劉春磊,王浩,孫明玉
1.中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司,山東青島 266555
2.辛北爾康普(青島)機(jī)器設(shè)備有限公司,山東青島 266426
俄羅斯亞馬爾LNG 項(xiàng)目FWP5 包是液化天然氣外輸?shù)酱a頭進(jìn)行裝載的棧橋管廊部分,采用SPP(Sit Pre-assembled Piperack)的建造形式,即將模塊分為多個(gè)散件在CPOE(中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司)場(chǎng)地進(jìn)行預(yù)制,完成后在俄羅斯場(chǎng)地組裝成模塊,最后將模塊整體安裝到預(yù)定位置。
俄羅斯亞馬爾LNG 項(xiàng)目位于北極圈內(nèi)的亞馬爾半島,F(xiàn)WP5 包散件運(yùn)輸需利用北冰洋航線,其全年無(wú)冰期和輕冰期總計(jì)約4個(gè)月,限制了船舶的通航窗口期,因此,為了保證所有SPP 模塊的散件能夠按期打包裝船,必須嚴(yán)格按計(jì)劃完成散件預(yù)制。在這種工期非常緊張的情況下,提高加工設(shè)計(jì)效率是保證項(xiàng)目施工進(jìn)度的基礎(chǔ)。
根據(jù)合同要求,結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)須使用國(guó)際上應(yīng)用廣泛的鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)軟件Tekla Structures(簡(jiǎn)稱TEKLA),因而結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)的主要工作流程是:首先,依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙搭建TEKLA 模型;然后,自動(dòng)生成加工設(shè)計(jì)圖紙和報(bào)告[1]。
FWP5 包39個(gè)模塊的節(jié)點(diǎn)數(shù)量近3 萬(wàn)個(gè),而TEKLA 軟件自帶的組件[2]與要搭建的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)匹配性較差,無(wú)法直接或采用簡(jiǎn)單的參數(shù)修改來(lái)完成節(jié)點(diǎn)建模。對(duì)單個(gè)模塊而言,節(jié)點(diǎn)建模時(shí)間占總建模時(shí)間的80%以上,因此,提高節(jié)點(diǎn)建模效率是保證結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)整體工作效率的關(guān)鍵。
加工設(shè)計(jì)工作開展的基礎(chǔ)是詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙,F(xiàn)WP5 包詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙主要包含以下兩類:
(1)總體布置圖。圖中主要包含構(gòu)件定位尺寸、構(gòu)件之間連接節(jié)點(diǎn)類型代號(hào)和主零件截面規(guī)格等信息[3],是創(chuàng)建不帶節(jié)點(diǎn)連接細(xì)節(jié)的結(jié)構(gòu)框架模型的基礎(chǔ),以及為節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)建模提供節(jié)點(diǎn)選用參考,包含各標(biāo)高平面圖和各軸線立面圖,如圖1 所示。每個(gè)模塊的總體布置圖是本模塊特有的,39個(gè)模塊總共有39套總體布置圖,是創(chuàng)建各模塊無(wú)節(jié)點(diǎn)連接框架模型的基礎(chǔ)。
圖1 平面總體布置圖示例(示意)
(2)典型節(jié)點(diǎn)圖。圖中主要包含構(gòu)件間不同主零件規(guī)格和不同節(jié)點(diǎn)類型的連接詳細(xì)信息,如連接板尺寸、厚度、螺栓型號(hào)和螺栓孔位置等[4]。節(jié)點(diǎn)類型主要有EM(端部彎矩型)、EMH(端部彎矩加強(qiáng)筋型)、EMSH(端部彎矩剪力加強(qiáng)筋型)、SS(單剪型)、PSB/PSC(小立柱支撐平行/垂直型)、LT/HY(斜撐端部連接)、MT(彎矩拼接型)和組合型等[5],如圖2 所示。所有模塊共用1套典型節(jié)點(diǎn)圖,是創(chuàng)建每個(gè)節(jié)點(diǎn)連接細(xì)節(jié)模型的基礎(chǔ)。
圖2 節(jié)點(diǎn)類型示例(示意)
在節(jié)點(diǎn)建模中,當(dāng)擬建節(jié)點(diǎn)與TEKLA 軟件自帶組件的形式相同或相近時(shí),則可以直接利用TEKLA 軟件自帶組件創(chuàng)建節(jié)點(diǎn),而在FWP5 包中,節(jié)點(diǎn)連接形式與TEKLA 軟件自帶組件形式差異較大,如果使用TEKLA 軟件自帶組件,則需要進(jìn)行大量的參數(shù)修改工作,適用性不強(qiáng)[6]。除了利用TEKLA 軟件自帶組件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)建模外,目前常用的建模方法還有“復(fù)制修改法”和“單模型定制組 件庫(kù)法”[7],這三種方法各自的特點(diǎn)見(jiàn)表1。
表1 常用節(jié)點(diǎn)建模方法主要特點(diǎn)
常用的節(jié)點(diǎn)建模方法基本都是圍繞單個(gè)模塊,沒(méi)有針對(duì)性地考慮39個(gè)模塊整體的節(jié)點(diǎn)建模效率,因此,為了提高整體節(jié)點(diǎn)的建模效率,應(yīng)創(chuàng)建多個(gè)模型能夠共用的定制組件庫(kù),實(shí)現(xiàn)不同模塊之間相同節(jié)點(diǎn)的相互借用,即“共用定制組件庫(kù)法”。
對(duì)于創(chuàng)建單個(gè)定制組件而言,利用“共用定制組件庫(kù)法”需要投入兩倍多人工時(shí),如果模塊之間相同節(jié)點(diǎn)數(shù)量較少,采用“共用定制組件庫(kù)法”就失去意義。為明確是否運(yùn)用“共用定制組件庫(kù)法”進(jìn)行節(jié)點(diǎn)建模,應(yīng)初步核算采用該方法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)建模的提效情況。
依據(jù)粗略估算,模塊間相同的節(jié)點(diǎn)數(shù)量約占單模塊節(jié)點(diǎn)總數(shù)量的40%,假設(shè)兩兩模塊之間相同節(jié)點(diǎn)比例為40%,按照統(tǒng)計(jì)學(xué)離散型隨機(jī)變量(0 ~1)分布的分布律公式[8],有:
P{X=k}=pk(1-p)1-k,k=0,1;0 <p <1式中:P 為擬建模型在其他任意一個(gè)已建模型基礎(chǔ)上應(yīng)新建節(jié)點(diǎn)占比,%;X 為擬建模塊中是否新建節(jié)點(diǎn)的事件,無(wú)量綱;k 取值0 表示新建節(jié)點(diǎn),取值1表示不新建節(jié)點(diǎn),無(wú)量綱;p 為任意兩兩模塊之間相同節(jié)點(diǎn)數(shù)量在單模塊節(jié)點(diǎn)總數(shù)量中的占比,依據(jù)前述假設(shè),取40%。
設(shè)第N個(gè)擬建模型在已建N-1個(gè)模型基礎(chǔ)上仍需新建節(jié)點(diǎn)數(shù)量在擬建模塊節(jié)點(diǎn)總數(shù)量中占比為PN,形象化示例如圖3 所示,則:
第1個(gè)模型:P1=100%
第2個(gè)模型:P2=1-p=1-40%=60%
第3個(gè)模型:P3=1-p-(1-p)p=(1-p)2=(1-40%)2=36%
第N個(gè)模型:PN=(1-p)N-1=60%N-1
以此推算,前8個(gè)模塊節(jié)點(diǎn)建模合成初步共用定制組件庫(kù)后,第9個(gè)模塊需創(chuàng)建新節(jié)點(diǎn)的數(shù)量占比約1.7%,因此能夠明確,采用共用定制組件庫(kù)將大幅減少節(jié)點(diǎn)建模時(shí)間。
圖3 擬建模塊中新建節(jié)點(diǎn)占比示意
由于FWP5 包39個(gè)模塊的共用定制組件庫(kù)包含的節(jié)點(diǎn)類型非常多,必須專門進(jìn)行二次開發(fā)來(lái)創(chuàng)建定制組件[9],主要方式有兩種:一是TEKLA軟件公司專業(yè)人員開發(fā);二是CPOE 自有加工設(shè)計(jì)人員開發(fā)。經(jīng)過(guò)對(duì)這兩種開發(fā)方式進(jìn)行分析對(duì)比(見(jiàn)表2),為了保證項(xiàng)目工期和有效控制加工設(shè)計(jì)工作,應(yīng)采用CPOE 自有加工設(shè)計(jì)人員開發(fā)的方式。
“共用定制組件法”應(yīng)用過(guò)程中必須制定詳細(xì)的控制流程(如圖4 所示),以便保證每個(gè)定制組件準(zhǔn)確無(wú)誤,因?yàn)橛袉?wèn)題的定制組件會(huì)導(dǎo)致所有利用該組件進(jìn)行建模的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)錯(cuò)誤,如果錯(cuò)誤未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致擴(kuò)展到建造過(guò)程,后果會(huì)非常嚴(yán)重。
表2 兩種定制組件開發(fā)方式對(duì)比
圖4 “共用定制組件庫(kù)法”運(yùn)用流程
基于“共用定制組件法”運(yùn)用流程,在形成共用定制組件庫(kù)的過(guò)程中,共創(chuàng)建了主柱與梁EMSH、主柱與梁SS、小柱與梁SS、主梁與次梁SS、梁與水平撐HY、梁與立面撐HY、梁與立面角鋼LT、梁與小柱PSB/PSC/PST 以及組合連接等定制組件281個(gè),示例見(jiàn)圖5。
在共用定制組件庫(kù)的基礎(chǔ)上,各加工設(shè)計(jì)人員根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)總體布置圖中的節(jié)點(diǎn)類型,在無(wú)節(jié)點(diǎn)連接的框架模型上創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)連接,通過(guò)碰撞檢查確認(rèn)無(wú)誤后,最終完成本人所負(fù)責(zé)模塊的建模工作,如圖6 所示。如果節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建過(guò)程中發(fā)現(xiàn)新節(jié)點(diǎn)形式,則按流程補(bǔ)充完善共用定制組件庫(kù)。
圖5 不同節(jié)點(diǎn)類型的定制組件示例
圖6 利用共用定制組件庫(kù)創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)連接
根據(jù)實(shí)際節(jié)點(diǎn)建模過(guò)程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),在第一批8個(gè)模塊中,各模塊需新建節(jié)點(diǎn)的比例隨著已建模型的數(shù)量遞增而逐漸減小;從第二批第9個(gè)模塊開始,新建節(jié)點(diǎn)數(shù)量占比已經(jīng)非常小,實(shí)際變化趨勢(shì)與構(gòu)思“共用定制組件庫(kù)法”時(shí)的預(yù)測(cè)相同。
匯總39個(gè)模塊節(jié)點(diǎn)建模實(shí)際所用人工時(shí),同時(shí)根據(jù)以往建模經(jīng)驗(yàn),假設(shè)采用“復(fù)制修改法”和“單模型定制組件庫(kù)法”進(jìn)行節(jié)點(diǎn)建模人工時(shí)估算,形成對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表3,可算得“共用定制組件庫(kù)法”與“單模型定制組件庫(kù)法”和“復(fù)制修改法”相比,節(jié)點(diǎn)建模效率分別提高了3.3 倍和7.5 倍。
表3 三種節(jié)點(diǎn)建模方法效率對(duì)比
根據(jù)亞馬爾LNG 項(xiàng)目FWP5 包39個(gè)棧橋管廊模塊結(jié)構(gòu)形式中節(jié)點(diǎn)總數(shù)多且模塊間具有一定相似性的特點(diǎn),充分結(jié)合TEKLA 軟件功能,尋求適用的節(jié)點(diǎn)建模方法,是結(jié)構(gòu)加工設(shè)計(jì)工作順利開展的關(guān)鍵。本研究表明,構(gòu)建“共用定制組件庫(kù)法”節(jié)點(diǎn)建模思路并制定詳細(xì)的控制流程,同時(shí)運(yùn)用TEKLA 軟件二次開發(fā)創(chuàng)建相應(yīng)的定制組件,能夠增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)建模在模塊之間的共用性,從而大幅提高多個(gè)模塊整體的節(jié)點(diǎn)建模效率。