AVEVA異地協(xié)同技術在海洋石油工程三維設計中的應用

蔣小華，王 佳，徐 庚，黃太安

[海洋石油工程(青島)有限公司，山東 青島 266520]

0 引 言

近年來，三維(3D)設計技術以其巨大的優(yōu)勢被迅速應用到各個工業(yè)設計領域。AVEVA 公司推出的PDMS(Plant Design Management System)軟件以其強大的三維建模能力、便利的圖紙抽取方式以及自動統(tǒng)計材料、檢查碰撞等功能成為石油、化工、電力等行業(yè)領先的三維設計平臺。眾多研究人員對PDMS軟件在建模、出圖等方面的應用做了大量的研究。例如，崔同凱等[1-3]研究了PDMS在管道、設備、電纜通道建模中的應用；周乃軍[4]研究了PDMS建模流程；唐涌濤等[5]研究了PDMS工具的二次開發(fā)應用。海洋石油工程(青島)有限公司(以下簡稱青島公司)的研究人員也對PDMS在海洋石油工程中的應用進行了廣泛探索[6-8]。但是這些研究都基于PDMS軟件在單個物理位置的應用，即PDMS三維模型只在一個物理位置進行共享。隨著工程總承包(EPC)全球化的推進，總包、設計、建造、安裝工作分別由不同的公司承擔已經(jīng)成為常態(tài)，這些公司的設計中心往往位于不同地域，地理位置相距遙遠。在位于不同地理位置的設計中心之間共享PDMS三維模型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)各設計中心在同一個三維模型中的實時同步設計，提高設計效率、減少設計沖突，已成為一項切實又緊迫的研究課題。目前，僅李云濤等[9-10]少數(shù)研究人員對此課題做了初步研究，還不足以滿足海洋石油工程項目的實際需要。本文主要研究應用AVEVA異地協(xié)同技術，實現(xiàn)異地設計中心在PDMS三維設計平臺上的實時同步設計，并確保設計數(shù)據(jù)在不同設計中心之間同步更新正常、項目權限管理正常。

1 項目概述

目前，海洋石油工程股份有限公司承擔的海洋石油工程項目一般由塘沽設計公司進行詳細設計(詳設)，由青島公司進行建造并承擔相應的加工設計工作(加設)。根據(jù)一體化建造等新工藝的實施規(guī)劃，青島公司以麗水36-1項目和番禺34-1項目作為新工藝建造的試點項目，提出了以部分實施、逐步推進的方式完成新工藝的實施，即在項目前期根據(jù)建造計劃和詳設到圖情況在甲板片預制過程中同步完成安裝欄桿、擋水扁鐵、設備底座、地漏、管支架、電儀托架支架、保溫釘、舾裝龍骨等工作；在項目中后期將部分電儀托架、機械設備、配管管線、拉筋、墻皮等預安裝至甲板片。新工藝的工藝流程屬于多專業(yè)、多工種交叉作業(yè)，因此施工困難大，相對于傳統(tǒng)建造工藝，新工藝對統(tǒng)籌安排建造順序提出了非常嚴格的要求。加設作為直接面向建造的重要環(huán)節(jié)，如何準時、高質(zhì)量地提交滿足新工藝實施要求的設計成果成為一個重點、難點。

另一方面，隨著設計新界面的實施，青島公司還需要承擔小管線模型[2英寸(1英寸=2.54 cm)及以下]、小管線支架模型、分支電纜托架模型和全部尺寸托架的支架模型以及照明燈具、接線箱等電氣儀表專業(yè)設備和相應支架模型的三維建模、出圖等設計工作。如果等到詳設完成三維建模后再將數(shù)據(jù)提交給青島公司，加設在此基礎上進行建模、出圖等設計工作，從時間上來說，根本無法滿足一體化建造新工藝的要求。

在此背景下，迫切需要一種異地協(xié)同技術，使得加設能夠與詳設在同一個三維平臺上同時開展設計工作。目前，由塘沽設計中心進行詳細設計的項目基本采用PDMS軟件作為三維設計平臺。同時，公司配套引進了AVEVA公司的異地協(xié)同技術，以期解決不同設計中心異地同步設計的難題。對該技術進行應用研究已經(jīng)成為切實的要求。

2 研究內(nèi)容及技術原理

本文研究的主要內(nèi)容是如何通過AVEVA異地協(xié)同技術的應用實施，實現(xiàn)青島(加設)與塘沽(詳設)設計中心在PDMS三維設計平臺上實時同步設計的目的，并確保設計數(shù)據(jù)在青島、塘沽設計中心之間同步更新正常、項目權限管理正常。在此基礎上，通過自行開發(fā)PDMS后臺管理程序，提高GLOBAL授權利用率，減少GLOBAL軟件授權點的需求數(shù)量，達到節(jié)省軟件使用費、提高項目經(jīng)濟效益的目的。

2.1 AVEVA異地協(xié)同技術原理

AVEVA異地協(xié)同技術原理如圖1所示。通過該技術，一個項目可以根據(jù)參與項目公司的地理位置或設計中心情況設置多個Location用于三維設計，一般一個Location對應一個設計中心。根據(jù)權限的不同，Location分為兩種：其中一個Location為項目中心站(HUB)，擁有整個項目的完全管理權限以及全套數(shù)據(jù)庫；其他Location則被稱為衛(wèi)星站(Satellite)，只擁有項目的部分管理權限，根據(jù)中心站的分配擁有項目整套或部分數(shù)據(jù)庫鏡像。中心站為每個衛(wèi)星站建立各自的工作數(shù)據(jù)庫，衛(wèi)星站僅對自己的工作數(shù)據(jù)庫具有修改權限，對鏡像數(shù)據(jù)庫只能讀取而不能修改。根據(jù)設計的需要，中心站可以通過改變數(shù)據(jù)庫在不同Location的狀態(tài)，將鏡像數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鲾?shù)據(jù)庫，實現(xiàn)賦予該Location數(shù)據(jù)庫修改權限的功能；待工作結(jié)束，將Location工作數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)變?yōu)殓R像數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫修改權限的回收。同一時間，一個數(shù)據(jù)庫只能在一個Location作為工作數(shù)據(jù)庫，而在其他Location都是鏡像狀態(tài)。中心站與衛(wèi)星站之間，通過AVEVA GLOBAL軟件模塊，實現(xiàn)項目設計數(shù)據(jù)的實時同步、數(shù)據(jù)庫權限賦予/回收及其他項目管理等功能。

在實際應用中發(fā)現(xiàn)，AVEVA異地協(xié)同技術具有一定的缺陷：每一個GLOBAL項目均需單獨占用一個GLOBAL授權，多個項目同時運行時，授權使用量巨大，造成軟件使用費用居高不下；同時，GLOBAL授權只能用于中心站與衛(wèi)星站同步數(shù)據(jù)，在項目后期設計修改較少時，數(shù)據(jù)更新量較少，該項目占用的GLOBAL授權大部分時間處于閑置待命狀態(tài)，利用率低下，造成授權資源浪費；多個項目同時運行時，AVEVA GLOBAL只能穩(wěn)定地支持2個項目同時進行數(shù)據(jù)更新，其他項目則容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)艟€、更新不及時等問題。為了解決上述問題，青島公司開發(fā)了PDMS后臺管理程序，用于所有青島-塘沽間設計項目的定時數(shù)據(jù)同步切換，實現(xiàn)了多項目全天候的數(shù)據(jù)實時更新并可大量減少授權資源的占用。

圖1 AVEVA異地協(xié)同技術原理Fig.1 Principle of AVEVA remote collaborative technology

2.2 PDMS后臺管理程序技術原理

PDMS后臺管理程序主要的工作內(nèi)容是定時重啟AVEVA GLOBAL服務，并在每次重啟服務時根據(jù)程序配置文件中的設定切換到不同的GLOBAL服務配置文件，每個服務配置文件指向2個不同的項目。運行中，通過PDMS后臺管理程序?qū)LOBAL服務配置文件的輪換，同時配合項目自身GLOBAL的更新策略，實現(xiàn)多個項目數(shù)據(jù)自動更新輪流進行。

PDMS后臺管理程序配置文件結(jié)構(gòu)示例如下：

pdmsPath="C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4"

batchFilePath="C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4Multids.bat">

其中每個Config項是一條定時重啟AVEVA GLOBAL服務配置項。Week屬性用于指定在每周的哪幾天使用該配置，Hour用于指定啟動的小時數(shù)，Minute指定的是啟動的分鐘數(shù)，pdmsPath指定PDMS的安裝目錄，batchFilePath用于指定GLOBAL服務配置文件位置。上條配置文件的意義為在周一到周五，每天10:30重啟GLOBAL服務，使用的GLOBAL服務配置文件為C:AVEVAPlantPDMS12.0.SP4Multids.bat。

PDMS后臺管理程序的界面如圖2所示。

3 研究方案部署

AVEVA 異地協(xié)同技術在青島公司屬于首次應用，因此整個研究過程分為兩個階段，相應地部署了兩個方案：方案一，利用荔灣3-1項目進行AVEVA異地協(xié)同技術在單個項目中的應用研究，以測試AVEVA 異地協(xié)同技術在海洋石油工程三維協(xié)同設計應用中的可行性；方案二，在方案一的基礎上，以麗水36-1項目和番禺34-1項目為試點，進行PDMS后臺管理程序及AVEVA異地協(xié)同技術在多項目上的應用研究，以測試PDMS后臺管理程序的可靠性。

方案實施期間，試點項目均將塘沽作為中心站，青島作為衛(wèi)星站，中心站與衛(wèi)星站之間使用VPN進行網(wǎng)絡連接。兩個Location的PDMS軟件及GLOBAL均使用相同的版本。

4 研究方案測試

方案部署完畢后，依次對兩個方案進行了測試。

4.1 AVEVA異地協(xié)同技術單項目應用測試

AVEVA異地協(xié)同技術首先在荔灣3-1組塊項目中進行了應用研究，測試內(nèi)容包括中心站與衛(wèi)星站的通信情況，中心站與衛(wèi)星站的數(shù)據(jù)庫建立、數(shù)據(jù)庫分配，衛(wèi)星站用戶管理，衛(wèi)星站數(shù)據(jù)庫同步更新等幾個方面。測試情況如下。

(1)Location的建立與通信測試。中心站與衛(wèi)星站的通信是異地協(xié)同設計傳輸數(shù)據(jù)的基礎，通信的速度及可靠性直接影響到異地協(xié)同設計能否實現(xiàn)。衛(wèi)星站初始化完畢后，進入項目管理模塊，對GLOBAL通信情況進行測試，結(jié)果顯示中心站與衛(wèi)星站通信順暢，網(wǎng)絡延遲約為300 ms，可以滿足協(xié)同設計下中心站與衛(wèi)星站之間數(shù)據(jù)更新的要求。

(2)工作數(shù)據(jù)庫的建立及權限管理。由2.1節(jié)的介紹可知，只有中心站才有權限創(chuàng)建、分配數(shù)據(jù)庫，中心站建立的數(shù)據(jù)庫必須及時分配到衛(wèi)星站，衛(wèi)星站才能進行相應的設計工作。荔灣3-1中組塊項目中，詳設、加設數(shù)據(jù)庫分開，各專業(yè)數(shù)據(jù)庫按平臺層高建立。中心站為衛(wèi)星站建立了40多個工作數(shù)據(jù)庫。項目運行過程中，數(shù)據(jù)庫的分配、回收順利，數(shù)據(jù)庫位置正確、修改權限正常，如圖3所示。

圖2 PDMS后臺管理程序界面Fig.2 PDMS management program interface

圖3 荔灣3-1數(shù)據(jù)庫位置Fig.3 LW3-1 databases location

(3) 用戶的建立及授權。衛(wèi)星站用戶由青島衛(wèi)星站的管理員建立。項目運行過程中，創(chuàng)建了50多個用戶，并根據(jù)各專業(yè)的要求，賦予用戶相應專業(yè)對應工作數(shù)據(jù)庫的讀取、修改權限。其間又根據(jù)項目工程師人員及工作范圍的變化，進行了用戶增加/權限修改等。項目運行期間，用戶對數(shù)據(jù)庫的修改、讀取操作正常，滿足了各專業(yè)設計的需要。

(4) 設計數(shù)據(jù)實時更新。設計數(shù)據(jù)的實時更新是異地協(xié)同三維設計得以實現(xiàn)的關鍵，也是驗證AVEVA 異地協(xié)同技術可行性的關鍵指標。荔灣3-1組塊項目中，根據(jù)研究方案要求，對設計數(shù)據(jù)進行實時同步更新。更新由GLOBAL模塊自動完成，數(shù)據(jù)庫按照管理員設定的更新時間和頻率自動完成數(shù)據(jù)更新。考慮到網(wǎng)絡的負載以及項目每天設計數(shù)據(jù)的大小，設置為每小時同步更新一次，每天檢查GLOBAL更新情況。在項目運行過程中，數(shù)據(jù)實時更新功能運行正常，設計成果數(shù)小時之后即可傳輸給對方。部分更新記錄如圖4所示。

圖4 設計數(shù)據(jù)實時更新結(jié)果Fig.4 Result of design data real-time updating

4.2 PDMS后臺管理程序及AVEVA異地協(xié)同技術多項目應用測試

在荔灣3-1項目成功應用AVEVA異地協(xié)同技術的基礎上，以麗水36-1項目和番禺34-1項目為試點，進行PDMS后臺管理程序及AVEVA異地協(xié)同技術在多項目中的應用研究。

經(jīng)過測試，在PDMS后臺管理程序的幫助下，GLOBAL服務在麗水36-1和番禺34-1項目之間自動切換，順利實現(xiàn)了多項目的數(shù)據(jù)穩(wěn)定實時更新。兩個項目部分GLOBAL服務的啟動、停止記錄如圖5所示。

5 研究創(chuàng)新點及解決的主要問題

AVEVA異地協(xié)同技術首次在青島公司應用。通過上述兩個方案的測試，對AVEVA 異地協(xié)同技術在海洋石油工程三維協(xié)同設計應用中的可行性以及PDMS后臺管理程序的可靠性進行了測試。

研究的主要創(chuàng)新點如下：(1)通過在青島公司進行AVEVA異地協(xié)同技術應用研究，驗證了在海洋石油工程三維設計中應用AVEVA異地協(xié)同技術的可行性，首次實現(xiàn)了青島(加設)與塘沽(詳設)在PDMS三維設計平臺上的實時同步設計；(2)開發(fā)了PDMS后臺管理程序，自動在多個項目間切換數(shù)據(jù)同步服務，節(jié)省了GLOBAL授權資源。

通過上述研究，主要解決了如下問題：(1)青島公司與塘沽設計公司在同一個PDMS模型中同時進行設計工作，設計成果傳遞時間由以前的數(shù)天縮短到數(shù)小時，提升了設計進度，滿足了一體化建造新工藝對設計成果提交時間的要求；(2)項目設計數(shù)據(jù)實時同步，雙方可以及時看到對方的設計成果，大大降低了碰撞、干涉發(fā)生的幾率；(3)項目設計成果實時交互審核，避免了不合理設計對建造的影響；(4)建造過程中的詳設升版與加設現(xiàn)場修改實時反饋，提升了設計質(zhì)量；(5)多項目數(shù)據(jù)同步服務的自動切換，節(jié)省了GLOBAL授權資源。

圖5 PDMS后臺管理程序測試結(jié)果Fig.5 Test result of PDMS management application

6 研究成果推廣應用情況

經(jīng)過荔灣3-1項目及后續(xù)麗水36-1、番禺34-1項目的試驗和測試，AVEVA異地協(xié)同技術逐步推廣應用到青島公司其他項目，例如墾利10-1、綏中36-1二期調(diào)整項目等。目前，青島公司承建的由塘沽設計公司負責設計的項目、以及承建國外使用PDMS進行三維設計的海洋石油工程項目，均采用了該技術，提高了青島公司三維設計以及異地協(xié)同設計的水平，提升了項目設計、建造質(zhì)量。同時，PDMS后臺管理程序也進行了大規(guī)模的推廣應用，有效地節(jié)省了軟件授權資源。例如，某年度生產(chǎn)高峰時期，青島公司有12個項目同時使用GLOBAL進行異地協(xié)同設計，如果按照每個項目一個GLOBAL授權的傳統(tǒng)方法，需要使用12個GLOBAL授權；使用PDMS后臺管理程序后，根據(jù)不同項目數(shù)據(jù)的同步負荷合理配置GLOBAL服務文件，實際上僅使用了2個GLOBAL授權即滿足了上述12個項目異地協(xié)同設計的需求，節(jié)省軟件費用達80%以上。

7 結(jié) 語

AVEVA異地協(xié)同技術在荔灣等項目中的成功應用，實現(xiàn)了青島與塘沽兩個設計中心在同一三維模型中實時同步設計的目標，提升了海洋石油工程加工設計水平、建造施工水平以及三維協(xié)同設計水平。通過直觀的三維模型在兩個設計中心間的實時共享，有效地消除了建造中經(jīng)常出現(xiàn)的碰撞問題，有助于材料的精確準備和管線提前預制，縮短了工藝管線、電纜托架、支架等部件預制和安裝的施工周期。數(shù)字化手段的創(chuàng)新應用，為青島公司一體化建造新工藝及設計新界面的順利實施奠定了基礎。PDMS后臺管理程序的開發(fā)應用，有效解決了AVEVA 異地協(xié)同技術的缺陷，節(jié)省了軟件資源，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

[1] 崔同凱，劉慧莉，陳淵明，等. PDMS軟件在鉆井船管道設計中的應用[J]. 中國造船，2012，53(S2)：113.

[2] 劉錫文，韓旭，趙河立，等. PDMS軟件在海水淡化工程中的應用[J]. 計算機應用與軟件，2013，30(7)：104.

[3] 李艷，張麗，方浩. 電纜通道空間布置的三維研究[J]. 華東電力，2011，39(8): 1317.

[4] 周乃軍. 工廠全生命周期土建三維設計流程探索[J].工業(yè)建筑，2011，41(S2011): 149.

[5] 唐涌濤，關暉，蘇榮福，等. 基于PDMS的管道支吊架結(jié)構(gòu)設計軟件開發(fā)[J]. 核動力工程，2014，35(4): 35-38

[6] 徐庚，黃太安，高鳳龍，等．利用PDMS軟件三維設計平臺進行配管加工設計的新方法研究[J]．化工設備與管道，2011， 48(2): 37-48

[7] 蔣小華，黃太安，徐庚，等. 利用PDMS軟件提升海洋平臺配管加工設計質(zhì)量[J].中國造船，2012，53(S2): 54-59

[8] 黃太安，蔣小華，徐庚，等. 三維碰撞檢查技術在海洋石油工程建造中的應用[J].中國造船，2014，55(S2): 259-265

[9] 李云濤.石化工程系統(tǒng)中三維協(xié)同技術研究及應用[D]. 大慶:大慶石油學院，2008.

[10] 王艷艷. PDMS GLOBAL異地協(xié)同設計在長嶺項目中的應用[J]. 企業(yè)技術開發(fā)，2012，31(16): 66-68