房精哲，韓 博

（中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452）

0 引言

隨著“十四五”的開局，我國對能源裝備的發(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，借助科學技術(shù)保障能源裝備的健康穩(wěn)定運行對于國家能源安全有著不可忽視的重要性，因此推進能源裝備數(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)展帶動對石油石化設備、管道檢測技術(shù)的需求，進而帶動檢測新技術(shù)的發(fā)展與應用[1]。基于國家海洋強國戰(zhàn)略的穩(wěn)步實施，我國海工工業(yè)經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的時期，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)被應用在海洋平臺上，國際海工裝備研究機構(gòu)的相關研究與標準對我國海工裝備的發(fā)展也具有很重要的指導意義[2]。

相對于陸地環(huán)境，海洋環(huán)境更加復雜，所以對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。浮體平臺投入使用后，在高鹽分海水的作用下，焊縫界面間的電化學腐蝕是焊縫腐蝕的主要原因，因此焊縫的腐蝕檢測與趨勢分析對海洋裝備平臺的安全運行有著重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測分析系統(tǒng)更加傾向于檢測數(shù)據(jù)的收集與整理，在數(shù)據(jù)展示方面比較抽象化，無法將檢測的結(jié)構(gòu)與實體進行直觀關聯(lián)，所以在面對數(shù)據(jù)結(jié)果時無法將風險點進行精準定位，大大影響管理與運維保養(yǎng)效率。

1 浮體焊縫三維可視化檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

1.1 需求與設計

裝備的結(jié)構(gòu)自動化檢測系統(tǒng)對海上浮體平臺的運行狀態(tài)有著重要作用，檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為檢測系統(tǒng)中重要的一部分，檢測數(shù)據(jù)的采集與分析為裝備的運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)越來越難以滿足石化能源裝備對于運維高效管理的需求，而三維可視化的運維管理具有更加直觀與高效的優(yōu)勢，正逐步取代傳統(tǒng)的信息化管理模式。三維交互式應用管理平臺通過數(shù)據(jù)與模型的聯(lián)動，使運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數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)在浮體平臺的風險管理方面有著重要意義。

通過在三維模型上掛載焊縫的三維坐標信息，聯(lián)動水下檢測機器的坐標信息，使檢測焊縫的位置與三維模型上的焊縫對應，水下檢測設備對浮體的焊縫進行腐蝕程度的檢測，通過物聯(lián)網(wǎng)采集檢測設備的檢測數(shù)據(jù)，對相應數(shù)據(jù)進行分析、對比、存儲與展示。通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果對閾值的響應來提供報警系統(tǒng)，在三維模型結(jié)構(gòu)上快速、準確地找出相應風險點的位置，為浮體平臺的安全評估快速作出結(jié)論與決策。

1.2 實現(xiàn)與應用

三維可視化的檢測數(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)來源、存儲、分析、處理與自動生成報告組成，三維展示模塊中主要由檢測對象信息、資產(chǎn)數(shù)據(jù)與報警模塊組成。通過三維模型數(shù)據(jù)的導入與檢測設備物聯(lián)網(wǎng)設備接口數(shù)據(jù)的采集，通過數(shù)據(jù)庫的對比分析處理，聯(lián)動模型結(jié)構(gòu)信息，使檢測數(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)拓撲結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源主要有3 個途徑，分別是浮體各分段設計圖紙、三維模型與檢測報告。其中，主要數(shù)據(jù)源為操控系統(tǒng)ACFM（Alternating Current Field Measurement，交流電磁場檢測法）檢測、PAUT（Phased Array Ultrasonic Testing，相控陣超聲檢測）監(jiān)測數(shù)據(jù)和儀器外觀監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式包括但不限于結(jié)構(gòu)化監(jiān)測數(shù)據(jù)及圖片、視頻、檢測報告等文檔型監(jiān)測數(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，在模型上掛載各類型數(shù)據(jù)。通過定位信息在三維場景中展示每一個檢測對象的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫的評定、對比分析、定位，數(shù)據(jù)結(jié)果與相應模型結(jié)構(gòu)聯(lián)動，同時根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析生成趨勢分析圖，選擇檢測對象查詢檢測記錄匯總數(shù)據(jù)后生成檢測報告，并以三維模型為載體對檢測相關數(shù)據(jù)進行搭載和定位展示。

浮體平臺由于作業(yè)環(huán)境的特殊性，平臺無法實現(xiàn)外網(wǎng)的聯(lián)動，水下環(huán)境也處于無網(wǎng)環(huán)境，為了便于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和后續(xù)數(shù)據(jù)的積累，將檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分為現(xiàn)場子系統(tǒng)、陸地系統(tǒng)和用于現(xiàn)場與陸地系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)同步程序3 個部分，其中現(xiàn)場子系統(tǒng)部署在平臺的集成控制室內(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)場子系統(tǒng)

現(xiàn)場子系統(tǒng)通過三維交互式應用引擎，實現(xiàn)模型的加載并查看原有設計屬性與保留板面原有設計標識。根據(jù)定義的設備類庫、屬性、位置坐標等，將模型對象進行映射解析，提取模型的位號和對應的模型屬性，將業(yè)務數(shù)據(jù)與可視化模型對象、模型屬性進行關聯(lián)（圖2）。

圖2 現(xiàn)場子系統(tǒng)

為了提高數(shù)據(jù)的管理效率，根據(jù)裝置的檢測需要，規(guī)劃不同的關鍵檢測區(qū)域，通過將關鍵檢測區(qū)域進行對象化、數(shù)據(jù)化的管理，能夠在檢測的時候進行針對性的數(shù)據(jù)關聯(lián)。針對檢測數(shù)據(jù)建立采集點臺賬，可在系統(tǒng)中對每個固定測點、巡檢點（位置/對象）設置為檢測數(shù)據(jù)采集點并對每個采集點設置其數(shù)值范圍對應的狀態(tài)。通過導入現(xiàn)場系統(tǒng)移入的檢測數(shù)據(jù)（外觀、ACFM、PAUT），通過唯一位號關系及定位坐標，模型與測點建立一對一關系。將模型與現(xiàn)場檢測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)關聯(lián)和互通，實現(xiàn)點擊對象模型便捷查看設備基本信息、檢測數(shù)據(jù)以及報警信息等數(shù)據(jù)內(nèi)容。對浮體結(jié)構(gòu)水下部分檢測、檢測數(shù)據(jù)進行集成與組態(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、準確性、刷新率。將集成檢測系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)，并保持每個數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)一致，通過離線形式進行數(shù)據(jù)同步，為業(yè)務人員在運維決策時提供及時、準確的數(shù)據(jù)支撐與集成控制室中的操控、ACFM 檢測、PAUT 檢測系統(tǒng)相對接，以圖片、視頻、表格、文件等形式實現(xiàn)檢測結(jié)果等數(shù)據(jù)的抓取、編號及位置對應存儲，同時為操控系統(tǒng)提供一個完整的三維模型文件和完整的檢測示意排版圖，利用檢測數(shù)據(jù)出具檢測報告。報告中包含帶有位置信息的排版示意圖或布置圖，在三維交互式平臺中展示各類業(yè)務數(shù)據(jù)的趨勢曲線和部分業(yè)務數(shù)據(jù)提供彩虹圖展示，并且通過設置報警邏輯、閾值根據(jù)報警類型在三維場景展示報警信息，同步突出對應的焊縫位置。在后臺管理信息平臺嵌入成套浮體結(jié)構(gòu)自動化檢測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賬系統(tǒng)，提升運維保證能力。

3 陸地系統(tǒng)

與現(xiàn)場子系統(tǒng)相比，陸地系統(tǒng)的功能更加完善，通過三維引擎完成模型加載后如無焊縫信息，則可按邊界信息實現(xiàn)焊縫的添加，并體現(xiàn)出浮體面板的厚度。在與現(xiàn)場檢驗發(fā)現(xiàn)有差異時，可在模型上進行修改。例如，在設計軟件修改升級后能實現(xiàn)模型的替換與合并，并且相應模型信息等能完整保留，同時實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)的管理與三維模型的導出。管理結(jié)構(gòu)具備傳統(tǒng)的信息化管理功能，如用戶、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

實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步的雙向性是數(shù)據(jù)同步程序的關鍵，工作包從陸地系統(tǒng)導入現(xiàn)場子系統(tǒng)，從陸地系統(tǒng)導出基礎數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等導入現(xiàn)場子系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)的增量同步?，F(xiàn)場檢測完成之后，需要將動、靜態(tài)數(shù)據(jù)同步到陸地系統(tǒng)。通過現(xiàn)場子系統(tǒng)導出生成現(xiàn)場子系統(tǒng)數(shù)據(jù)下載，將此數(shù)據(jù)拷貝到移動硬盤，然后導入陸地系統(tǒng)，即可實現(xiàn)陸地系統(tǒng)掛接的動、靜態(tài)數(shù)據(jù)的增量同步（圖4）。

圖4 系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

通過現(xiàn)場子系統(tǒng)和一個陸地系統(tǒng)及數(shù)據(jù)同步程序3 個部分，完成對浮體結(jié)構(gòu)檢測數(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，實現(xiàn)了對現(xiàn)場浮體結(jié)構(gòu)的綜合管理。檢驗檢測報告出具的自動化，實現(xiàn)對浮體結(jié)構(gòu)缺陷評定、趨勢分析、定位等。三維交互式應用引擎實現(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)導入導出功能實現(xiàn)了無網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)同步。通過檢測數(shù)據(jù)與三維模型的關聯(lián)，三維可視化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)使檢測結(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、及時的運維保養(yǎng)工作也大大提高了設備裝置的生命周期，進一步提升裝備的產(chǎn)出效益，推動石化能源領域的不斷發(fā)展。