黃太安，王 佳，張小鋼，邢蘭昌，賈明鑫，蔣小華，李玉明

[海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520]

海洋石油平臺(tái)電纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

黃太安，王 佳，張小鋼，邢蘭昌，賈明鑫，蔣小華，李玉明

[海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520]

海洋石油平臺(tái)建造過(guò)程中，電纜敷設(shè)路徑的精確定位和電纜材料的精確控制一直是一個(gè)難點(diǎn)。結(jié)合三維模型精確計(jì)算出電纜敷設(shè)路徑及長(zhǎng)度，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電纜預(yù)裁，無(wú)疑是解決該難點(diǎn)的有效方法。電纜敷設(shè)優(yōu)化軟件利用電纜路徑的節(jié)點(diǎn)原理，基于PDMS平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)高效算法在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行電纜排布，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出電纜長(zhǎng)度，有效提高電纜路徑敷設(shè)效率，節(jié)省電纜材料成本。

海洋石油平臺(tái)；電纜敷設(shè)；PDMS；材料控制

0 引 言

隨著海洋石油平臺(tái)日趨大型化、復(fù)雜化和智能化，平臺(tái)上的電力電纜、儀表控制電纜、通信電纜等的種類(lèi)規(guī)格日趨繁多，數(shù)量也日趨龐大。而由于海洋石油平臺(tái)的空間局限性，設(shè)備、管道、通風(fēng)、電氣、儀表等專(zhuān)業(yè)必須共同使用有限的空間，導(dǎo)致電纜托架的空間布置錯(cuò)綜復(fù)雜，給電纜敷設(shè)工作帶來(lái)了極大的困難。電纜作為平臺(tái)的“動(dòng)脈和神經(jīng)”，其施工是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求，直接關(guān)系到平臺(tái)生產(chǎn)、運(yùn)行、人員及設(shè)備的安全。電纜敷設(shè)既要滿(mǎn)足一定的施工規(guī)范，又必須考慮電纜材料的用量，以達(dá)到項(xiàng)目的成本目標(biāo)。面對(duì)成千上萬(wàn)根電纜，如何進(jìn)行路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)[1-2]，毫無(wú)疑問(wèn)是電纜敷設(shè)工作的關(guān)鍵點(diǎn)。針對(duì)這一問(wèn)題，本文基于PDMS(Plant Design Management System)平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，通過(guò)高效算法在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行電纜排布，利用開(kāi)發(fā)的電纜敷設(shè)優(yōu)化軟件，實(shí)現(xiàn)海洋石油工程領(lǐng)域電纜的精確設(shè)計(jì)和施工。

1 軟件設(shè)計(jì)原理

本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是利用節(jié)點(diǎn)原理，結(jié)合PDMS二次開(kāi)發(fā)，制定高效準(zhǔn)確的電纜敷設(shè)路徑，其算法考慮節(jié)點(diǎn)處的電纜排布，較為準(zhǔn)確地計(jì)算出電纜使用長(zhǎng)度，有效提高電纜路徑敷設(shè)效率，節(jié)省電纜的材料成本。

1.1 優(yōu)化算法設(shè)計(jì)

算法不僅要實(shí)現(xiàn)尋找電纜敷設(shè)路徑的最短路徑，還要實(shí)現(xiàn)重要節(jié)點(diǎn)處的電纜排布優(yōu)化，較為準(zhǔn)確地計(jì)算出電纜的理論長(zhǎng)度和電纜截面圓心的絕對(duì)坐標(biāo)，提高電纜路徑定位的準(zhǔn)確度。在進(jìn)行路徑和截面優(yōu)化的同時(shí)，還要兼顧填充率、彎曲半徑等工藝要求。

1.1.1最短路徑的實(shí)現(xiàn)

用于解決最短路徑問(wèn)題的算法被稱(chēng)作“最短路徑算法”，簡(jiǎn)稱(chēng)“路徑算法”。最常用的路徑算法有Dijkstra算法、Bellman-Ford算法、SPFA算法以及DAG 圖算法[3]。

Dijkstra算法解決了有向圖上帶權(quán)的單源最短路徑問(wèn)題，時(shí)效性好，使用了貪心策略；Bellman-Ford 算法能在一般的情況下(存在負(fù)權(quán)邊的情況下)，解決單源最短路徑問(wèn)題；SPFA 算法是Bellman-Ford 的隊(duì)列優(yōu)化，時(shí)效性相對(duì)好，但SPFA 的算法時(shí)間效率是不穩(wěn)定的，即它對(duì)于不同的圖所需要的時(shí)間有很大的差別；DAG 圖算法是有向無(wú)回路圖計(jì)算單源最短路徑的算法。

經(jīng)過(guò)比較這四種算法，聯(lián)系海洋石油平臺(tái)電纜敷設(shè)的實(shí)際，本系統(tǒng)采用效率穩(wěn)定和復(fù)雜度適中的Dijkstra算法進(jìn)行路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)。

Dijkstra算法是典型最短路徑算法，在大量的最短路徑算法中，Dijkstra算法是一種最經(jīng)典的方法，很多算法都是在該算法的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)發(fā)展而來(lái)。

Dijkstra算法主要思想為：通過(guò)遍歷整個(gè)圖找到每個(gè)點(diǎn)的最短路徑，從而確定目標(biāo)點(diǎn)的最短路徑。Dijkstra 算法設(shè)置了一頂點(diǎn)集合S，從源點(diǎn)s到集合中的頂點(diǎn)的最終最短路徑的權(quán)值均已確定。算法反復(fù)選擇具有最短路徑估計(jì)的頂點(diǎn)u，u∈V-S，并將u加入S中，對(duì)u的所有出邊進(jìn)行松馳。

隨著網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)的增大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加，直接使用Dijkstra算法會(huì)占用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，降低處理效率，而且遍歷的節(jié)點(diǎn)過(guò)多會(huì)使算法速度下降。為了處理大數(shù)據(jù)量的最短路徑問(wèn)題，我們通過(guò)避免使用關(guān)聯(lián)矩陣，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒅械幕《蔚倪B接關(guān)系，對(duì)Dijkstra算法進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后該算法可以節(jié)約大量的內(nèi)存，對(duì)于結(jié)點(diǎn)數(shù)比較大的網(wǎng)絡(luò)，或帶有大量拐向限制設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)，具有較好的適用性[4]。

最短路徑將以路徑所經(jīng)過(guò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的編號(hào)的形式給出(編號(hào)之間用@分隔)，同時(shí)計(jì)算出路徑的總長(zhǎng)度。將優(yōu)化完成的路徑存儲(chǔ)待下面使用和進(jìn)一步優(yōu)化。

1.1.2處理存在必經(jīng)點(diǎn)和回避點(diǎn)的路徑

首先我們要判斷是否存在必經(jīng)點(diǎn)和回避點(diǎn)。若不存在必經(jīng)點(diǎn)和回避點(diǎn)，仍使用第一次優(yōu)化后的最短路徑，同時(shí)為防止算法出錯(cuò)，賦值存放必經(jīng)點(diǎn)和回避點(diǎn)的存儲(chǔ)空間為“無(wú)”。若經(jīng)判斷存在必經(jīng)點(diǎn)和回避點(diǎn)，則做進(jìn)一步處理。

存在必經(jīng)點(diǎn)時(shí)，把必經(jīng)點(diǎn)當(dāng)作中間點(diǎn)，進(jìn)行兩次路徑優(yōu)化，然后把得到的兩段路徑相加便得到經(jīng)過(guò)必經(jīng)點(diǎn)的最短路徑。

例如：求點(diǎn)A到點(diǎn)B的最短路徑，必經(jīng)點(diǎn)為H。先求出點(diǎn)A到點(diǎn)H的最短路徑：A→C→D→H；再求點(diǎn)H到點(diǎn)B的最短路徑：H→L→M→O→B；把兩段最短路徑相加：A→C→D→H→L→M→O→B，便得到點(diǎn)A到點(diǎn)B且經(jīng)過(guò)點(diǎn)H的最短距離。存在多個(gè)必經(jīng)點(diǎn)采用相同的處理方法。若經(jīng)過(guò)必經(jīng)點(diǎn)路徑無(wú)法敷設(shè)，則報(bào)警輸出相應(yīng)的警告信息。

存在回避點(diǎn)時(shí)，處理該路徑前把回避點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息和連接關(guān)系暫時(shí)刪掉，求出的最短路徑就不包含回避點(diǎn)。刪掉回避點(diǎn)電纜無(wú)法敷設(shè)時(shí)，報(bào)警輸出相應(yīng)的警告信息。

用經(jīng)過(guò)必經(jīng)點(diǎn)和回避點(diǎn)優(yōu)化后的最短路徑代替之前的最短路徑，若有警告信息輸出，則沿用之前的最短路徑。

1.2 電纜排布優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)有多根電纜通過(guò)同一節(jié)點(diǎn)、電纜敷設(shè)路徑出現(xiàn)拐彎時(shí)，為防止電纜出現(xiàn)排布不合理、交叉、纏繞等情況，必須進(jìn)行電纜排布的優(yōu)化。

1.2.1排布的規(guī)則

(1) 先排粗電纜，后排細(xì)電纜。

(2) 先排總體路徑長(zhǎng)的，后排路徑短的。若與(1)沖突，則優(yōu)先考慮(1)。

(3) 先把底面布滿(mǎn)，然后再排到第二層第三層。

(4) 保證電纜的彎曲半徑不低于電纜直徑的10倍，如果電纜托架的彎曲半徑不夠，則把這個(gè)電纜放在最外側(cè)。

1.2.2截面排布優(yōu)化

不同電纜在同一節(jié)點(diǎn)截面排布的優(yōu)化是通過(guò)對(duì)電纜截面圓心絕對(duì)坐標(biāo)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)電纜的半徑和排放規(guī)則，可以計(jì)算出各個(gè)圓心的絕對(duì)坐標(biāo)，從而得出電纜在該節(jié)點(diǎn)的位置。

電纜走向不同，圓心絕對(duì)坐標(biāo)的計(jì)算也不同，在計(jì)算之前需要判斷電纜的走向。根據(jù)電纜托架節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)即可判斷電纜的走向。

不同走向的兩段電纜托架的俯視圖如圖1所示。A、B、C、D分別為電纜托架底面中心線(xiàn)的起始點(diǎn)，其絕對(duì)坐標(biāo)分別為：A(x1,y1,z1)，B(x2,y2,z2)，C(x3,y3,z3)，D(x4,y4,z4)?？臻g直角坐標(biāo)系符合右手螺旋法則。當(dāng)x1=x2，y1≠y2時(shí)，托架方向?yàn)閥軸正方向，即水平方向。當(dāng)x3≠x4，y3=y4時(shí)，托架方向?yàn)閤軸正方向，即豎直方向。

1.2.3托架拐彎處的處理

電纜托架俯視圖如圖2所示，托架拐彎處節(jié)點(diǎn)(A點(diǎn)、C點(diǎn)、E點(diǎn)、G點(diǎn))是由連接拐彎處直托架的底面中心線(xiàn)的交點(diǎn)定義的。例如：拐彎處的節(jié)點(diǎn)A，是托架HA和托架AB底面中心線(xiàn)的交點(diǎn)。

圖2所示托架的拐彎處共有四種情況。設(shè)拐彎處節(jié)點(diǎn)(如A點(diǎn))坐標(biāo)為(x,y,z)，前一個(gè)節(jié)點(diǎn)(如H點(diǎn))坐標(biāo)為(x0,y0,z0)，后一個(gè)節(jié)點(diǎn)(如B點(diǎn))坐標(biāo)為 (x1,y1,z1)。

當(dāng)x=x0，y>y0，xy1(逆時(shí)針?lè)笤O(shè))時(shí)，該拐彎為A點(diǎn)處的拐彎。

圖2 托架拐彎處節(jié)點(diǎn)Fig.2 Cable tray corner node

當(dāng)x>x0，y=y0，x=x1,y>y1(順時(shí)針?lè)笤O(shè))，x=x0，y>y0，x>x1,y=y1(逆時(shí)針?lè)笤O(shè))時(shí)，該拐彎為C點(diǎn)處的拐彎。

當(dāng)x=x0，yx1,y=y1(順時(shí)針?lè)笤O(shè))，x>x0，y=y0，x=x1,y

當(dāng)x

針對(duì)上述四種不同的拐彎情況，在圓心絕對(duì)坐標(biāo)的計(jì)算過(guò)程中做相應(yīng)的處理。

1.2.4填充率優(yōu)化

在電纜排布的過(guò)程中，填充率也是十分重要的因素。在一般情況下，電力電纜的梯架和托盤(pán)內(nèi)的填充率可取40%～50%，控制電纜可取50%～70%，且宜預(yù)留10%～25%工程發(fā)展余量。在電纜托架的寬度和高度已經(jīng)確定的情況下，可以通過(guò)控制電纜的數(shù)量使填充率在規(guī)定的范圍內(nèi)。

2 軟件功能實(shí)現(xiàn)

電纜路徑敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序流程如圖3所示。

2.1 獲取已有電纜路徑

采用一種新的電纜布線(xiàn)解決方案，在獲取現(xiàn)有電纜托架路徑的基礎(chǔ)上用實(shí)體模型電纜進(jìn)行布線(xiàn)設(shè)計(jì)?？梢允褂贸绦蜃詣?dòng)獲取已有的電纜托架路徑，并用Cableway進(jìn)行標(biāo)記。Cableway是PDMS電纜解決方案中自帶的電纜占位元素，用于電纜布置占位。Cableway包含5類(lèi)主要的子元素：HATTA(頭)、TATTA(尾)、Route Point(位置定位點(diǎn))、Route Note(多用途標(biāo)記點(diǎn))、Attachment Point(分支接入點(diǎn))?？梢詫㈦娎|托架的所有特殊位置點(diǎn)用Route Point點(diǎn)表示出來(lái)，包括托架的起止位置、彎頭、爬坡、變徑等。至于路徑寬度、高度、彎曲半徑等參數(shù)則需在Cableway Branch級(jí)進(jìn)行設(shè)置。

首先獲取電纜托架路徑，包括電纜托架路徑和非電纜托架路徑。所有電纜可以使用的路徑均由Cableway定義完成。本系統(tǒng)直接使用Cableway的Route Point和Attachment Point作為電纜路徑關(guān)鍵點(diǎn)。關(guān)鍵點(diǎn)位置信息及關(guān)鍵點(diǎn)之間連接關(guān)系如圖4和圖5所示。

圖3 程序流程圖Fig.3 Flow chart of program

圖4 關(guān)鍵點(diǎn)位置信息Fig.4 Key point location information

圖5 關(guān)鍵點(diǎn)之間連接關(guān)系Fig.5 Connection relation information of cable route

2.2 導(dǎo)入電纜清冊(cè)

電纜清冊(cè)格式如圖6所示，其中包含了電纜編號(hào)、型號(hào)等信息。要進(jìn)行電纜布線(xiàn)，除了這些信息我們還需要電纜的外徑、起止位置的關(guān)鍵點(diǎn)，這些信息需要手動(dòng)補(bǔ)錄入表中。添加缺失屬性后的電纜清冊(cè)如圖7所示。

圖6 電纜清冊(cè)Fig.6 Cable list

圖7 修改后的電纜清冊(cè)Fig.7 Cable list revised

導(dǎo)入修改后的電纜清冊(cè)再加上獲取的電纜路徑，電纜路徑自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就完成了，可以通過(guò)優(yōu)化算法對(duì)電纜路徑進(jìn)行優(yōu)化。

2.3 電纜路徑優(yōu)化

電纜鋪設(shè)路徑優(yōu)化插件的功能包括：(1)導(dǎo)入所需數(shù)據(jù)，即電纜清冊(cè)和電纜路徑；(2)自動(dòng)路徑尋優(yōu)，即電纜路由優(yōu)化和截面排放優(yōu)化；(3)人工調(diào)整，即專(zhuān)業(yè)人員對(duì)自動(dòng)路徑尋優(yōu)結(jié)果的適度調(diào)整；(4)最優(yōu)路徑導(dǎo)出，即輸出最終的電纜敷設(shè)路徑結(jié)果。

以上功能開(kāi)發(fā)通過(guò)兩個(gè)步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：(1)優(yōu)化算法的開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證，即應(yīng)用功能強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB所提出的優(yōu)化算法進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)，并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行算法驗(yàn)證，以確保算法與程序的正確性與穩(wěn)健性；(2)代碼轉(zhuǎn)換與插件開(kāi)發(fā)，即將所開(kāi)發(fā)的MATLAB程序進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為C程序，可直接用于開(kāi)發(fā)PDMS的插件。

2.3.1信息預(yù)處理

以上數(shù)據(jù)準(zhǔn)備已經(jīng)為電纜路徑優(yōu)化提供了必要的數(shù)據(jù)信息，即電纜可選擇的路徑(如電纜托架路徑、馬腳等)和電纜參數(shù)(如編號(hào)、型號(hào)、外徑、起始位置等)；除此之外，作為優(yōu)化計(jì)算約束信息的設(shè)計(jì)工藝要求(如填充率、彎曲半徑等)也已經(jīng)明確。

下面需要對(duì)以上數(shù)據(jù)信息和約束信息進(jìn)行數(shù)學(xué)模型化預(yù)處理，即將這些信息轉(zhuǎn)換為優(yōu)化算法能夠識(shí)別、處理的模型化數(shù)據(jù)?；谝陨夏Ｐ突瘮?shù)據(jù)，應(yīng)用MATLAB畫(huà)出的電纜托架路徑圖如圖8所示。

圖8 應(yīng)用MATLAB畫(huà)出的Cableway圖形Fig.8 Cableway graphics drawn by MATLAB

2.3.2路由優(yōu)化計(jì)算

路由優(yōu)化計(jì)算采用Dijkstra算法。Dijkstra算法是典型的單源最短路徑算法，用于計(jì)算一個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑。主要特點(diǎn)是以起始點(diǎn)為中心向外層層擴(kuò)展，直到擴(kuò)展到終點(diǎn)為止。

下面通過(guò)計(jì)算實(shí)例說(shuō)明如何采用Dijkstra算法進(jìn)行電纜路由優(yōu)化。假設(shè)電纜路徑由8個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)而成，連接關(guān)系如圖9所示，每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離各自定義，可相同也可不同。現(xiàn)在需要鋪設(shè)電纜將節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)8連接，應(yīng)用路由優(yōu)化算法尋找最短的路徑，轉(zhuǎn)化為以下模型。

(1) 各路徑起始節(jié)點(diǎn)： [1,1,1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7]。

(2) 各路徑終止節(jié)點(diǎn)：[2,3,6,7,5,3,4,4,5,5,8,8,6,7,8,8]。

(3) 各路徑權(quán)值：[1,2,4,8,7,2,5,1,5,3,6,4,3,2,6,4]。

(4) 尋找節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)8的最優(yōu)路徑。

圖9 節(jié)點(diǎn)以及路徑圖Fig.9 Node and route graph

進(jìn)行路由優(yōu)化計(jì)算，得到連接節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)8最短的路徑為：節(jié)點(diǎn)1—節(jié)點(diǎn)3—節(jié)點(diǎn)4—節(jié)點(diǎn)8，總長(zhǎng)度為9。計(jì)算結(jié)果如圖10所示。

圖10 最優(yōu)路徑圖Fig.10 Optimalized route graph

2.3.3截面排放優(yōu)化計(jì)算

以上路由優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果為電纜截面排放優(yōu)化計(jì)算提供了初步的電纜路徑信息。在獲取了初步的電纜路由優(yōu)化計(jì)算結(jié)果后，首先根據(jù)工藝設(shè)計(jì)要求對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)并給出是否符合工藝要求的判斷結(jié)果。如果在某一(或某些)方面違反了工藝要求，則需要重新進(jìn)行路由優(yōu)化計(jì)算；如果完全符合工藝要求，則進(jìn)行截面排放優(yōu)化計(jì)算。

電纜截面排放優(yōu)化計(jì)算過(guò)程充分考慮以下設(shè)計(jì)要求，如果存在某些設(shè)計(jì)要求相互抵觸，則優(yōu)先滿(mǎn)足填充率、電纜彎曲半徑、強(qiáng)弱電纜類(lèi)型等要求。

(1) 儀表電纜的相關(guān)加工設(shè)計(jì)，主要參照《工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文 (石油和化工建設(shè)工程部分)》。在加工設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)內(nèi)容主要體現(xiàn)在電纜滾筒清冊(cè)、儀表安裝程序和電纜護(hù)管的布置和加工設(shè)計(jì)圖中。

(2) 當(dāng)幾種電纜托架垂直分層安裝時(shí)，應(yīng)按如下順序設(shè)計(jì)：儀表信號(hào)線(xiàn)路、安全連鎖線(xiàn)路、儀表用交流和直流供電線(xiàn)路及電氣托架。

(3) 托架拐直角彎時(shí)，其最小的彎曲半徑不應(yīng)小于托架內(nèi)最粗電纜外徑的10倍。

(4) 本質(zhì)安全型儀表的信號(hào)線(xiàn)和非本質(zhì)安全型儀表的信號(hào)線(xiàn)應(yīng)加以分隔。當(dāng)儀表有特殊要求時(shí)，應(yīng)按儀表安裝使用說(shuō)明書(shū)的規(guī)定進(jìn)行配線(xiàn)。

(5) 電纜托架的寬度應(yīng)根據(jù)所布電纜的數(shù)量確定，一般填充率不超過(guò)托架容量的60%。

電纜截面排放優(yōu)化計(jì)算方法主要采用智能搜索算法：第一，將各種設(shè)計(jì)要求進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序并數(shù)值化，對(duì)現(xiàn)有的電纜路由計(jì)算結(jié)果進(jìn)行逐一檢驗(yàn)以及總體檢驗(yàn)，評(píng)價(jià)目前路由對(duì)設(shè)計(jì)工藝條件的適用度；第二，適用度為100%即為完全符合設(shè)計(jì)工藝要求，若小于100%則需根據(jù)相應(yīng)的不適用指標(biāo)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行截面排布調(diào)整，若截面排布調(diào)整后仍不能使得適用度達(dá)到100%，則需進(jìn)行附加約束條件的路由優(yōu)化，然后再次進(jìn)行截面排布優(yōu)化；第三，如果經(jīng)過(guò)以上步驟仍不能實(shí)現(xiàn)適用度為100%，則需要進(jìn)行人工調(diào)整。

2.3.4人工調(diào)整

為了進(jìn)一步保證路徑優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性、合理性和實(shí)用性，需要專(zhuān)業(yè)人員重新審視路徑優(yōu)化結(jié)果，在發(fā)現(xiàn)適用度達(dá)不到100%的情況下對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行權(quán)衡和處理，如優(yōu)先保證哪個(gè)指標(biāo)等，在此基礎(chǔ)上對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，調(diào)整的內(nèi)容包括兩方面，即路由調(diào)整和截面排放調(diào)整。

2.4 軟件系統(tǒng)功能模塊

電纜路徑敷設(shè)優(yōu)化功能最終由一個(gè)PDMS插件來(lái)實(shí)現(xiàn)。插件頁(yè)面如圖11所示。具體步驟如圖12～14所示。

圖11 PMDS插件界面Fig.11 Interface of PMDS plug-in

圖12 應(yīng)用Cableway編號(hào)系統(tǒng)對(duì)電纜路徑進(jìn)行編號(hào)Fig.12 Number cable route using Cableway numbering system

圖13 應(yīng)用自動(dòng)布纜系統(tǒng)導(dǎo)入電纜清冊(cè)Fig.13 Import cable list using automatic cabling system

圖14 應(yīng)用自動(dòng)布纜系統(tǒng)導(dǎo)出包含最優(yōu)電纜路徑的數(shù)據(jù)文件Fig.14 Export the data file containing the optimized cable path using the automatic cable distribution system

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)利用電纜路徑節(jié)點(diǎn)原理、結(jié)合PDMS二次開(kāi)發(fā)的電纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)原理以及功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)論述。該軟件系統(tǒng)利用“最短路徑算法”并充分考慮工藝要求，對(duì)電纜敷設(shè)路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅可以準(zhǔn)確地計(jì)算出電纜的使用長(zhǎng)度，還能提取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的電纜空間排布圖，為海洋石油平臺(tái)電纜預(yù)裁提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，能夠有效提高電纜路徑定位效率，節(jié)省電纜材料成本。該方案填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)海洋石油工程領(lǐng)域的空白，為電纜的精確設(shè)計(jì)和施工提供了可行的方法。

[1] 張鵬．基于遺傳算法的船舶電纜布置優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究 [D]．大連：大連理工大學(xué)，2014.

[2] 林偉波．敷設(shè)軟件在核電廠路徑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及深化 [J]．中國(guó)科技信息,2013(20):74.

[3] 鄭海虹. 常用最短路徑算法分析與比較[J]．安徽電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(4):31.

[4] 張福浩, 劉紀(jì)平，李青元. 基于Dijkstra算法的一種最短路徑優(yōu)化算法[J] ．遙感信息，2004(2):38.

DevelopmentandApplicationofCableLayingRouteOptimizationSoftwareinOffshoreOilPlatform

HUANG Tai-an， WANG Jia， ZHANG Xiao-gang， XING Lan-chang， JIA Ming-xin， JIANG Xiao-hua， LI Yu-ming

[OffshorePetroleumEngineering(Qingdao)Co.,Ltd.,Qingdao,Shandong266520,China]

In the construction of offshore oil platform, the precise positioning of cable laying route and material control is always a big challenge. To slove this problem, we can realize the cable precut on the basis of accurate calculation of cable laying route and construction length in three-dimensional (3D) model. By making secondary development based on the principle of the nodes of the cable path and PDMS, we develop the cable laying route optimization software. It uses the efficient algorithm at key nodes to make automatic cable layout, so that we can accurately calculate the cable length, effectively improve the cable route laying efficiency and save the cable material cost.

offshore oil platform； cable layout; PDMS； material control

2016-04-07

黃太安(1982—)，男，高級(jí)工程師，主要從事海洋石油工程三維設(shè)計(jì)方面的研究。

TE541;TP319

A

2095-7297(2016)05-0323-08