SP3D在撬塊化設計中的應用

張賢(亞德環保工程(上海)有限公司，上海 200233)

0 引言

當前油氣田發展速度提升，用戶需求也逐漸擴大，縮短設計與建設周期成為提高企業市場競爭力的關鍵所在。為了實現這一目標，企業陸續采用撬塊化、標準化設計模式，在優化設計的基礎上還支持提前采購和預制，再將SP3D軟件引入其中，實現各專業的集成協作，高效創建工程三維模型，使設計質量得到切實保障，為現場施工提供更多便利，技術優勢十分顯著。

1 撬塊化設計理念與結構特點

1.1 設計理念

撬塊是采用先進的計算軟件對工藝設備進行打包，具有較強的獨立性，支持整體搬遷與吊裝。在設計中針對撬塊連接、劃分、制造與運輸等多個環節進行綜合分析。通常情況下，撬塊劃分由吊裝和運輸決定，應提前預制部分，如支吊架與管子，在運輸之前采用臨時支架將管道設備支撐好，運送到指定位置后剔除臨時支架，安裝支吊架即可。該設計可有效減少人力投入、避免現場不良因素影響、保護環境，促進施工質量與安全性全面提升。

1.2 結構特點

該裝置的結構特點主要體現在：一是形狀規則且緊湊，設備材料可由廠家提前預制，具有標準化、規格化特點，可避免工期緊、材料采購困難對施工帶來的負面影響；二是具有可移動性，運輸方便，尤其在氣田滾動開發中優勢更加顯著。同時，還可結合現場實際情況靈活調整裝置位置，在使用完畢后移動到其他氣井附近應用；三是因該裝置支持提前預制和材料，有效縮短了施工時間，進而節約大量成本投入；四是占地面積較小，與相同類型的井、站設計模式相比，可減少1/2的使用面積，且設備、管道與構筑物的布設較為集中，便于后續檢測與維修[1]。

1.3 發展現狀

早在20世紀70年代撬塊化便開始使用，為油氣田建設企業帶來可觀的經濟與社會效益，所采用的裝備幾乎均為整套的撬塊化設備，使氣田建設速度得到顯著提升。到了20世紀90年代，我國首次將該技術引入油氣田開發項目中，并取得理想的應用成果。近年來，在四川、吉林、新疆等地陸續開始普及該技術，其憑借獨特優勢得到更多的認可，優勢效果十分顯著。在撬塊化設計中，因空間布設較為緊密，需要在有限的空間中安裝管線、閥門、支架等多項內容，設計者需要思考如何使配管空間走向更加科學，但二維圖紙設計不夠直觀，對設計質量產生嚴重影響；如：撬塊設計不夠精細、管線接口處存在誤差等，均會影響預制工作的順利開展，質量安全無法得到保障，且設備安裝后很可能無法與其他管線銜接，增加后期修改工作量，甚至需要重新調整或制造，增加了工作難度。二維設計通常由人工計算用料量，受人為因素影響設計用量與實際需求有所出入，導致預制階段采購量增加，對施工進度和質量產生極大不良影響，導致材料浪費，投資數量增加。

2 SP3D在撬塊化設計中的應用價值

當前科技迅猛發展，3D軟件在工程設計中的輔助作用不容小覷，SP3D軟件由美國研發而成是當前智能工廠設計領域的潮流產品，以數據庫建設為核心，依靠計算機編譯數字信息，不支持文字信息編譯，需要將文字轉變為數字形式傳輸到計算機中。其中，AllCodeLists可將多種有效信息分類，各類文字與數字相對應，標記的文字數量較多，以管道為例，需要對尺寸、材質、壓力、壁厚等指標信息進行全面標記，并將各項特征匯總在表格上。此外，還利用Specif ication部分對管道等級進行劃分，依靠Catalog將真實的管道參數體現出來。通過數據庫的應用轉變為模型，將管道、設備與支架等直觀展現出來。

2.1 多專業協調設計

該軟件可創建一個多專業綜合化的協同設計平臺，不但支持工藝配管，還可使電氣、自控與水處理等多專業同時在平臺中設計，不同專業之間的布設情況可共享，有效避免錯、漏、碰撞等情況發生，使設計質量和效率得到全面提升。在建模中雖然需要網絡實時連接，但在網絡中斷狀態下各專業的設計工作仍然不受影響。軟件還可設置權限，只有身份符合的用戶才可成功登錄，對內部數據進行修改，支持自動備份，有效避免損失。

2.2 出圖速度快

在三維設計中，設計者的工作重心從繪圖、開料等繁瑣的工作中轉移，集中在產品優化、布線合理等方面。當撬塊模型創建后，明確合適的出圖類型與區域，軟件便會自動生成相應圖片，如：斷面圖、平面圖、單管圖等，并對相關信息自動標注和數據統計，為總包項目開展提供更多便利，采購人員可根據材料表內容進行選購；施工主體也可依據單管圖內容進行管道組裝，此舉不但省時省力，還可有效減少施工失誤發生。該軟件具有較高的復用性，自動生成圖紙與報告，使設計效率和質量得到切實保障[2]。

2.3 數據集成度高

數據建模需要SP PID軟件與SP3D軟件一同完成，才可實現數據集成目標，主要流程如下：首先，SP PID作為智能PID，可將工藝數據錄入到軟件之中；SP3D接受PID信息，根據PID工藝流程實施三維配管，此時工藝數據便可從PID傳遞到3D軟件中，為管道與設備的繪制提供便利，由此構建的模型可繼承和傳輸PID數據，確保傳輸的數據固定改變。

3 SP3D在撬塊化設計中的應用案例

3.1 項目概況

以某油氣田項目為例，主要作用在于將該礦井生產的含硫天然氣脫硫處理后，要求硫化氫指標與二類天然氣要求相符合，并向外輸送給下游用戶使用。為了節約投資，該項目中的脫硫裝置需要重復使用，在符合運輸條件下，對可成撬的設備進行撬塊化設計，撬塊總數為10個，包括排污撬、濾液池撬等，分布于各個工藝中。因撬塊需要提前預制，并對其大小進行嚴格控制，在確保撬塊符合安裝工藝的情況下，最大限度縮小體積，為后續運輸與安裝提供便利。該項目引入SP3D三維設計，由電氣、管道、結構等技術人員協商后創建三維模型，與SPID數據集成設計，確保數據統一，促進設計質量提升。在實際設計中，將SP3D的作用與價值充分發揮出來，使撬塊布設更為緊湊，加工和運輸更加便利，獲得業主的認可與青睞。

3.2 設計難點

撬塊受到空間與運輸條件的雙重制約，撬內管線和設備需要采用最小連接法，不但使工藝質量得到保障，還可節約更多制造成本；在吊裝方面，屬于撬塊設計的重點所在，應根據吊裝方案決定是否對撬塊進行拆分，如若拆分，需要分成幾個模塊。若吊裝方案不當同樣會影響撬塊設計效果，如：管架布設或者形式等。在撬塊設計中，因受到空間制約，怎樣才能在保障特定功能的同時實現簡潔、美觀的構造成為設計難點，如：管線、管架如何布設與選型、電纜槽盒怎樣布設等。

3.3 應用方法

(1)建立坐標系。該項目位于某工廠下方，以該廠為中心設立坐標系，選定廠中的某個點為基準點，撬塊設備分布于廠內各處，在創建模型時選取一個相對坐標系，有助于模型定位與配管安裝。在建模過程中，發揮SD PID與SP3D的合力，在數據集成的同時確保傳輸時不發生變化，減少以往手動傳遞導致的疏漏，使數據具有唯一性。

(2)結構設計。撬塊化設計一般較為緊湊，對空間要求較為嚴格，利用3D軟件創建模型可將優勢充分發揮出來，使有限的空間得到合理利用，避免各類碰撞問題發生。如若采用以往二維配管繪制，因無法透過二維視圖看出布設情況，便很可能出現管線碰撞、閥門預留空間不科學等。而SP3D的應用便無需擔心碰撞，該軟件為實時渲染，可隨時觀測到配管位置與布設情況，使設計與調整更加靈活。同時，因SP3D軟件具有較強的協同性，可使電氣、水專業、自控儀表等同時設計，各專業均可相互看到對方布設情況，能夠有效規避漏、錯、碰撞等情況發生，通過協同設計促進工作效率提升。

(3)碰撞檢查。依靠SP3D技術可對全長模型進行碰撞檢驗，不但可檢測不同專業模型間的硬碰撞，還可檢測出不同模型與預留空間之間的軟碰撞。具體措施有兩種：一種是利用服務器進行碰撞檢查，可在單一機器中應用，對全部模型碰撞情況進行檢測；另一種是交互式碰撞，可幫助設計者更加高效的檢查碰撞情況，為修改和完善提供參考。與二維軟件相比，SP3D的應用可有效避免和降低設計出錯率，節約更多人力與物力的投入，以免出現不必要的失誤，如：材料采購不當、統計誤差等。

(4)出圖與報告。在利用SP3D出圖時，可根據實際需求定制個性化圖框，綜合考慮所需的內容，如：保溫厚度、管線型號、操作壓力、流體類型等，在圖中恰當處顯示出來。SP3D的應用可準確選定出圖范圍，在Space Management模塊下確定一個Volume，可根據撬塊實際尺寸劃分，通過出圖轉換生成多種圖形，選擇正確的出圖類型，抽取任意標高的管道布設圖紙、平面圖紙、管架布設圖紙等，根據需求對模型圖區電纜橋架、管道系統布設圖，由此更加方便快捷的生成單管圖、材料表、支架表等報告，減輕人工統計量，使工程概預算更加準確可靠。

3.4 應用效果

SP3D在撬塊設計中的應用取得理想的成效，主要體現在：一是因撬塊化布設結構較為緊湊、規劃程度較高，在高精度設計中可使SP3D軟件優勢得到充分發揮，設計者可更加全面的獲取相關信息，合理控制安裝空間，對各類管件靈活布設，達到利用最小空間達到預期目標的效果，這對提高設計質量與效率來說意義重大；二是SP3D軟件具有協調設計、數據集成等功效，在確保數據準確統一的同時，還可實現信息共享，使設計質量得到優化；三是SP3D的應用為圖紙出具、材料統計、報告輸出提供極大便利，將人員從繁重的工作中解放出來，確保數據準確可靠，有效促進采購與管理工作的順利開展。

4 結語

綜上所述，在油氣田開發建設中，通過SP3D軟件的應用可使撬塊設備得到有效的三維設計，與以往二維設計方式相比，設計周期更短，設備設計質量與效率均得到顯著提升。將其與SP PID軟件結合后，可在確保數據準確統一的同時，還可實現信息共享，使設計質量得以優化，有效避免碰撞情況發生，為現場施工提供切實保障，對提高企業競爭力來說具有重要促進作用。