陳紹凱， 朱海山， 李清平， 程 兵， 張子波， 靜玉曉， 謝金秋

(中海油研究總院, 北京 100028)

海上平臺總圖設計智能軟件開發(fā)與應用

陳紹凱， 朱海山， 李清平， 程 兵， 張子波， 靜玉曉， 謝金秋

(中海油研究總院, 北京 100028)

該文在綜合研究、比較分析現(xiàn)行的海上平臺總圖設計規(guī)程、繪圖內(nèi)容和成果文件的基礎上，對總圖專業(yè)繪圖所需的基礎數(shù)據(jù)按照用途和功能進行了分類，并以功能類別、相應的設計標準為依據(jù)，運用C語言自主開發(fā)了海上平臺總圖設計智能繪圖及校驗軟件。該軟件的研制實現(xiàn)了總圖專業(yè)部分工作由人工轉(zhuǎn)為智能，大大提高了工作效率和設計質(zhì)量，研究成果已成功應用于多個前期研究項目的總圖設計，取得了良好的效果。

海上平臺；總圖設計；技術創(chuàng)新；智能繪圖；開發(fā)與應用

0 引言

海洋油氣田開發(fā)工程前期研究階段的特點是：油田儲量及開發(fā)規(guī)模的不確定性導致開發(fā)工程方案變數(shù)多；需要開展對比研究的開發(fā)工程方案多；不同方案可能涉及的海上平臺、上部設施和水下設施的類型多、規(guī)格多、數(shù)量多。在海上油氣田開發(fā)工程項目前期研究階段，總圖專業(yè)需根據(jù)各個方案的設備表繪圖并標注設備信息，隨著設計深度的逐漸深入，文件版次不斷升級，總圖專業(yè)還要根據(jù)設備表的變化對圖紙進行校對修改[1]。

目前，這部分基礎繪圖工作主要依靠專業(yè)人員手工完成，因此校對工作繁瑣、工作量大，且易出現(xiàn)錯漏和重復，導致圖面設計和工作效率很難滿足項目質(zhì)量和進度要求，迫切需要能夠?qū)崿F(xiàn)總圖智能設計和繪制的軟件。

該文結合生產(chǎn)需求，自主開發(fā)出一款適用于海上油氣田開發(fā)工程方案研究的總圖設計智能繪圖及校驗軟件，并從需求分析、軟件開發(fā)和應用案例三方面對該軟件進行論述。

1 海上平臺總圖設計智能軟件的需求分析

軟件開發(fā)是一項包括計劃、分析、設計、編碼實現(xiàn)、測試和維護在內(nèi)的系統(tǒng)工程[2]，其需求分析的任務是在充分了解現(xiàn)狀的基礎上，明確具體的目標對象和相應的用戶需求，并以此為基礎，設置各個目標對象的功能和性能，完成對應軟件模塊的編制，確定軟件設計的限制和軟件同其他系統(tǒng)的接口細節(jié)，定義軟件的其他有效性要求[3]。

經(jīng)分析，海上平臺總圖設計智能軟件的需求可分為基本需求、操作界面需求和成果文件需求三類。

1.1 基本需求

目前海上平臺總圖設計是根據(jù)機械、電氣、儀控等專業(yè)提供的設備表開展工作，設備表通常以EXCEL表格的格式給出，包括的基本信息有設備編號、名稱、數(shù)量、操作條件、外形尺寸、重量等，海上平臺設備表數(shù)據(jù)信息如圖1所示。

圖1 海上平臺設備表數(shù)據(jù)信息圖

根據(jù)功能先將設備分為泵、壓縮機、壓力容器、常壓容器、換熱設備、反應塔、發(fā)電機和其它共八類，再按照設備的規(guī)格或用途進行詳細區(qū)分，如泵分為離心泵、往復泵、螺桿泵等。在此基礎上，根據(jù)總圖繪制的需求，將該智能軟件基礎數(shù)據(jù)共分為六大類、二十一中類、六十八小類。這種分類方式清晰明了，數(shù)據(jù)導入方便，有利于快捷智能繪圖。經(jīng)過多次討論，并結合以往經(jīng)驗，確定了各類數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容、所在行列，形成了標準數(shù)據(jù)表。

1.2 操作界面需求

為適應總圖設計和校對的操作習慣，該軟件需采用簡化顯示的交互式操作界面。由于總圖設計的設備繪制方法較為統(tǒng)一，設備示意圖形多為矩形、圓形或橢圓形，設備信息等文字內(nèi)容都集中在圖形中心，為使總圖專業(yè)設計成果文件更加規(guī)范美觀，結合文件出版方式，確定文字形式采用多行文字，圖面線型、線寬、字體、字高、格式等信息設置完全統(tǒng)一。

1.3 成果功能需求

該軟件需具備讀取EXCEL數(shù)據(jù)并實現(xiàn)數(shù)據(jù)導入的功能，能提取設備表數(shù)據(jù)信息自動進行繪圖并標注，并顯示執(zhí)行記錄情況。用戶可根據(jù)操作習慣自定義字體、字高、格式、行間距、文字顏色等參數(shù)，能自行刪除或增加需繪制的設備。當文件版次升級，設備表數(shù)據(jù)信息發(fā)生變化后，軟件能校驗不同版次信息并差異顯示，最終實現(xiàn)繪圖校驗的智能化和文件成果的標準化。

2 海上平臺總圖設計智能軟件的開發(fā)

海上平臺總圖設計智能軟件開發(fā)的基本流程為：(1) 開發(fā)模型選擇；(2) 編程語言優(yōu)選；(3) 程序模塊編制；(4) 調(diào)試及應用。

2.1 軟件開發(fā)模型選擇

該軟件研制可采用的開發(fā)模型有五種：邊做邊改模型、瀑布模型、增量模型、快速原型模型、螺旋模型，其定義及優(yōu)缺點見表1。

表1 軟件開發(fā)模型的定義及優(yōu)缺點

根據(jù)表1對開發(fā)模型從規(guī)劃性、整體性、難易度、開發(fā)效率、開發(fā)風險、用戶需求、可維護性等七個方面進行綜合評估，最終確定采用瀑布模型作為該軟件的開發(fā)模型。

2.2 軟件編程語言優(yōu)選

提出Auto LISP、VBA、AutoCAD.NET三種開發(fā)方式，用于該軟件的研制，其優(yōu)缺點對比見表2。

表2 軟件編程語言的優(yōu)缺點

圖2 海上平臺總圖設計智能軟件系統(tǒng)流程圖

從簡潔性、交互性、難易度、兼容性、開發(fā)效率、穩(wěn)定性、安全性等方面進行評估，確定使用C語言進行軟件開發(fā)，其優(yōu)點是完全面向?qū)ο?，在擁有與C語言相匹配的強大功能的同時，具有方便易用的特點，是較理想的AutoCAD二次開發(fā)工具。

2.3 程序模塊編制

圖2為軟件系統(tǒng)流程圖，程序可分為以下幾部分：

(1) 設備數(shù)據(jù)導入及讀取

使用ADO.NET連接設備表相關數(shù)據(jù)源，完成數(shù)據(jù)的讀取。在校驗數(shù)據(jù)類型和判斷數(shù)據(jù)有效性后，對數(shù)據(jù)進行分析篩選，將獲得的設備表數(shù)據(jù)批量導入到DWG數(shù)據(jù)庫中，并顯示在軟件設備數(shù)據(jù)表格中。

(2) 設備繪制

對需要繪制的設備進行類型識別、數(shù)量統(tǒng)計和尺寸判斷，采用.NET API對DWG數(shù)據(jù)庫進行直接讀寫操作，自動完成設備的繪制。此部分還可設定繪圖參數(shù)，包括設備圖形顏色、字體大小、字體顏色和設備擺放間距。

(3) 設備信息標注

利用模糊聚類分析方法，將智能繪制完成的設備圖形與其參數(shù)進行聚類分析，確定設備參數(shù)的歸屬，在圖形上標注出設備編號、名稱和尺寸信息。

(4) 設備智能校驗

對導入的數(shù)據(jù)與圖中已存在的設備參數(shù)進行智能校驗，通過顏色設定給出圖形數(shù)據(jù)與設備表數(shù)據(jù)的差異并對比顯示。

(5) 提示錯誤信息

后臺記錄軟件各步驟的操作，輸出執(zhí)行記錄，對用戶進行錯誤提示。

3 海上平臺總圖設計智能軟件的應用

經(jīng)多次調(diào)試，軟件已應用于多個實際生產(chǎn)項目中，以某氣田項目為例說明其應用情況。該氣田項目包括四個井口平臺和兩個綜合處理平臺，共有各類設備1 021套，部分設備信息見表3，圖3是使用該軟件成功繪制的部分設備圖及參數(shù)。

表3 平臺部分設備參數(shù)

總圖設計應用該智能軟件后，取得了良好的效果：

(1) 實現(xiàn)自動繪圖，使總圖設計從單一人工操作變成智能化，繪圖成功率達100%。

(2) 完成全部繪圖工作只需15 min，若通過人工手動繪圖估計需耗費12 h，工作效率得以大幅提升，人力成本降低。

(3) 實現(xiàn)設備信息校對無紙化辦公，校驗差錯率降低到人工難以達到的零差錯。

(4) 設定了統(tǒng)一的字體、字高、樣式、行間距、線型線寬、顏色，實現(xiàn)總圖設計成果文件的標準化和規(guī)范化。

(5) 設計成果可直接用于總圖布置和重量控制計算。

此外，該軟件不僅能用于固定平臺的總圖設計，也能用于浮式平臺的總圖設計，對于淺水開發(fā)項目和深水開發(fā)項目均能適用，具有良好的擴展性與通用性。

圖3 軟件繪制的部分設備及參數(shù)顯示圖

4 結語

海上平臺總圖設計智能軟件的成功開發(fā)與應用，改變了依靠設計人員手動繪圖、校對效率低、人為因素大的現(xiàn)狀，實現(xiàn)總圖專業(yè)部分工作由人工轉(zhuǎn)為智能，使設計人員能將更多的時間放在設備設施的優(yōu)化布置上，提高了工作效率和設計質(zhì)量，加快了工作進度，促進了總圖設計成果的標準化。

[1] 《海洋石油工程設計指南》編委會. 海洋石油工程設計概論與工藝設計[M]. 北京:石油工業(yè)出版社，2007.

[2] (英)Ian Sommerville著，程成等譯. 軟件工程[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社， 2011.

[3] 孟亞輝. 淺談軟件項目開發(fā)過程中的需求分析[J]. 科技信息，2009，26(11): 43-44.

Technology Innovation of the General Layout Design of Offshore Platform and the Intelligent Software Development and Application

CHEN Shao-kai, ZHU Hai-shan, LI Qing-ping, CHENG Bing,ZHANG Zi-bo, JING Yu-xiao, XIE Jin-qiu

(CNOOC Research Institute, Beijing 100028, China)

Based on studying, comparing and analyzing the current design codes, the drawing contents and the result files of the general layout design of the offshore platform, the basic drawing data were categorized according to the purpose and function, and an intelligent drawing and checking software of the new design technology was autonomously developed by using C language. With the successful development of the software, the general layout design has realized the intelligent along with the improvement of design efficiency and quality. The software has been successfully applied in the general layout design for several previous study projects with achieving good effects, and the standardization of design results has been further promoted along with carrying out the technology innovation.

offshore platform; general layout design; technology innovation; intelligent drawing; development and application

2015-03-22

國家科技重大專項“深水流動安全保障與水合物風險控制技術”(2011ZX05026-004)。

陳紹凱(1983-)，男，碩士研究生。

1001-4500(2015)05-0068-06

P75

A