房精哲，韓 博

（中海石油技術(shù)檢測(cè)有限公司，天津 300452）

0 引言

隨著“十四五”的開(kāi)局，我國(guó)對(duì)能源裝備的發(fā)展提出了更高的要求，已經(jīng)從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，借助科學(xué)技術(shù)保障能源裝備的健康穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于國(guó)家能源安全有著不可忽視的重要性，因此推進(jìn)能源裝備數(shù)字化發(fā)展是“十四五”期間的重要發(fā)展方向。石化能源裝備的發(fā)展帶動(dòng)對(duì)石油石化設(shè)備、管道檢測(cè)技術(shù)的需求，進(jìn)而帶動(dòng)檢測(cè)新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[1]?；趪?guó)家海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，我國(guó)海工工業(yè)經(jīng)歷了一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期，越來(lái)越多的現(xiàn)代化技術(shù)被應(yīng)用在海洋平臺(tái)上，國(guó)際海工裝備研究機(jī)構(gòu)的相關(guān)研究與標(biāo)準(zhǔn)對(duì)我國(guó)海工裝備的發(fā)展也具有很重要的指導(dǎo)意義[2]。

相對(duì)于陸地環(huán)境，海洋環(huán)境更加復(fù)雜，所以對(duì)海洋浮體裝備的抗腐蝕性提出了更高的要求，由于浮體平臺(tái)體型巨大，所以在組裝工藝中焊縫為模塊連接的主要方式。浮體平臺(tái)投入使用后，在高鹽分海水的作用下，焊縫界面間的電化學(xué)腐蝕是焊縫腐蝕的主要原因，因此焊縫的腐蝕檢測(cè)與趨勢(shì)分析對(duì)海洋裝備平臺(tái)的安全運(yùn)行有著重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測(cè)分析系統(tǒng)更加傾向于檢測(cè)數(shù)據(jù)的收集與整理，在數(shù)據(jù)展示方面比較抽象化，無(wú)法將檢測(cè)的結(jié)構(gòu)與實(shí)體進(jìn)行直觀關(guān)聯(lián)，所以在面對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果時(shí)無(wú)法將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，大大影響管理與運(yùn)維保養(yǎng)效率。

1 浮體焊縫三維可視化檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

1.1 需求與設(shè)計(jì)

裝備的結(jié)構(gòu)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)海上浮體平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)有著重要作用，檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為檢測(cè)系統(tǒng)中重要的一部分，檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集與分析為裝備的運(yùn)行與否提供了決策性的依據(jù)。由于傳統(tǒng)的信息化管理模式已經(jīng)越來(lái)越難以滿(mǎn)足石化能源裝備對(duì)于運(yùn)維高效管理的需求，而三維可視化的運(yùn)維管理具有更加直觀與高效的優(yōu)勢(shì)，正逐步取代傳統(tǒng)的信息化管理模式。三維交互式應(yīng)用管理平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)與模型的聯(lián)動(dòng)，使運(yùn)維管理人員跟決策者能更加直觀地判斷浮體結(jié)構(gòu)的安全性，為平臺(tái)的保養(yǎng)提供可靠的決策依據(jù)，所以浮體焊縫三維可視化的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)在浮體平臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)管理方面有著重要意義。

通過(guò)在三維模型上掛載焊縫的三維坐標(biāo)信息，聯(lián)動(dòng)水下檢測(cè)機(jī)器的坐標(biāo)信息，使檢測(cè)焊縫的位置與三維模型上的焊縫對(duì)應(yīng)，水下檢測(cè)設(shè)備對(duì)浮體的焊縫進(jìn)行腐蝕程度的檢測(cè)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)采集檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比、存儲(chǔ)與展示。通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)閾值的響應(yīng)來(lái)提供報(bào)警系統(tǒng)，在三維模型結(jié)構(gòu)上快速、準(zhǔn)確地找出相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的位置，為浮體平臺(tái)的安全評(píng)估快速作出結(jié)論與決策。

1.2 實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

三維可視化的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)處理模塊與三維展示模塊，其中數(shù)據(jù)處理模塊由數(shù)據(jù)來(lái)源、存儲(chǔ)、分析、處理與自動(dòng)生成報(bào)告組成，三維展示模塊中主要由檢測(cè)對(duì)象信息、資產(chǎn)數(shù)據(jù)與報(bào)警模塊組成。通過(guò)三維模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與檢測(cè)設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接口數(shù)據(jù)的采集，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比分析處理，聯(lián)動(dòng)模型結(jié)構(gòu)信息，使檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果以三維可視化的形式呈現(xiàn)（圖1）。

圖1 三維可視化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來(lái)源主要有3 個(gè)途徑，分別是浮體各分段設(shè)計(jì)圖紙、三維模型與檢測(cè)報(bào)告。其中，主要數(shù)據(jù)源為操控系統(tǒng)ACFM（Alternating Current Field Measurement，交流電磁場(chǎng)檢測(cè)法）檢測(cè)、PAUT（Phased Array Ultrasonic Testing，相控陣超聲檢測(cè)）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和儀器外觀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式包括但不限于結(jié)構(gòu)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及圖片、視頻、檢測(cè)報(bào)告等文檔型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。獲取數(shù)據(jù)后利用三維數(shù)字孿生引擎，在保證圖形和數(shù)據(jù)不丟失的情況下實(shí)現(xiàn)模型的輕量化以此保證三維模型瀏覽的流暢性，在模型上掛載各類(lèi)型數(shù)據(jù)。通過(guò)定位信息在三維場(chǎng)景中展示每一個(gè)檢測(cè)對(duì)象的檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的評(píng)定、對(duì)比分析、定位，數(shù)據(jù)結(jié)果與相應(yīng)模型結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析生成趨勢(shì)分析圖，選擇檢測(cè)對(duì)象查詢(xún)檢測(cè)記錄匯總數(shù)據(jù)后生成檢測(cè)報(bào)告，并以三維模型為載體對(duì)檢測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行搭載和定位展示。

浮體平臺(tái)由于作業(yè)環(huán)境的特殊性，平臺(tái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)的聯(lián)動(dòng)，水下環(huán)境也處于無(wú)網(wǎng)環(huán)境，為了便于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和后續(xù)數(shù)據(jù)的積累，將檢測(cè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分為現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)、陸地系統(tǒng)和用于現(xiàn)場(chǎng)與陸地系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)同步程序3 個(gè)部分，其中現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)部署在平臺(tái)的集成控制室內(nèi)（或作業(yè)船中集裝箱）、陸地系統(tǒng)部署在陸地辦公室。

2 現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)通過(guò)三維交互式應(yīng)用引擎，實(shí)現(xiàn)模型的加載并查看原有設(shè)計(jì)屬性與保留板面原有設(shè)計(jì)標(biāo)識(shí)。根據(jù)定義的設(shè)備類(lèi)庫(kù)、屬性、位置坐標(biāo)等，將模型對(duì)象進(jìn)行映射解析，提取模型的位號(hào)和對(duì)應(yīng)的模型屬性，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與可視化模型對(duì)象、模型屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)（圖2）。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)

為了提高數(shù)據(jù)的管理效率，根據(jù)裝置的檢測(cè)需要，規(guī)劃不同的關(guān)鍵檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)將關(guān)鍵檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行對(duì)象化、數(shù)據(jù)化的管理，能夠在檢測(cè)的時(shí)候進(jìn)行針對(duì)性的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。針對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)建立采集點(diǎn)臺(tái)賬，可在系統(tǒng)中對(duì)每個(gè)固定測(cè)點(diǎn)、巡檢點(diǎn)（位置/對(duì)象）設(shè)置為檢測(cè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)并對(duì)每個(gè)采集點(diǎn)設(shè)置其數(shù)值范圍對(duì)應(yīng)的狀態(tài)。通過(guò)導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)移入的檢測(cè)數(shù)據(jù)（外觀、ACFM、PAUT），通過(guò)唯一位號(hào)關(guān)系及定位坐標(biāo)，模型與測(cè)點(diǎn)建立一對(duì)一關(guān)系。將模型與現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和互通，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊對(duì)象模型便捷查看設(shè)備基本信息、檢測(cè)數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息等數(shù)據(jù)內(nèi)容。對(duì)浮體結(jié)構(gòu)水下部分檢測(cè)、檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成與組態(tài)。為了更好地使用系統(tǒng)功能，就必須保證數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性、刷新率。將集成檢測(cè)系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)，并保持每個(gè)數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)一致，通過(guò)離線(xiàn)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，為業(yè)務(wù)人員在運(yùn)維決策時(shí)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐與集成控制室中的操控、ACFM 檢測(cè)、PAUT 檢測(cè)系統(tǒng)相對(duì)接，以圖片、視頻、表格、文件等形式實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果等數(shù)據(jù)的抓取、編號(hào)及位置對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)，同時(shí)為操控系統(tǒng)提供一個(gè)完整的三維模型文件和完整的檢測(cè)示意排版圖，利用檢測(cè)數(shù)據(jù)出具檢測(cè)報(bào)告。報(bào)告中包含帶有位置信息的排版示意圖或布置圖，在三維交互式平臺(tái)中展示各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線(xiàn)和部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供彩虹圖展示，并且通過(guò)設(shè)置報(bào)警邏輯、閾值根據(jù)報(bào)警類(lèi)型在三維場(chǎng)景展示報(bào)警信息，同步突出對(duì)應(yīng)的焊縫位置。在后臺(tái)管理信息平臺(tái)嵌入成套浮體結(jié)構(gòu)自動(dòng)化檢測(cè)裝置的備品備件使用及損耗，維修保養(yǎng)情況的采集與查看的管理臺(tái)賬系統(tǒng)，提升運(yùn)維保證能力。

3 陸地系統(tǒng)

與現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)相比，陸地系統(tǒng)的功能更加完善，通過(guò)三維引擎完成模型加載后如無(wú)焊縫信息，則可按邊界信息實(shí)現(xiàn)焊縫的添加，并體現(xiàn)出浮體面板的厚度。在與現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有差異時(shí)，可在模型上進(jìn)行修改。例如，在設(shè)計(jì)軟件修改升級(jí)后能實(shí)現(xiàn)模型的替換與合并，并且相應(yīng)模型信息等能完整保留，同時(shí)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理與三維模型的導(dǎo)出。管理結(jié)構(gòu)具備傳統(tǒng)的信息化管理功能，如用戶(hù)、組織架構(gòu)、角色等（圖3）。

圖3 陸地系統(tǒng)

4 數(shù)據(jù)同步程序

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步的雙向性是數(shù)據(jù)同步程序的關(guān)鍵，工作包從陸地系統(tǒng)導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)，從陸地系統(tǒng)導(dǎo)出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等導(dǎo)入現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的增量同步?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)完成之后，需要將動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)同步到陸地系統(tǒng)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)導(dǎo)出生成現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)下載，將此數(shù)據(jù)拷貝到移動(dòng)硬盤(pán)，然后導(dǎo)入陸地系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)陸地系統(tǒng)掛接的動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)的增量同步（圖4）。

圖4 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)子系統(tǒng)和一個(gè)陸地系統(tǒng)及數(shù)據(jù)同步程序3 個(gè)部分，完成對(duì)浮體結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，三維可視化數(shù)據(jù)收集與三維模型查看功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)浮體結(jié)構(gòu)的綜合管理。檢驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告出具的自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)浮體結(jié)構(gòu)缺陷評(píng)定、趨勢(shì)分析、定位等。三維交互式應(yīng)用引擎實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)的搭載與數(shù)據(jù)的可視化管理，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)了無(wú)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)同步。通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)與三維模型的關(guān)聯(lián)，三維可視化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)使檢測(cè)結(jié)果的展示更加直觀，為石化能源裝備的全壽期安全保障提供了更加高效的科技手段，高效、及時(shí)的運(yùn)維保養(yǎng)工作也大大提高了設(shè)備裝置的生命周期，進(jìn)一步提升裝備的產(chǎn)出效益，推動(dòng)石化能源領(lǐng)域的不斷發(fā)展。