SPI軟件在油田地面工程設計中的應用

陸地

（中國石油集團工程設計有限責任公司北京分公司，北京100085）

隨著中國油氣行業的快速發展，海外油田地面工程項目逐漸增加，油田工程越來越趨于大型化、復雜化、智能化，使得傳統的工程設計模式和工作流程逐漸顯現出其局限性，從而對工程設計過程提出了更高的要求。在儀表自控專業設計中，計算機輔助設計軟件AutoCAD及Office辦公自動化軟件是設計中的主要應用工具。為了滿足業主要求和工程項目的需要，進一步提高工程設計效率，保證工程設計質量，以數據庫為核心的儀表設計與管理軟件SPI（SmartPlant Instrumentation）在儀表自控設計中得到越來越多的應用。

1 SPI軟件概述

SPI源于美國Intergraph公司的Intools軟件，為工廠業主和EPC總包商（工程設計公司）提供的一款儀表工程軟件，該軟件基于數據庫原理，能夠在一個相互交互數據的共同平臺上，按照統一的設計規則和工作流程，應用軟件集成的各個模塊，進行數據查詢、設計與管理，服務于從設計、施工到運營完整的工廠生命周期。目前SPI軟件在國際性工程公司儀表設計領域應用廣泛，國內大型工程公司也引入該軟件，在石化行業得到認知并逐步推廣開來。

1.1 SPI軟件基本功能

SPI包括Administration程序和SPI主程序，即管理模塊和工程設計模塊。在同一數據庫下，各個模塊的數據信息可以交互使用，每個模塊的數據存取和更新都是基于數據庫的，從而保證了各模塊間數據共享以及各模塊生成文件數據的一致性。

管理模塊分為系統管理員和項目管理員模塊。系統管理員的主要工作是在數據庫中對項目進行初始化，定義SPI軟件用戶以及項目等。項目管理員模塊分配項目管理員的權限，創建Plant-Area-Unit結構的項目架構，以及項目的基本設置，例如定義具體的項目規則，定義組，分配用戶到組等。因此，在一個項目中要有專門的項目管理員對SPI軟件和數據庫進行管理和維護，與工程設計人員配合完成工作。

工程設計模塊能夠完成油田地面工程設計中大部分儀表文件，主程序包括儀表索引模塊、規格書模塊、計算模塊、工藝參數模塊、接線模塊、回路圖模塊、安裝圖模塊、文件Binder模塊、Browser模塊等。各個模塊的功能及特點［1］見表1所列。

表1 SPI軟件組成及功能

1.2 SPI軟件的先進性

目前SPI軟件在國內外大型工程公司都有所應用，很多業主也要求以SPI軟件為基礎進行儀表自控的設計，其廣泛的應用前景得到越來越多的關注。較之于傳統的設計方法，SPI軟件的優勢主要體現在以下幾個方面：

1）數據庫平臺。SPI采用客戶端－數據庫的模式，多個用戶在一定的權限內在同一平臺同時展開工作，實現了數據的一致性。

2）數據交互。在項目內，所有項目需要用到的模板和各參數，遵循統一標準，使用統一模板，統一參數定義，所有數據在不同模塊之間可以交互使用。不同專業間，SPI作為Intergraph公司集成數據框架的一部分，能夠與其他SmartPlant系列軟件分享數據。在EPC與業主之間，所有的數據信息都在一個數據庫DB文件中，在文件提交時只需要提交一個數據庫文件，業主方安裝SPI軟件即可調出相應文件。

3）準確性和高效率。數據的自動轉移和報表自動生成功能，減少了工作量，提高了效率，保證了文件質量。

2 SPI軟件二次開發

2.1 二次開發的必要性

在大中型油田地面工程中有符合油田設計的流程，需要開發一套適合油田地面工程設計標準的模板，建立符合該行業、該單位規范和要求的數據庫，SPI軟件二次開發有其必然性：

1）SPI作為一款大型的儀表自控設計管理專業軟件，在使用之前僅提供了一個儀表設計管理模塊的數據庫平臺，需要相關人員進行符合該行業、該部門設計要求和習慣的二次開發。

2）SPI的功能模塊僅能滿足一般儀表設計的需要，但是不同的單位、不同的項目有著各自的設計要求和文件格式，需要開發出符合項目要求的模板。

3）儀表設計中需要出版的索引表、I/O表、電纜表等報表類文件，需要進行用戶化的開發，符合用戶的要求。

2.2 二次開發成果

1）基于SPI數據庫的開發。SPI軟件提供了13個模塊和1個管理員模塊，重點模塊需要在設計之初進行分模塊化的二次開發，文中僅對索引模塊具體說明。

索引模塊：索引模塊在項目開始階段尤為重要，關系到其他模塊的應用，是二次開發的重點。索引模塊參數眾多，有的參數需要在項目開始之前定義好，可大幅減輕后續設計的工作量。例如Instrument Type，選擇“Profile”后，在“Wiring and Control System”下可以定義儀表的現場接線端子、接線電纜等接線信息。在建立新的儀表位號時，將自動生成定義的信息。

2）進一步的用戶化。分模塊的二次開發后，SPI軟件可以完成80%的設計文件，但是通過SPI軟件設計的表格類文件及圖紙其格式較為固定。因此，用戶化的文件開發勢在必行。使用數據庫開發軟件Power Builder中的Infomaker制作符合用戶化要求的PSR報表文件，調用SPI軟件的數據庫，以達到用戶化要求。

二次開發的所有標準數據文件模板都是基于油田地面工程設計標準建立的，與傳統的設計一脈相承，均可應用SPI軟件直接輸出成果文件，保證了數據和格式的統一性，具有一定的工程意義。

通過二次開發，完成軟件數據的錄入等工作后，可以直接出版儀表相關文件：

a）建立符合項目要求的圖框后，完成現場儀表到控制系統的接線，儀表接線圖可以通過軟件直接生成。

b）安裝圖是以AutoCAD模板圖為基礎，建立相應的材料庫，將各儀表與對應安裝圖關聯即可，根據關聯的儀表還可以自動生成材料表。

c）對于儀表索引表、I/O表、接線箱表、電纜表、監控數據表，甚至電纜橋架等報表類文件，通過編制好的PSR文件調用SPI軟件數據庫，可以生成標準化的表格。

3 SPI軟件在海外某項目中的應用

SPI軟件在伊拉克某油田地面工程二期設計中得到了初步應用。目前，在軟件二次開發的基礎上，已經出版了部分設計文件。實際應用中，對軟件與項目的結合尚需進一步探索。SPI軟件在該項目的應用主要包括以下內容：

3.1 項目準備階段

項目實施之前要根據項目的具體情況對SPI軟件進行整體的規劃。

1）確定項目結構。油田地面工程包括CPF，FSF，外輸管線、電站等子項，在SPI中建立Plant-Area-Unit的等級結構。根據子項不同區域劃分為不同的Plant，每一個Plant根據具體功能有不同的Area劃分方式。在CPF中，工藝流程區域包括油處理、氣處理和水處理，可以以此為依據劃分不同的Area；FSF下每一個平臺為一個Area；Area下的Unit單元根據實際所在區域的裝置進行劃分。不同的項目有不同的結構方式，對同一項目不同的專業人員也有不同的理解，但是每一個項目的等級結構劃分要求清晰合理，以利于后期設計人員的分配、管理以及分區域成果文件的出版。

2）定義項目規則。項目開始前要在SPI軟件中定義命名規則，例如儀表位號、回路號、電纜、CS Tag的命名規則；根據項目定義儀表類型及屬性，包括接線端子、電纜類型、接線方式等。命名規則及儀表類型定義之后，可以減少后續的工作量，提高工作效率。

3）分配用戶權限。SPI用戶包括管理員和普通用戶，建立用戶之后，需要將用戶分配到組，不同的組別具有不同的權限級別。在一個項目中根據實際需求將不同的設計人員劃分到相應的組中，避免對軟件的誤操作，提高設計的準確性。

3.2 項目實施階段

3.2.1 儀表索引

前期的準備階段完成之后，首先需要建立儀表位號，儀表數據的錄入是展開其他工作的基礎。在SPI軟件的索引模塊中，常用的儀表位號建立方式有以下三種方式［2］：

1）采用SPI中最基本的NEWTAG的方式建立儀表位號，可以通過DUPLICATE復制建立相類似的儀表。

2）采用典型回路的方式，SPI軟件中先建立好每種典型的回路（如FT，FY，FV），以此作為模板，在生成回路時，只需在模板的基礎上寫入回路號即可快速生成回路及回路中所有的儀表。

3）采用IMPORT方式，也就是先將所有儀表的信息錄入到Excel表格中，再通過SPI軟件提供的IMPORT程序，一次性將所有Excel中的儀表信息輸入到SPI軟件中，建立起項目的儀表數據庫。

建立儀表位號時，主要采用的是第一種方式，通過DUPLICATE復制相似回路，應用Browser模塊可以提高儀表信息的錄入效率。

3.2.2 工藝參數及儀表數據表

在建立好的數據表模板中包含工藝的參數，需要工藝專業提供相關信息，模板中相同的數據項無需重復錄入。

3.2.3 接 線

根據SPI軟件的特點，首先要創建必要的儀表盤柜和電纜，儀表盤柜包括接線箱、Marshaling柜、系統柜等，儀表電纜在儀表位號創建時已經自動生成。油田地面工程項目現場儀表較為分散，因而接線箱的布置以及接線箱和Marshaling柜的端子需要根據點數進行詳細的規劃。

3.2.4 回路圖

儀表接線完成后，SPI軟件自動生成回路圖，與傳統設計方式相比，保證了設計文件的準確性，大幅提高了設計工作的效率。回路圖的生成過程也是檢查接線是否正確的過程，如果接線有誤或者信號未連通都會導致回路圖生成錯誤。

4 結束語

SPI軟件突破了傳統的設計理念和方式，在國內外工程公司中得到越來越多的應用。通過在油田地面工程儀表設計中的實際應用，進一步提高了該軟件的可操作性和靈活性，為其他項目的實施奠定了基礎。隨著SPI在設計人員中的廣泛應用以及二次開發的不斷深入，該軟件在石油地面工程設計中的應用將更加成熟，有利于國內工程公司開拓國外市場。

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