新疆油田地面建設工程項目可視化協同平臺的設計與實現

石峰 張德君 王利君 王傳平

1中國石油新疆油田分公司數據公司

2中國石油新疆油田分公司采氣一廠

油田地面建設工程是一個多方參與、多專業工作的過程，參與設計的單位眾多，所涉及的專業也較多[1]，包括建筑工程、化學工程、石油工程、地質工程、機械工程、動力工程、信息與控制工程、環境保護工程等，一項設計任務往往需要不同的設計單位和專業的技術人員共同協作來完成。

近年來，隨著“數字油田”的不斷發展，數字技術正在越來越多地應用到新疆油田的每個角落[2]。在新疆油田地面建設工程領域，隨著建設工程規模日益擴大，技術含量和項目管理的集成化、國際化程度越來越高，知識管理的重要性日益突顯。利用信息和信息處理技術建立地面工程信息資源的共享平臺，將勘察、規劃設計、建設等相關組織進行整合，打破傳統建設期各組織、各專業信息平臺孤立的局面，為油田的建設部門提供可視化的協同平臺，為地面建設、油氣運輸以及勘探開發等方面做好數據共享的準備，同時為油田科學建設與發展提供可靠的決策依據，這是目前數字油田和智慧油田實現的重點與難點。

因此，綜合應用信息技術、可視化技術、BIM技術等，設計一種適合油田建設項目所有專業可協同工作的平臺不僅是實際油田工程建設的需要，也是完善我國可視化協同應用的重要過程。

1 可視化協同與傳統協同模式的對比

新疆油田公司作為中國西部最大的石油生產企業，在油田建設設計階段，各個專業齊頭并進，每個專業設計完畢后經過審核、會簽等交由其他專業，設計過程中如有設計變更，其他專業將隨之變更，然后進行再次審核、會簽等工作。

傳統的設計模式主要基于CAD的平面設計，難以直觀表達設計意圖，以及難以描述綜合專業間的空間拓撲關系[3]，各個專業默認享有全部建筑與結構確定的空間資源，而并不考慮其他專業的空間布局，當各專業設計完畢后則通過圖紙會簽的方式將設計結果匯總成管線綜合設計方案，如圖1所示。

圖1 傳統各專業協同工作示意圖Fig.1 Schematic diagram of collaborative work in traditional specialties

傳統的基于二維協同模式下，協同工作流分解的靜態性與工作流過程的動態性之間的矛盾難以解決，在油田地面工程設計環節中各專業之間存在協同不方便、信息丟失現象，在專業綜合方面更是難以進行快速、有序、高效的協同工作。

可視化協同以三維數字化BIM模型為基礎[4]，從油田項目的開始，就為其全生命周期提供了一種可信賴、信息共享的知識資源，因此在可視化協同平臺所設定的三維空間內可以合理地組織所有的設計參與者，并依據一定的協同工作模式進行協同設計，可有效地解決協同過程中工作流的分解靜態性與過程動態性之間的矛盾。

可視化協同平臺以三維模型為基礎，設計過程與設計結果均為可視化，通過控制各專業的空間資源共享與分配過程優先級即可合理地組織協同工作的流程，在此過程中各專業通過可視化協同平臺直接進行信息交互，如圖2所示。

圖2 基于BIM的各專業協同工作示意圖Fig.2 Schematic diagram of specialties collaborative work based on BIM

二維CAD協同模式與可視化協同模式對比如表1所示。

2 可視化協同平臺設計與實現

2.1 平臺架構

本文所設計的可視化協同平臺采用輕量級WEB服務架構RESTFUL，同時向客戶端、WEB瀏覽器以及移動端提供服務，達到同時兼容從大屏到小屏的各種客戶終端的目的。平臺架構如圖3所示。

表1 二維CAD與三維BIM協同模式對比Tab.1 Comparison of two-dimensional CAD and three-dimensional BIM collaborative models

圖3 可視化協同平臺架構Fig.3 Architecture of visualization collaboration platform

平臺采用JavaEE為核心技術，其特點包括靈活性、穩定性、可伸縮性及跨平臺等，是當前企業級應用的主流技術實現方案，具有如下特點：

（1）采用面向對象的思想進行分析設計，領域設計貫穿于整個軟件研發的生命周期，同時定義需求中的每一個不可分割的業務功能點為一個領域模型，圍繞該模型采用動態代理模式實現具體業務功能。

（2）通過工作流平臺實現業務功能的流轉。通過流程的定制將各個具體的業務功能點串聯在一起，實現具體的業務操作場景。

（3）以組件化的方式實現業務功能的集成，平臺采用RESTFUL架構，提供相比于SOAP更輕量級的WEB服務，使得平臺響應效率更高。

2.2 可視化協同功能設計與實現

2.2.1 大數據技術實現海量元件級管理

在平臺中，定義油田建設工程中每一個實體、設備、管線、結構等都有對應的“對象”，這個對象存儲了與其相關的所有屬性以及各個對象之間的關聯關系，如圖4所示。隨著工廠在不同階段的推移，平臺將不同階段的數據再次追加和補充到這個對象上去，逐漸完善，同時下游部門可以直接利用上游輸入的數據，而不需要再次錄入，在保證數據的一致性、準確性的同時減少數據重復錄入的工作量。

圖4 可視化平臺中元件與信息關聯示意圖Fig.4 Schematic diagram of component and information association in the visualization platform

2.2.2 三維模型展示與管理

平臺內置eZWalker輕量化三維可視化引擎，支持超大模型瀏覽，擁有良好的擴充性和壓縮比，核心分層傳輸技術與流式加載的方式能夠保障在瀏覽器上流暢展示三維場景，支持多人共享同一三維場景。

可視化協同平臺提供常用的模型操作功能，包括隱藏、隔離、透明、剖切、變色、測量等，便于用戶在校審時對模型內部進行檢查。平臺支持用戶對三維模型添加紅線批注，增加評論并將評論轉換成任務，以供設計人員修改模型或進一步溝通。

2.2.3 任務協同

在設計過程中不同的專業任務所起的作用不同，因此每個專業任務具有一定的權限，不同的權限具有不同的優先級，此優先級直接決定了專業任務在所有協同活動中的優先關系。

各專業間訪問控制采用基于角色的訪問控制（RBAC），RBAC是一種成熟的面向安全訪問控制的方式[5]，其基本思想是通過對角色控制操作權限，從而將權限控制在有效的范圍內。本文所設計的任務協同關系模式采用RBAC訪問控制方式，能從根本上防止專業間越權行為的發生，最大程度降低權限分配消耗，并允許將任務分配給其他用戶，同時也可以將任務移交給其他用戶，并進行狀態跟蹤直至任務關閉。

2.2.4 文檔管理

文檔管理模塊實現施工圖紙、竣工圖紙、設備操作說明書、維護手冊等資料的集中、統一管理，并實現文檔資料與三維模型的關聯，加強圖檔資料的實用性，方便用戶能夠從三維場景中根據模型快速查詢到相關文檔資料，進而降低圖檔資料的使用難度及維護難度，解決文檔資料零散、管理不便等問題，保證油田建設過程中資料資源的可持續應用。

3 結論

油田地面建設工程是一個多方參與、多專業工作的過程，在傳統CAD平面設計的基礎上，協同工作效率低下。新疆油田公司作為中國西部最大的石油生產企業，多專業協同工作的重要性更為突出，本文基于eZWalker三維平臺設計了一種基于三維場景模型與信息共享的多專業協同工作平臺，該平臺根據專業分配一定的權限，采用角色訪問控制方式，提供海量元件管理、三維模型的展示與管理、各設計專業任務協同及文檔管理功能，能夠有效地解決各個專業之間的協同工作，以及共享數據的利用率，可從根本上提高新疆油田建設過程中設計環節的效率，并為我國油田建設多專業協同工作提供借鑒意義。