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。

1 詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)攸c(diǎn)

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）

2 節(jié)點(diǎn)建模方法分析

2.1 常用節(jié)點(diǎn)建模方法

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)

2.2 “共用定制組件庫(kù)法”構(gòu)思

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

3 “共用定制組件庫(kù)法”應(yīng)用

3.1 定制組件開發(fā)方式選擇

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。

3.2 “共用定制組件庫(kù)法”流程研究

“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

3.3 共用定制組件庫(kù)創(chuàng)建和應(yīng)用

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

4 節(jié)點(diǎn)建模提效分析

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

5 結(jié)束語(yǔ)

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。