王 寧，王毅堅(jiān)

(1．中海油能源發(fā)展股份有限公司 油田建設(shè)工程分公司 天津300452;2．吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 吉林 吉林132022)

海洋石油平臺工作環(huán)境惡劣，結(jié)構(gòu)承受腐蝕、疲勞、偶然事故等損傷，抗力逐年衰減．為確保平臺作業(yè)人員生命安全、正常生產(chǎn)乃至保護(hù)海洋環(huán)境，必須及時(shí)掌握平臺結(jié)構(gòu)狀況，發(fā)現(xiàn)安全隱患，科學(xué)決策，避免由此引起的災(zāi)難和損失［1］．

近年來，數(shù)字化技術(shù)不斷成熟，形成了以工程數(shù)據(jù)庫為核心的數(shù)據(jù)管理、評估、檢驗(yàn)、緩解風(fēng)險(xiǎn)策略、三維設(shè)計(jì)為一體的管理體系．通過引入數(shù)字化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)海洋石油平臺全生命周期的數(shù)據(jù)管理，推進(jìn)前期研究階段的持續(xù)改進(jìn)、實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)階段的數(shù)字化交付、優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)維階段的變更管理和檢驗(yàn)計(jì)劃制定，同時(shí)提供平臺棄置所需的完整性數(shù)據(jù)支持［2］．

現(xiàn)有成果的優(yōu)點(diǎn)在于:1)實(shí)現(xiàn)了電子文檔、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和三維模型的關(guān)聯(lián)，極大的提高了調(diào)用數(shù)據(jù)的效率;2)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字虛擬仿真推演，從而推動(dòng)方案設(shè)計(jì)的持續(xù)優(yōu)化;3)制定了數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，并通過版本跟蹤和歷史追溯確保數(shù)據(jù)來源唯一，減少重復(fù)錄入工作量;現(xiàn)有成果缺點(diǎn)在于:1)三維模型對帶寬的要求較高，占用海上平臺較多的帶寬資源，使訪問速度受限;2)平臺結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的范圍有待進(jìn)一步優(yōu)化，使其更適用于海上生產(chǎn)作業(yè)［3］．

通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，能夠推動(dòng)前期研究的優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)階段向生產(chǎn)運(yùn)維階段的數(shù)字化移交，輔助制定基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)計(jì)劃和優(yōu)化緩解風(fēng)險(xiǎn)的措施，確保平臺處于可靠和安全的服役狀態(tài)．

1 工程建設(shè)階段的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

1．1 總體目標(biāo)

工程建設(shè)階段數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的總體目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)對前期研究和生產(chǎn)運(yùn)維階段承上啟下的過渡作用，一方面促進(jìn)前期研究階段的持續(xù)改進(jìn)，另一方面實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)化移交．

(1)面向前期研究階段，通過數(shù)字化技術(shù)，針對設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)文件、設(shè)備廠家資料、運(yùn)輸和安裝等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，將工程建設(shè)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與前期研究階段數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析變更發(fā)生的原因及合理性，持續(xù)的推動(dòng)前期研究階段的設(shè)計(jì)工作進(jìn)行改進(jìn)．

(2)面向生產(chǎn)運(yùn)維階段，通過數(shù)字化技術(shù)，對工程建設(shè)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)整理和分類，將生產(chǎn)運(yùn)維所需的參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，打通數(shù)據(jù)通道，完成數(shù)字化移交，使作業(yè)者能夠方便快捷的查詢到生產(chǎn)作業(yè)所需的數(shù)據(jù)．

1．2 數(shù)據(jù)庫架構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫構(gòu)架設(shè)計(jì)分為采集層、處理層和應(yīng)用層．

(1)采集層．根據(jù)工程設(shè)施信息規(guī)范及編碼規(guī)則對海洋石油平臺建設(shè)期和運(yùn)營期的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并存儲至數(shù)據(jù)庫中．

(2)處理層．通過信息集成平臺對項(xiàng)目運(yùn)行期間的設(shè)計(jì)文件(包括版本跟蹤)、收發(fā)文情況、郵件及任務(wù)督辦進(jìn)行管理，同樣存儲至數(shù)據(jù)庫中，以便追溯．

(3)應(yīng)用層．通過數(shù)據(jù)應(yīng)用門戶進(jìn)行展示，用戶可以方便的查詢、使用數(shù)據(jù)庫中存儲的各類文件和信息，并配備專業(yè)的團(tuán)隊(duì)對用戶提出的問題進(jìn)行回復(fù)．

1．3 數(shù)字化移交功能

數(shù)字化移交功能旨在提交完整、準(zhǔn)確、一致的數(shù)據(jù)信息，移交內(nèi)容涵蓋工程設(shè)計(jì)、建造、海上安裝和基線檢測，為生產(chǎn)運(yùn)維工作的開展提供數(shù)據(jù)支撐．

數(shù)字化移交的主要工作包括:(1)準(zhǔn)備階段制定數(shù)據(jù)采集模板、編碼規(guī)范和移交清單，完成數(shù)據(jù)庫初始化，并編寫對承包商、服務(wù)商的規(guī)范要求;(2)實(shí)施階段平臺結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、錄入、質(zhì)量控制和裝載導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫;(3)完工階段進(jìn)行平臺基線檢測、完成數(shù)據(jù)交付審查和最終成果移交．

工程數(shù)據(jù)數(shù)字化移交完善和規(guī)范了資料的移交范圍，提高了數(shù)據(jù)的質(zhì)量，提供了項(xiàng)目運(yùn)行期間的存儲平臺，為建設(shè)期向運(yùn)營期的過渡打下了良好的基礎(chǔ)．此外，數(shù)字化系統(tǒng)通過啟動(dòng)版本跟蹤、線上審核能夠?qū)崿F(xiàn)無紙化辦公和提升工作效率．

2 生產(chǎn)運(yùn)維階段的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

2．1 總體目標(biāo)

生產(chǎn)運(yùn)維階段數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的總體目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)對平臺結(jié)構(gòu)完整性數(shù)據(jù)的管理，確保數(shù)據(jù)和三維模型的更新，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)和連續(xù)的評估、預(yù)警，確保其處于安全的服役狀態(tài)．

2．2 完整性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化

完整性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化是指通過數(shù)字化技術(shù)搭建完整性數(shù)據(jù)管理模塊，記錄、更新和分析平臺結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括平臺信息、平臺分級、構(gòu)件特征、防腐系統(tǒng)、環(huán)境條件和平臺載荷等，真實(shí)反映平臺結(jié)構(gòu)的服役狀態(tài)，圖1為海洋平臺結(jié)構(gòu)特征參數(shù)［4］．

該模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對影響平臺結(jié)構(gòu)狀態(tài)的完整性數(shù)據(jù)進(jìn)行定義和動(dòng)態(tài)記錄，生成隨時(shí)間變化的狀態(tài)曲線或報(bào)表，取代人工查找檔案，分析結(jié)構(gòu)報(bào)告的工作，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率．

借助完整性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，運(yùn)營商或管理層能夠?qū)崟r(shí)把握平臺結(jié)構(gòu)的當(dāng)前性能，進(jìn)行性能趨勢分析與預(yù)測，從而能夠制定合理的策略和規(guī)劃，為海洋平臺結(jié)構(gòu)的安全服役提供保障．

圖1 海洋平臺結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

2．3 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、快捷搜索和定位

通過數(shù)字化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔、結(jié)構(gòu)三維模型，結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和預(yù)警信息之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和相互定位［5］．

(1)輸入結(jié)構(gòu)構(gòu)件名稱或者通過搜索條件找到關(guān)注的結(jié)構(gòu)構(gòu)件并點(diǎn)擊，則快速定位至三維模型，同時(shí)在搜索欄顯示出該構(gòu)件相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔．

(2)在三維模型中點(diǎn)擊關(guān)注結(jié)構(gòu)構(gòu)件，則在搜索結(jié)果中顯現(xiàn)該構(gòu)件的特征參數(shù)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔和預(yù)警信息．

(3)輸入預(yù)警條件，如圖2數(shù)字化信息統(tǒng)搜索功能所示，點(diǎn)擊搜索顯示全部符合該條件的構(gòu)件，并在三維模型中突出顯示，同時(shí)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文檔和構(gòu)件特征參數(shù)．

圖2 數(shù)字化信息統(tǒng)搜索功能

2．4 數(shù)據(jù)自動(dòng)更新

通過數(shù)字化技術(shù)，結(jié)合平臺投產(chǎn)后的變更管理機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)平臺結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)傳遞和更新．將歷次變更中涉及到結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)變化的部分進(jìn)行更新，從而保證三維模型、結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和預(yù)警信息能夠真實(shí)反映平臺的現(xiàn)狀．并且，數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對平臺結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)的管理，包括犧牲陽極、ACFM檢測、磁粉檢測、基礎(chǔ)沖刷檢測、厚度檢測和目視．通過不斷積累檢測數(shù)據(jù)信息，不但能夠生成構(gòu)件特征參數(shù)歷史曲線，并且有利于積累經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化檢測范圍及頻率．

2．5 結(jié)構(gòu)構(gòu)件自動(dòng)預(yù)警

當(dāng)平臺發(fā)生改造、損傷、載荷變化、抗風(fēng)暴分析、延壽及應(yīng)急響應(yīng)時(shí)，通過數(shù)字化自動(dòng)預(yù)警技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對其結(jié)構(gòu)快速、連續(xù)及動(dòng)態(tài)評估，并為結(jié)構(gòu)損傷評估、適用性評估、檢驗(yàn)計(jì)劃、維護(hù)和修理等提供技術(shù)支持．

預(yù)警條件包括構(gòu)件名義應(yīng)力比、節(jié)點(diǎn)沖剪、ACFM檢測發(fā)現(xiàn)裂紋、陽極腐蝕速率、基礎(chǔ)沖刷和構(gòu)件測厚，圖3為自動(dòng)預(yù)警功能模塊．

圖3 自動(dòng)預(yù)警功能

3三維設(shè)計(jì)和可視化功能應(yīng)用

數(shù)字化技術(shù)的三維可視化功能以數(shù)據(jù)庫為核心，依托工程設(shè)計(jì)三維模型完成，具有精準(zhǔn)、直觀、高效的特點(diǎn)，在若干平臺的試點(diǎn)應(yīng)用中取得了良好的效果．

利用三維設(shè)計(jì)和可視化功能，為平臺結(jié)構(gòu)提供一個(gè)可供全生命周期內(nèi)使用的數(shù)字化平臺，包括工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)、合同采辦數(shù)據(jù)和檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)等，為后期維修改造提供方便，并為相關(guān)服務(wù)產(chǎn)業(yè)的延伸創(chuàng)造可能性［6］．

3．1 碰撞檢查

三維模型完成總裝之后，可對平臺結(jié)構(gòu)與其他各專業(yè)之間是否發(fā)生碰撞進(jìn)行檢查．主要包括:

(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件與機(jī)械設(shè)備、管線、電纜、梯道和門窗等的碰撞;

(2)機(jī)械設(shè)備撬座、管匯及電纜等之間的碰撞;

(3)平臺上的模塊鉆機(jī)在不同井位移動(dòng)時(shí)與平臺其他設(shè)施(如生活樓、吊機(jī)等)的碰撞;

(4)鉆井設(shè)備在平臺上擺放位置是否合理;

3．2 三維檢測信息管理

將平臺結(jié)構(gòu)的年檢和特檢報(bào)告進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，錄入數(shù)據(jù)庫中，在三維模型中設(shè)置焊縫、管節(jié)點(diǎn)、桿件、犧牲陽極、海生物等關(guān)鍵位置的熱點(diǎn)，對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和更新，可以實(shí)現(xiàn):

(1)檢測報(bào)告與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的相互關(guān)聯(lián);

(2)歷史數(shù)據(jù)查詢、避免重復(fù)檢驗(yàn)和漏檢;

(3)設(shè)定預(yù)警值，如桿件壁厚減薄、海生物厚度、基礎(chǔ)沖刷等，通過在模型中以突出顏色的顯示實(shí)現(xiàn)預(yù)警功能;

3．3 工作效率提升

(1)三維模型直觀性強(qiáng)，可有效的指導(dǎo)平臺陸地建造和海上安裝，避免由于對設(shè)計(jì)圖紙或安裝方位等的誤解;

(2)三維模型對管線連接和工藝流程進(jìn)行模擬，減少與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的碰撞、開孔，節(jié)約調(diào)試時(shí)間和海上工作量;

(3)通過三維模型對施工進(jìn)行控制，合理配置各個(gè)專業(yè)的工作順序，避免沖突和返工;

(4)對維修改造方案進(jìn)行陸地模擬，減少出海調(diào)研工作量．

4 試點(diǎn)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)

案例一:在LD10-1油田綜合調(diào)整開發(fā)方案設(shè)計(jì)中，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)對外掛平臺 +旅大4-2WHPB平臺新增污水處理設(shè)施方案、外掛平臺+注水海管方案和獨(dú)立平臺+海管海纜+生活樓方案進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對比未應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的同類項(xiàng)目，效果如下:

(1)減少檔案館資料收集、整理和復(fù)印100人工天和出海調(diào)研的20人工天;

(2)利用數(shù)字化技術(shù)將歷次改造圖紙合并，可節(jié)約繪圖150人工天;

(3)利用數(shù)字化的工程設(shè)計(jì)模型，可節(jié)約有限元分析150人工天;

(4)利用三維模型輔助設(shè)計(jì)，可研方案設(shè)計(jì)階段排查碰撞16處，減少管線穿梁27處．

案例二:綏中36-1油田各平臺生活樓定員未考慮鉆完井人員、維修工作人員、修井工作人員的居住需求，造成了平臺服役期間居住空間嚴(yán)重不足的問題，為了合法合規(guī)的解決海上施工居住問題，采取對油田13個(gè)平臺生活設(shè)施進(jìn)行改造．在本項(xiàng)目應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的效果如下:

(1)利用數(shù)據(jù)庫中的電子文檔，減少檔案館資料收集、整理和復(fù)印66人工天;

(2)利用三維可視化模型，落實(shí)移動(dòng)式生活設(shè)施擺放及接口位置，節(jié)約出海調(diào)研130人工天;

(3)利用數(shù)字化的工程設(shè)計(jì)模型，可節(jié)約有限元分析200人工天．

5 結(jié) 論

通過本文對數(shù)字化技術(shù)在海洋石油平臺結(jié)構(gòu)完整性管理中的應(yīng)用分析，并在試點(diǎn)應(yīng)用效果統(tǒng)計(jì)上，可得到以下幾點(diǎn):

(1)在海洋石油平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中使用數(shù)字化技術(shù)，有利于結(jié)構(gòu)化參數(shù)和非結(jié)構(gòu)化文檔的存儲和管理，并使其具備可追溯性．通過向海上油氣田設(shè)施的推廣使用工程數(shù)字化信息系統(tǒng)，能夠更好的促進(jìn)油田開發(fā)的智能化和信息化;

(2)數(shù)字化技術(shù)三維設(shè)計(jì)功能，能夠使設(shè)計(jì)更加精細(xì)化．通過三維模型校驗(yàn)碰撞和干涉，從而避免建造階段的變更，從而縮短建造周期和海上安裝的難度;

(3)根據(jù)調(diào)研和反饋意見，通過在試點(diǎn)開展的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，有效的減少了出海調(diào)研時(shí)間，增強(qiáng)了維修改造方案，縮短了項(xiàng)目工期．可見，使用數(shù)字化信息系統(tǒng)的成效十分明顯;

(4)數(shù)字化信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對平臺結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、檢測數(shù)據(jù)、運(yùn)行期間歷史數(shù)據(jù)的管理，不斷積累設(shè)計(jì)、施工、安裝、維護(hù)的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累，建立起完整的平臺結(jié)構(gòu)信息數(shù)據(jù)庫，奠定平臺結(jié)構(gòu)完整性管理的基礎(chǔ);

(5)將數(shù)字化技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、MAXIMO系統(tǒng)、三維模型設(shè)計(jì)功能及互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)相結(jié)合，搭建出一套適用于海洋石油平臺結(jié)構(gòu)的完整性管理數(shù)字化信息平臺，實(shí)現(xiàn)對其全生命周期的管理，必將是未來發(fā)展的方向．

［1］ 中國船級社．《海上固定平臺入級與建造規(guī)范》［M］．北京:人民交通出版社，1992．

［2］ 劉尊良，王宏．基于設(shè)計(jì)文件的油氣田地面工程數(shù)字化［J］．石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2008，19(4):5-18．

［3］ 姚競爭，韓端鋒，肖貴英．集成制造系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)交互技術(shù)研究［J］．船舶工程，2011，33(4):60-65．

［4］ 趙東巖，余建星．海底管道完整性管理研究［J］．海洋技術(shù)，2008，27(4):71-74．

［5］ 張錫洲，吳彥君，趙毅．?dāng)?shù)字化施工管理系統(tǒng)的研究及應(yīng)用［J］．石油化工自動(dòng)化，2010，3:25-28．

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