施工階段，不斷階段的設(shè)計內(nèi)容各不相同，但存在一定的交互與約束關(guān)系。傳統(tǒng)的工程設(shè)計方法各個階段都是獨立完成設(shè)計的，無法在設(shè)計過程中考量不同階段內(nèi)的交互和約束關(guān)系，導(dǎo)致總體設(shè)計不夠協(xié)調(diào)，不同階段之間存在較多的矛盾點，這些往往也是造成施工階段工程變更的重要原因。傳統(tǒng)設(shè)計中不同的設(shè)計方案在設(shè)計細(xì)節(jié)以及施工成本的預(yù)估方面難以實現(xiàn)高度統(tǒng)一，導(dǎo)致工程項目后期的施工階段存在較多隱患[1]。

1 數(shù)字化工程設(shè)計的設(shè)計流程重建

數(shù)字化工程設(shè)計階段是將傳統(tǒng)的設(shè)計流程和方法依托各類設(shè)計軟件，實現(xiàn)空間與時間上的重構(gòu)，讓設(shè)計流程更加的客觀、完善、統(tǒng)一，最大限度減少了施工階段出現(xiàn)設(shè)計矛盾以及工程變更的可能性。如在油田地面工程項目的設(shè)計流程中，通過3d模擬軟件以及cad軟件，可以讓設(shè)計方、施工方、供應(yīng)商、用戶實時參與進(jìn)來。設(shè)計方在實際過程中可以實時參考用戶的定義需求施工隊伍對選型、匹配、控制、施工技術(shù)方面的能力以及建議，并與供應(yīng)商針對施工材料的供應(yīng)問題進(jìn)行實時溝通交流，實現(xiàn)設(shè)計過程中協(xié)同、關(guān)聯(lián)等多個功能。

2 虛擬裝配設(shè)計

虛擬裝備技術(shù)是數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的核心組成部分，通過虛擬裝配技術(shù)可以讓設(shè)計人員在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行全面的驗證，也讓用戶可以提前更加直觀的體驗設(shè)計內(nèi)容，提出更有針對性的設(shè)計建議，從而實現(xiàn)用戶與設(shè)計人員之間的高度交互[2]。目前基于3d模擬技術(shù)的虛擬裝配設(shè)計，可以讓設(shè)身處地、身臨其境的感覺到設(shè)計內(nèi)容的。我們在油田地面工程項目的設(shè)計過程中，總裝配體的三維設(shè)計結(jié)合使用了自上而下設(shè)計和自下而上的設(shè)計。首先在文件中并與總裝配體文件建立插入、外部參照等關(guān)系這樣在總裝配體文件中根據(jù)裝配關(guān)系猶如搭積木一樣對它們進(jìn)行初裝配使總裝配體、部件及零件的設(shè)計并行進(jìn)行。在總裝配體文件中即時地看到零部件的設(shè)計進(jìn)程并進(jìn)行協(xié)同。在零部件的設(shè)計過程中，可以隨時將該零部件在總體環(huán)境中進(jìn)行模擬裝配，確定其與總體環(huán)境的匹配度，以及在總體環(huán)境下與其他零部件的裝配是否存在矛盾與沖突。實現(xiàn)各個零部件在總體設(shè)計過程中的多點關(guān)聯(lián)和對比。這點在油田地面工程設(shè)計中尤為重要。油田地面工程同城需要在有限的空間中安裝大量的管線以及機電設(shè)備，不同設(shè)備之間存在較大的影響，機電設(shè)備的安裝空間與管線也存在較大的沖突可能。該技術(shù)可以根據(jù)工藝流程以及現(xiàn)有的管路鋪設(shè)情況，對主設(shè)備、等待布置的設(shè)備以及需要繼續(xù)安裝的管理以及控制元件進(jìn)行沖突模擬，提高設(shè)計精度。

3 開發(fā)模型

在數(shù)字化設(shè)計技術(shù)問世的初期階段，推廣使用最大的障礙是使用該技術(shù)設(shè)計不僅要求設(shè)計人員具有較高的工程設(shè)計能力以及專業(yè)知識，還要求設(shè)計人員對各類數(shù)字化設(shè)計軟件有著熟練的應(yīng)用能力。而從事多年工程設(shè)計經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員，多數(shù)沒有接觸過此類軟件，導(dǎo)致不熟悉軟件功能以及應(yīng)用方法，導(dǎo)致設(shè)計障礙。而經(jīng)過和不斷的發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代的三維模型等應(yīng)用軟件工具以及初步的向著大眾化、傻瓜化等方向發(fā)展，軟件在設(shè)計過程中充分體現(xiàn)了簡易化、準(zhǔn)確化、人性化的諸多特點。根據(jù)設(shè)計意圖，從草圖開始基于特征建立受尺寸驅(qū)動的模型，方便設(shè)計者在任何時候更改編輯模型，也可對已有的平面視圖在人為干預(yù)下來生成三維模型。