蔣小華，王 佳，徐 庚，黃太安

[海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520]

0 引 言

近年來，三維(3D)設(shè)計技術(shù)以其巨大的優(yōu)勢被迅速應(yīng)用到各個工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域。AVEVA 公司推出的PDMS(Plant Design Management System)軟件以其強大的三維建模能力、便利的圖紙抽取方式以及自動統(tǒng)計材料、檢查碰撞等功能成為石油、化工、電力等行業(yè)領(lǐng)先的三維設(shè)計平臺。眾多研究人員對PDMS軟件在建模、出圖等方面的應(yīng)用做了大量的研究。例如，崔同凱等[1-3]研究了PDMS在管道、設(shè)備、電纜通道建模中的應(yīng)用；周乃軍[4]研究了PDMS建模流程；唐涌濤等[5]研究了PDMS工具的二次開發(fā)應(yīng)用。海洋石油工程(青島)有限公司(以下簡稱青島公司)的研究人員也對PDMS在海洋石油工程中的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛探索[6-8]。但是這些研究都基于PDMS軟件在單個物理位置的應(yīng)用，即PDMS三維模型只在一個物理位置進(jìn)行共享。隨著工程總承包(EPC)全球化的推進(jìn)，總包、設(shè)計、建造、安裝工作分別由不同的公司承擔(dān)已經(jīng)成為常態(tài)，這些公司的設(shè)計中心往往位于不同地域，地理位置相距遙遠(yuǎn)。在位于不同地理位置的設(shè)計中心之間共享PDMS三維模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各設(shè)計中心在同一個三維模型中的實時同步設(shè)計，提高設(shè)計效率、減少設(shè)計沖突，已成為一項切實又緊迫的研究課題。目前，僅李云濤等[9-10]少數(shù)研究人員對此課題做了初步研究，還不足以滿足海洋石油工程項目的實際需要。本文主要研究應(yīng)用AVEVA異地協(xié)同技術(shù)，實現(xiàn)異地設(shè)計中心在PDMS三維設(shè)計平臺上的實時同步設(shè)計，并確保設(shè)計數(shù)據(jù)在不同設(shè)計中心之間同步更新正常、項目權(quán)限管理正常。

1 項目概述

目前，海洋石油工程股份有限公司承擔(dān)的海洋石油工程項目一般由塘沽設(shè)計公司進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(詳設(shè))，由青島公司進(jìn)行建造并承擔(dān)相應(yīng)的加工設(shè)計工作(加設(shè))。根據(jù)一體化建造等新工藝的實施規(guī)劃，青島公司以麗水36-1項目和番禺34-1項目作為新工藝建造的試點項目，提出了以部分實施、逐步推進(jìn)的方式完成新工藝的實施，即在項目前期根據(jù)建造計劃和詳設(shè)到圖情況在甲板片預(yù)制過程中同步完成安裝欄桿、擋水扁鐵、設(shè)備底座、地漏、管支架、電儀托架支架、保溫釘、舾裝龍骨等工作；在項目中后期將部分電儀托架、機械設(shè)備、配管管線、拉筋、墻皮等預(yù)安裝至甲板片。新工藝的工藝流程屬于多專業(yè)、多工種交叉作業(yè)，因此施工困難大，相對于傳統(tǒng)建造工藝，新工藝對統(tǒng)籌安排建造順序提出了非常嚴(yán)格的要求。加設(shè)作為直接面向建造的重要環(huán)節(jié)，如何準(zhǔn)時、高質(zhì)量地提交滿足新工藝實施要求的設(shè)計成果成為一個重點、難點。

另一方面，隨著設(shè)計新界面的實施，青島公司還需要承擔(dān)小管線模型[2英寸(1英寸=2.54 cm)及以下]、小管線支架模型、分支電纜托架模型和全部尺寸托架的支架模型以及照明燈具、接線箱等電氣儀表專業(yè)設(shè)備和相應(yīng)支架模型的三維建模、出圖等設(shè)計工作。如果等到詳設(shè)完成三維建模后再將數(shù)據(jù)提交給青島公司，加設(shè)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行建模、出圖等設(shè)計工作，從時間上來說，根本無法滿足一體化建造新工藝的要求。

在此背景下，迫切需要一種異地協(xié)同技術(shù)，使得加設(shè)能夠與詳設(shè)在同一個三維平臺上同時開展設(shè)計工作。目前，由塘沽設(shè)計中心進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計的項目基本采用PDMS軟件作為三維設(shè)計平臺。同時，公司配套引進(jìn)了AVEVA公司的異地協(xié)同技術(shù)，以期解決不同設(shè)計中心異地同步設(shè)計的難題。對該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究已經(jīng)成為切實的要求。

2 研究內(nèi)容及技術(shù)原理

本文研究的主要內(nèi)容是如何通過AVEVA異地協(xié)同技術(shù)的應(yīng)用實施，實現(xiàn)青島(加設(shè))與塘沽(詳設(shè))設(shè)計中心在PDMS三維設(shè)計平臺上實時同步設(shè)計的目的，并確保設(shè)計數(shù)據(jù)在青島、塘沽設(shè)計中心之間同步更新正常、項目權(quán)限管理正常。在此基礎(chǔ)上，通過自行開發(fā)PDMS后臺管理程序，提高GLOBAL授權(quán)利用率，減少GLOBAL軟件授權(quán)點的需求數(shù)量，達(dá)到節(jié)省軟件使用費、提高項目經(jīng)濟(jì)效益的目的。

2.1 AVEVA異地協(xié)同技術(shù)原理

AVEVA異地協(xié)同技術(shù)原理如圖1所示。通過該技術(shù)，一個項目可以根據(jù)參與項目公司的地理位置或設(shè)計中心情況設(shè)置多個Location用于三維設(shè)計，一般一個Location對應(yīng)一個設(shè)計中心。根據(jù)權(quán)限的不同，Location分為兩種：其中一個Location為項目中心站(HUB)，擁有整個項目的完全管理權(quán)限以及全套數(shù)據(jù)庫；其他Location則被稱為衛(wèi)星站(Satellite)，只擁有項目的部分管理權(quán)限，根據(jù)中心站的分配擁有項目整套或部分?jǐn)?shù)據(jù)庫鏡像。中心站為每個衛(wèi)星站建立各自的工作數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星站僅對自己的工作數(shù)據(jù)庫具有修改權(quán)限，對鏡像數(shù)據(jù)庫只能讀取而不能修改。根據(jù)設(shè)計的需要，中心站可以通過改變數(shù)據(jù)庫在不同Location的狀態(tài)，將鏡像數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鲾?shù)據(jù)庫，實現(xiàn)賦予該Location數(shù)據(jù)庫修改權(quán)限的功能；待工作結(jié)束，將Location工作數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)變?yōu)殓R像數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫修改權(quán)限的回收。同一時間，一個數(shù)據(jù)庫只能在一個Location作為工作數(shù)據(jù)庫，而在其他Location都是鏡像狀態(tài)。中心站與衛(wèi)星站之間，通過AVEVA GLOBAL軟件模塊，實現(xiàn)項目設(shè)計數(shù)據(jù)的實時同步、數(shù)據(jù)庫權(quán)限賦予/回收及其他項目管理等功能。

在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，AVEVA異地協(xié)同技術(shù)具有一定的缺陷：每一個GLOBAL項目均需單獨占用一個GLOBAL授權(quán)，多個項目同時運行時，授權(quán)使用量巨大，造成軟件使用費用居高不下；同時，GLOBAL授權(quán)只能用于中心站與衛(wèi)星站同步數(shù)據(jù)，在項目后期設(shè)計修改較少時，數(shù)據(jù)更新量較少，該項目占用的GLOBAL授權(quán)大部分時間處于閑置待命狀態(tài)，利用率低下，造成授權(quán)資源浪費；多個項目同時運行時，AVEVA GLOBAL只能穩(wěn)定地支持2個項目同時進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，其他項目則容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)艟€、更新不及時等問題。為了解決上述問題，青島公司開發(fā)了PDMS后臺管理程序，用于所有青島-塘沽間設(shè)計項目的定時數(shù)據(jù)同步切換，實現(xiàn)了多項目全天候的數(shù)據(jù)實時更新并可大量減少授權(quán)資源的占用。

圖1 AVEVA異地協(xié)同技術(shù)原理Fig.1 Principle of AVEVA remote collaborative technology

2.2 PDMS后臺管理程序技術(shù)原理

PDMS后臺管理程序主要的工作內(nèi)容是定時重啟AVEVA GLOBAL服務(wù)，并在每次重啟服務(wù)時根據(jù)程序配置文件中的設(shè)定切換到不同的GLOBAL服務(wù)配置文件，每個服務(wù)配置文件指向2個不同的項目。運行中，通過PDMS后臺管理程序?qū)LOBAL服務(wù)配置文件的輪換，同時配合項目自身GLOBAL的更新策略，實現(xiàn)多個項目數(shù)據(jù)自動更新輪流進(jìn)行。

PDMS后臺管理程序配置文件結(jié)構(gòu)示例如下：

pdmsPath="C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4"

batchFilePath="C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4Multids.bat">

其中每個Config項是一條定時重啟AVEVA GLOBAL服務(wù)配置項。Week屬性用于指定在每周的哪幾天使用該配置，Hour用于指定啟動的小時數(shù)，Minute指定的是啟動的分鐘數(shù)，pdmsPath指定PDMS的安裝目錄，batchFilePath用于指定GLOBAL服務(wù)配置文件位置。上條配置文件的意義為在周一到周五，每天10:30重啟GLOBAL服務(wù)，使用的GLOBAL服務(wù)配置文件為C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4Multids.bat。

PDMS后臺管理程序的界面如圖2所示。

3 研究方案部署

AVEVA 異地協(xié)同技術(shù)在青島公司屬于首次應(yīng)用，因此整個研究過程分為兩個階段，相應(yīng)地部署了兩個方案：方案一，利用荔灣3-1項目進(jìn)行AVEVA異地協(xié)同技術(shù)在單個項目中的應(yīng)用研究，以測試AVEVA 異地協(xié)同技術(shù)在海洋石油工程三維協(xié)同設(shè)計應(yīng)用中的可行性；方案二，在方案一的基礎(chǔ)上，以麗水36-1項目和番禺34-1項目為試點，進(jìn)行PDMS后臺管理程序及AVEVA異地協(xié)同技術(shù)在多項目上的應(yīng)用研究，以測試PDMS后臺管理程序的可靠性。

方案實施期間，試點項目均將塘沽作為中心站，青島作為衛(wèi)星站，中心站與衛(wèi)星站之間使用VPN進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接。兩個Location的PDMS軟件及GLOBAL均使用相同的版本。

4 研究方案測試

方案部署完畢后，依次對兩個方案進(jìn)行了測試。

4.1 AVEVA異地協(xié)同技術(shù)單項目應(yīng)用測試

AVEVA異地協(xié)同技術(shù)首先在荔灣3-1組塊項目中進(jìn)行了應(yīng)用研究，測試內(nèi)容包括中心站與衛(wèi)星站的通信情況，中心站與衛(wèi)星站的數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)庫分配，衛(wèi)星站用戶管理，衛(wèi)星站數(shù)據(jù)庫同步更新等幾個方面。測試情況如下。

(1)Location的建立與通信測試。中心站與衛(wèi)星站的通信是異地協(xié)同設(shè)計傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，通信的速度及可靠性直接影響到異地協(xié)同設(shè)計能否實現(xiàn)。衛(wèi)星站初始化完畢后，進(jìn)入項目管理模塊，對GLOBAL通信情況進(jìn)行測試，結(jié)果顯示中心站與衛(wèi)星站通信順暢，網(wǎng)絡(luò)延遲約為300 ms，可以滿足協(xié)同設(shè)計下中心站與衛(wèi)星站之間數(shù)據(jù)更新的要求。

(2)工作數(shù)據(jù)庫的建立及權(quán)限管理。由2.1節(jié)的介紹可知，只有中心站才有權(quán)限創(chuàng)建、分配數(shù)據(jù)庫，中心站建立的數(shù)據(jù)庫必須及時分配到衛(wèi)星站，衛(wèi)星站才能進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計工作。荔灣3-1中組塊項目中，詳設(shè)、加設(shè)數(shù)據(jù)庫分開，各專業(yè)數(shù)據(jù)庫按平臺層高建立。中心站為衛(wèi)星站建立了40多個工作數(shù)據(jù)庫。項目運行過程中，數(shù)據(jù)庫的分配、回收順利，數(shù)據(jù)庫位置正確、修改權(quán)限正常，如圖3所示。

圖2 PDMS后臺管理程序界面Fig.2 PDMS management program interface

圖3 荔灣3-1數(shù)據(jù)庫位置Fig.3 LW3-1 databases location

(3) 用戶的建立及授權(quán)。衛(wèi)星站用戶由青島衛(wèi)星站的管理員建立。項目運行過程中，創(chuàng)建了50多個用戶，并根據(jù)各專業(yè)的要求，賦予用戶相應(yīng)專業(yè)對應(yīng)工作數(shù)據(jù)庫的讀取、修改權(quán)限。其間又根據(jù)項目工程師人員及工作范圍的變化，進(jìn)行了用戶增加/權(quán)限修改等。項目運行期間，用戶對數(shù)據(jù)庫的修改、讀取操作正常，滿足了各專業(yè)設(shè)計的需要。

(4) 設(shè)計數(shù)據(jù)實時更新。設(shè)計數(shù)據(jù)的實時更新是異地協(xié)同三維設(shè)計得以實現(xiàn)的關(guān)鍵，也是驗證AVEVA 異地協(xié)同技術(shù)可行性的關(guān)鍵指標(biāo)。荔灣3-1組塊項目中，根據(jù)研究方案要求，對設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行實時同步更新。更新由GLOBAL模塊自動完成，數(shù)據(jù)庫按照管理員設(shè)定的更新時間和頻率自動完成數(shù)據(jù)更新?？紤]到網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載以及項目每天設(shè)計數(shù)據(jù)的大小，設(shè)置為每小時同步更新一次，每天檢查GLOBAL更新情況。在項目運行過程中，數(shù)據(jù)實時更新功能運行正常，設(shè)計成果數(shù)小時之后即可傳輸給對方。部分更新記錄如圖4所示。

圖4 設(shè)計數(shù)據(jù)實時更新結(jié)果Fig.4 Result of design data real-time updating

4.2 PDMS后臺管理程序及AVEVA異地協(xié)同技術(shù)多項目應(yīng)用測試

在荔灣3-1項目成功應(yīng)用AVEVA異地協(xié)同技術(shù)的基礎(chǔ)上，以麗水36-1項目和番禺34-1項目為試點，進(jìn)行PDMS后臺管理程序及AVEVA異地協(xié)同技術(shù)在多項目中的應(yīng)用研究。

經(jīng)過測試，在PDMS后臺管理程序的幫助下，GLOBAL服務(wù)在麗水36-1和番禺34-1項目之間自動切換，順利實現(xiàn)了多項目的數(shù)據(jù)穩(wěn)定實時更新。兩個項目部分GLOBAL服務(wù)的啟動、停止記錄如圖5所示。

5 研究創(chuàng)新點及解決的主要問題

AVEVA異地協(xié)同技術(shù)首次在青島公司應(yīng)用。通過上述兩個方案的測試，對AVEVA 異地協(xié)同技術(shù)在海洋石油工程三維協(xié)同設(shè)計應(yīng)用中的可行性以及PDMS后臺管理程序的可靠性進(jìn)行了測試。

研究的主要創(chuàng)新點如下：(1)通過在青島公司進(jìn)行AVEVA異地協(xié)同技術(shù)應(yīng)用研究，驗證了在海洋石油工程三維設(shè)計中應(yīng)用AVEVA異地協(xié)同技術(shù)的可行性，首次實現(xiàn)了青島(加設(shè))與塘沽(詳設(shè))在PDMS三維設(shè)計平臺上的實時同步設(shè)計；(2)開發(fā)了PDMS后臺管理程序，自動在多個項目間切換數(shù)據(jù)同步服務(wù)，節(jié)省了GLOBAL授權(quán)資源。

通過上述研究，主要解決了如下問題：(1)青島公司與塘沽設(shè)計公司在同一個PDMS模型中同時進(jìn)行設(shè)計工作，設(shè)計成果傳遞時間由以前的數(shù)天縮短到數(shù)小時，提升了設(shè)計進(jìn)度，滿足了一體化建造新工藝對設(shè)計成果提交時間的要求；(2)項目設(shè)計數(shù)據(jù)實時同步，雙方可以及時看到對方的設(shè)計成果，大大降低了碰撞、干涉發(fā)生的幾率；(3)項目設(shè)計成果實時交互審核，避免了不合理設(shè)計對建造的影響；(4)建造過程中的詳設(shè)升版與加設(shè)現(xiàn)場修改實時反饋，提升了設(shè)計質(zhì)量；(5)多項目數(shù)據(jù)同步服務(wù)的自動切換，節(jié)省了GLOBAL授權(quán)資源。

圖5 PDMS后臺管理程序測試結(jié)果Fig.5 Test result of PDMS management application

6 研究成果推廣應(yīng)用情況

經(jīng)過荔灣3-1項目及后續(xù)麗水36-1、番禺34-1項目的試驗和測試，AVEVA異地協(xié)同技術(shù)逐步推廣應(yīng)用到青島公司其他項目，例如墾利10-1、綏中36-1二期調(diào)整項目等。目前，青島公司承建的由塘沽設(shè)計公司負(fù)責(zé)設(shè)計的項目、以及承建國外使用PDMS進(jìn)行三維設(shè)計的海洋石油工程項目，均采用了該技術(shù)，提高了青島公司三維設(shè)計以及異地協(xié)同設(shè)計的水平，提升了項目設(shè)計、建造質(zhì)量。同時，PDMS后臺管理程序也進(jìn)行了大規(guī)模的推廣應(yīng)用，有效地節(jié)省了軟件授權(quán)資源。例如，某年度生產(chǎn)高峰時期，青島公司有12個項目同時使用GLOBAL進(jìn)行異地協(xié)同設(shè)計，如果按照每個項目一個GLOBAL授權(quán)的傳統(tǒng)方法，需要使用12個GLOBAL授權(quán)；使用PDMS后臺管理程序后，根據(jù)不同項目數(shù)據(jù)的同步負(fù)荷合理配置GLOBAL服務(wù)文件，實際上僅使用了2個GLOBAL授權(quán)即滿足了上述12個項目異地協(xié)同設(shè)計的需求，節(jié)省軟件費用達(dá)80%以上。

7 結(jié) 語

AVEVA異地協(xié)同技術(shù)在荔灣等項目中的成功應(yīng)用，實現(xiàn)了青島與塘沽兩個設(shè)計中心在同一三維模型中實時同步設(shè)計的目標(biāo)，提升了海洋石油工程加工設(shè)計水平、建造施工水平以及三維協(xié)同設(shè)計水平。通過直觀的三維模型在兩個設(shè)計中心間的實時共享，有效地消除了建造中經(jīng)常出現(xiàn)的碰撞問題，有助于材料的精確準(zhǔn)備和管線提前預(yù)制，縮短了工藝管線、電纜托架、支架等部件預(yù)制和安裝的施工周期。數(shù)字化手段的創(chuàng)新應(yīng)用，為青島公司一體化建造新工藝及設(shè)計新界面的順利實施奠定了基礎(chǔ)。PDMS后臺管理程序的開發(fā)應(yīng)用，有效解決了AVEVA 異地協(xié)同技術(shù)的缺陷，節(jié)省了軟件資源，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

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