基于多源數(shù)據(jù)融合的油田數(shù)字化交付平臺應(yīng)用研究

鐘 華，黃 政

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，廣東湛江 524057）

1 數(shù)字化交付平臺

海上油田勘探開發(fā)及生產(chǎn)運(yùn)行涉及油氣、冶金、制造等多個(gè)產(chǎn)業(yè)，需要高價(jià)值的實(shí)物資產(chǎn)投入。在國家大力推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的推動(dòng)下，石油企業(yè)開展了智能油田建設(shè)的熱潮[1]。基于實(shí)體對象的數(shù)字化油田建設(shè)能夠有效促進(jìn)油氣產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，其實(shí)現(xiàn)離不開全產(chǎn)業(yè)鏈的數(shù)字化交付。

從廣義角度看，數(shù)字支付可以看作是數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)與產(chǎn)業(yè)鏈間的數(shù)據(jù)交換。從狹義角度看，其本質(zhì)是數(shù)字孿生體的交付，即在虛擬空間應(yīng)用油田傳感器、模型等數(shù)據(jù)進(jìn)行多學(xué)科、多尺度的仿真模擬，并將其映射到對應(yīng)的實(shí)體裝備。數(shù)字化交付指的是以工程對象為核心，基于數(shù)字化集成平臺搜集整理工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)階段產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)并移交給企業(yè)。該支付方式區(qū)別于傳統(tǒng)紙質(zhì)文檔交付方式，貫穿于企業(yè)建設(shè)的全生命周期，是提升企業(yè)建設(shè)效率及管理運(yùn)維的重要方式。對于數(shù)字化油田建設(shè)來說，數(shù)字化支付能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)方、施工方等各個(gè)參與主體提供一個(gè)信息共享平臺，實(shí)現(xiàn)施工建設(shè)、運(yùn)維管理可視化模擬等功能。對于智能油田建設(shè)來說，其數(shù)字化交付分為縱向、橫向兩條途徑?？v向支付是以設(shè)計(jì)、采購、施工建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行等產(chǎn)業(yè)鏈為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)采集、存儲、交付、管理使用等操作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)的縱向分層交付。橫向支付以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)態(tài)模式為前提，數(shù)據(jù)通過異構(gòu)軟件協(xié)議接口實(shí)現(xiàn)跨平臺的自動(dòng)交付。無論是縱向還是橫向角度，其面對的目標(biāo)都是工程實(shí)體對象，數(shù)據(jù)格式、范圍等受操作規(guī)程等約束，且需要專業(yè)的軟件平臺或中間件予以實(shí)現(xiàn)[2-3]。

2 多源數(shù)據(jù)融合

智能油田建設(shè)中存在不同來源、不同類型的多元數(shù)據(jù)，如環(huán)境信息數(shù)據(jù)、可視化模型數(shù)據(jù)、矢量標(biāo)識文件、仿真運(yùn)行及計(jì)算數(shù)據(jù)等，格式各異，數(shù)據(jù)量大。多元數(shù)據(jù)融合應(yīng)用是目前快速發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字化工廠全生命周期進(jìn)程中，累積了大量設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)維不同階段的三維模型。三維模型作為最直觀可視化方式，承載了在模型基礎(chǔ)上拓展的可視化應(yīng)用場景，如果模型的融合和輕量化不夠出色，會(huì)直接影響用戶使用體驗(yàn)。因此，三維多源數(shù)據(jù)融合及輕量化無疑是智能油田建設(shè)的技術(shù)難點(diǎn)。三維模型的多源主要體現(xiàn)于模型是由不同的參與方、不同的設(shè)計(jì)軟件所產(chǎn)生，例如工程公司各專業(yè)有專屬的設(shè)計(jì)、分析軟件，而作為參與方的施工單位、業(yè)主方都沒有工程公司專屬的設(shè)計(jì)、分析軟件，導(dǎo)致其無法打開和查看工程公司的成果。此外，設(shè)備供應(yīng)商提供的設(shè)備詳細(xì)拆解模型細(xì)節(jié)豐富，導(dǎo)入到工程公司的設(shè)計(jì)平臺會(huì)帶來性能問題，如何高精度接入上述模型難度較大[4-5]。

3 海上油田數(shù)字化交付平臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)

3.1 工程信息集成

基于E5D Connector（數(shù)據(jù)連接器）平臺建立多源數(shù)據(jù)和 E5D Datalaker（數(shù)據(jù)湖）的數(shù)據(jù)連接通道。涵蓋項(xiàng)目范圍內(nèi)所有類型的工程數(shù)據(jù)或業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如三維模型、二維圖紙、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等。從獲取數(shù)據(jù)后數(shù)據(jù)所在的存儲位置來看，數(shù)字化交付平臺Connector 可以分為拷貝式和指針式，其中拷貝式Connector 是將數(shù)據(jù)完全復(fù)制到數(shù)字化交付平臺數(shù)據(jù)庫中，而指針式Connector 則是將數(shù)據(jù)的鏈接放在數(shù)字化交付平臺數(shù)據(jù)庫中，原數(shù)據(jù)仍然存在于原系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)連接器可以直接通過配置進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，對于平臺之外的數(shù)據(jù)解析需求，可根據(jù)客戶具體的需求定制連接器，接入各種異構(gòu)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)，解析并入庫。

3.2 三維多元數(shù)據(jù)融合

接入二、三維數(shù)據(jù)，對主流工程三維模型（如PDMS、SmartPlant 3D、Revit、Microstation 3D 等）、實(shí)景三維模型（如Bentley ContextCapture 等）、點(diǎn)云模型（如E57、Autodesk Recap 等）、二維P&ID（如AVEVA Digrams、SmartPlant P&ID 等）進(jìn)行解析、轉(zhuǎn)換（圖1）。將特定的二、三維模型進(jìn)行解析封裝，作為現(xiàn)有ServiceFabric 平臺的微服務(wù)輸入信息，植入現(xiàn)有三維引擎平臺，使其符合現(xiàn)有引擎的技術(shù)接口、技術(shù)規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范。

圖1 二、三維數(shù)據(jù)接入架構(gòu)

3.3 類庫集成、信息整合及校驗(yàn)

（1）類庫集成。E5D Datalake 數(shù)字化交付平臺能夠依據(jù)業(yè)主發(fā)布的項(xiàng)目類庫定義系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，包括工廠對象類、屬性、文檔類型、各類對象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系等，并使用特定工具來管理類庫。根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)整類庫內(nèi)容，使之滿足數(shù)據(jù)交付需要。依據(jù)GB 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》、CFIHOS 等標(biāo)準(zhǔn)編制項(xiàng)目類庫，滿足工廠數(shù)字化交付和后期運(yùn)維需要。

（2）信息整合。E5D 數(shù)據(jù)集成中心E5D DIC（Data Integration Center）作為數(shù)據(jù)采集的一體化框架，打通了數(shù)據(jù)從上載、處理、發(fā)布的完整業(yè)務(wù)路徑。用戶只需關(guān)注數(shù)據(jù)的整理和上載，調(diào)用E5D Connector 工作交由E5D DIC 自動(dòng)完成，在數(shù)據(jù)采集過程中提供了豐富的數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查報(bào)告，支持用戶批量上載三維模型、智能P&ID 圖、DWG 格式圖紙、Office/PDF格式文檔、Excel 工程數(shù)據(jù)表等各類數(shù)字化交付數(shù)據(jù)。數(shù)字化交付平臺基于知識圖譜進(jìn)行對象化存儲及關(guān)聯(lián)關(guān)系管理。采用ISO 15926（Part2）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建工廠知識圖譜，能夠兼容CFHIOS和GB 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，能夠?yàn)椴煌墓S建立共享或獨(dú)有的知識圖譜模型，并允許用戶自定義擴(kuò)展所采用的模型。

（3）信息校驗(yàn)。信息校驗(yàn)的依據(jù)是數(shù)字化交付平臺數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)管理模塊所定義的數(shù)據(jù)模型。數(shù)字化交付平臺解析結(jié)果驗(yàn)證分為入庫前驗(yàn)證和入庫后驗(yàn)證兩部分。入庫前解析結(jié)果驗(yàn)證包括對象類型、關(guān)聯(lián)、屬性類型及格式驗(yàn)證。入庫后解析結(jié)果驗(yàn)證主要是依據(jù)預(yù)定義的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行完整性、一致性及準(zhǔn)確性驗(yàn)證。

3.4 數(shù)據(jù)可視化

（1）三維模型。E5D 數(shù)字化交付平臺提供了B/S瀏覽模式的三維模型瀏覽能力，支持DGN、VUE、RVM 等源格式的三維模型進(jìn)行查看，并能夠流暢地對三維模型進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)及縮放等操作。數(shù)字化交付平臺支持對原始三維模型格式進(jìn)行高壓縮輕量化處理，在不丟失原始模型圖形、材質(zhì)及屬性的情況下，平臺對國內(nèi)外主流工程設(shè)計(jì)軟件交付的模型、數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系等具備解析能力，解析準(zhǔn)確度在99%以上。

三維可視化引擎支持模型對象化操作能力，支持對模型對象的選取、隱藏、透明及隔離操作。在資產(chǎn)目錄樹中點(diǎn)擊任何一個(gè)與模型相關(guān)聯(lián)的工廠對象，都能夠在三維模型中高亮顯示點(diǎn)擊的工廠對象，同時(shí)打開該工廠對象的相關(guān)信息。通過控制基準(zhǔn)橫切面位置的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)對三維模型的平面剖切功能，展示裝備設(shè)施的內(nèi)部構(gòu)造。數(shù)字化交付平臺三維可視化引擎支持通過模型及地面進(jìn)行透明度調(diào)整，調(diào)整地上裝置及建構(gòu)筑物的透明度，幫助用戶確認(rèn)地下管線及電纜的位置，以地面透明等方式漫游瀏覽地下部分，用以指導(dǎo)隱蔽工程施工等。

（2）圖紙文檔。使用數(shù)字化交付平臺的圖文檔可視化功能，用戶能夠在網(wǎng)頁瀏覽器（如IE、Firefox、Google Chrome 等）中直接瀏覽不同來源、不同格式的二維圖文檔（如DWG、Office、PDF 格式等），且不依賴源系統(tǒng)或其他軟件的可視化功能。用戶能夠在不影響原圖紙文件內(nèi)容的條件下，使用云線段、自由線段、規(guī)則圖形、文字等不同形式的標(biāo)注工具，對圖紙進(jìn)行標(biāo)注。

3.5 工廠分解結(jié)構(gòu)導(dǎo)航

平臺支持工程實(shí)體類型、文檔類型、材料分類、承包商等任意維度的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義?？蓪?shù)據(jù)資產(chǎn)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照某一個(gè)特定的維度分解出來?？蓪δＰ湍夸洏溥M(jìn)行重新整理，提供多種形式的資產(chǎn)樹結(jié)構(gòu)，如設(shè)計(jì)階段按功能結(jié)構(gòu)、采購階段按物料分類結(jié)構(gòu)、施工階段按裝配結(jié)構(gòu)、資產(chǎn)運(yùn)維按工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等。

3.6 數(shù)據(jù)管理

數(shù)字化交付平臺工程數(shù)據(jù)管理包括對原始數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)和及應(yīng)用數(shù)據(jù)的管理。原始數(shù)據(jù)指的是來自于設(shè)計(jì)、采購、施工及運(yùn)維階段，按照數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)獲取的未經(jīng)加工的數(shù)據(jù)。數(shù)字化交付平臺對原始數(shù)據(jù)的管理主要用于存檔和數(shù)據(jù)質(zhì)量溯源分析。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)指的是對原始數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、轉(zhuǎn)換及加工后形成的對象化關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。應(yīng)用數(shù)據(jù)指的是在業(yè)務(wù)管理和使用過程中產(chǎn)生的各種應(yīng)用級數(shù)據(jù)。數(shù)字化交付平臺數(shù)據(jù)管理模塊通過對這3類數(shù)據(jù)的管理，能夠滿足如下需求：①按照數(shù)據(jù)組方式進(jìn)行模型、文件及文檔的信息分類管理和自動(dòng)邏輯關(guān)聯(lián)；②對工廠對象的屬性、關(guān)聯(lián)文檔、三維模型、歷史數(shù)據(jù)版本、相關(guān)審批流程及操作日志進(jìn)行集中管理等。

3.7 接口和對外服務(wù)引擎

數(shù)字化交付平臺提供開放的標(biāo)準(zhǔn)接口服務(wù)，具備集成企業(yè)常用信息系統(tǒng)的能力，包括但不限于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、設(shè)備管理平臺、MES、視頻監(jiān)控等。數(shù)字化交付平臺采用微服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建了業(yè)務(wù)中臺及數(shù)據(jù)中臺，開發(fā)的接口服務(wù)可以注冊到企業(yè)服務(wù)總線，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理。第三方系統(tǒng)可以通過企業(yè)服務(wù)總線發(fā)現(xiàn)并調(diào)用相應(yīng)的接口服務(wù)，也可以直接調(diào)用平臺的微服務(wù)。平臺基于數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)集成架構(gòu)（圖2），通過數(shù)字化平臺Connector 模塊，從企業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中獲取各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，直觀展示生產(chǎn)、經(jīng)營、安全、設(shè)備等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及文件、圖像等內(nèi)容。平臺能夠?qū)ν馓峁┴S富的服務(wù)，可以提供從數(shù)據(jù)、服務(wù)、前端組件、頁面應(yīng)用各個(gè)層次的對外服務(wù)。

圖2 基于數(shù)據(jù)中臺的數(shù)據(jù)集成架構(gòu)

4 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，油田數(shù)字化建設(shè)成為提升企業(yè)發(fā)展質(zhì)量的重要手段。隨著數(shù)字化交付技術(shù)的逐步成熟，數(shù)據(jù)格式的開發(fā)性不斷增強(qiáng)，數(shù)字化平臺解析能力不斷提升，為數(shù)字化工廠的建設(shè)提供了有力支撐?；诙嘣磾?shù)據(jù)融合的數(shù)字化交付平臺應(yīng)用成果顯著，有效提升了油田建設(shè)的信息化水平。