SPI DDP模塊在儀表數(shù)字化交付中應(yīng)用

徐艷宏

（中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101）

0 引言

在信息產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，數(shù)字化交付已經(jīng)成為目前石化工程設(shè)計的重要部分。根據(jù)GB/T 51296-2018《石油化工工程數(shù)字化交付標準》的相關(guān)要求，儀表專業(yè)的數(shù)字化交付文件除了傳統(tǒng)的儀表規(guī)格書、材料表等文件外，還應(yīng)包含三維模型的協(xié)同設(shè)計及信息共享。SPF（Smart Plant Foundation）集成設(shè)計平臺，為數(shù)據(jù)存儲、信息傳遞及信息共享提供了有利的保障。

目前，用于石油化工行業(yè)數(shù)字化交付的主要過程軟件為SPI（Smart Plant Instrumentation）與SP3D Smart Plant 3D），以上兩款軟件均來自于海克斯康PPM公司。

SPI是目前國內(nèi)大中型石化工程項目使用較多的儀表工程設(shè)計軟件。其功能強大，除了能生成儀表索引表、規(guī)格書、安裝圖、回路圖等文件，還能通過DDP模塊向SP3D傳遞儀表外形尺寸等相關(guān)信息。當(dāng)前常用版本有SPI2013、SPI2016、SPI2018，各版本的模塊功能略有差異。

圖1 SPI DDP模塊界面Fig.1 SPI DDP module interface

SP3D是?？怂箍礟PM公司推出的智能三維協(xié)同設(shè)計軟件，是PDS軟件的升級版。儀表專業(yè)可在SP3D模型中創(chuàng)建儀表電纜槽板、變送器、氣體檢測器、接線箱、氣源分配器等，也可接收來自儀表專業(yè)的外形尺寸數(shù)據(jù)文件。SPF集成設(shè)計平臺正是SPI與SP3D軟件之間的樞紐，可真正實現(xiàn)儀表外形尺寸數(shù)據(jù)的零誤差傳遞，為各專業(yè)間三維協(xié)同設(shè)計提供了便利條件。將儀表模型傳遞至SP3D后，對配管專業(yè)設(shè)計人員有很大的幫助。精準的外形尺寸及過程連接信息，更有利于布置管道及檢維修平臺、碰撞檢查及確定手輪方向。本文結(jié)合國內(nèi)某大型乙烯項目SPI DDP（Dimensional Data for Piping）模塊的應(yīng)用，重點介紹了儀表外形尺寸的傳遞流程、工程設(shè)計經(jīng)驗、常見問題的解決方法及設(shè)計流程優(yōu)化等。

1 DDP模塊

DDP全稱Dimensional Data for Piping，是SPI主要功能模塊之一。主要用于生成存儲儀表和閥門的外形尺寸數(shù)據(jù)、過程連接、重量及廠家型號等信息。DDP擁有超過100個以上的儀表和閥門模型，涵蓋了絕大多數(shù)的儀表和閥門種類。

DDP模塊由默認數(shù)據(jù)集（Default Library）、工作組數(shù)據(jù)集（Working Data）、儀表廠商數(shù)據(jù)集（Vendor Data）、儀表圖形組（Dimensional Groups）、過程連接壓力等級庫（Process Connection Class）、過程連接端面庫（Process Connection EndPrep）、尺寸數(shù)據(jù)表格（Dimensional Data Sheet Forms）等組成。

1）默認數(shù)據(jù)集。通常用于存儲常用儀表外形尺寸信息，基礎(chǔ)設(shè)計階段可以作為儀表初步尺寸數(shù)據(jù)條件提供給管道專業(yè)供設(shè)計人員參考。

2）工作組數(shù)據(jù)集。DDP主要操作界面，用于對儀表外形尺寸數(shù)據(jù)、過程連接壓力等級、端面等信息進行編輯、保存，并在工作組數(shù)據(jù)集里生成儀表尺寸數(shù)據(jù)表，通過SPF平臺向SP3D傳遞外形尺寸等信息。

3）儀表廠商數(shù)據(jù)集。用于存放儀表訂貨后，儀表廠商提供的儀表外形尺寸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)導(dǎo)入方法與工作組數(shù)據(jù)集相同，均可通過SPI提供的導(dǎo)入工具（Import Utility）進行數(shù)據(jù)導(dǎo)入。

4）儀表圖形組。包含名稱及對應(yīng)儀表類型描述，顯示儀表外形尺寸圖及圖中各數(shù)據(jù)名稱，也可新建圖形組并關(guān)聯(lián)對應(yīng)的bmp格式外形尺寸圖。

5）過程連接壓力等級庫。按照《管道材料等級規(guī)定》要求設(shè)置。

6）過程連接端面庫。按照《管道材料等級規(guī)定》要求，輸入儀表、閥門過程連接端面名稱，使用標準及描述。

過程連接形式大致可分為法蘭連接、對焊連接、承插焊和螺紋連接。

①法蘭連接：公稱直徑小于或等于DN600法蘭，執(zhí)行ASME B16.5規(guī)定；公稱直徑大于DN600法蘭，執(zhí)行ASME B16.47系列B規(guī)定。

②對焊連接：對于碳鋼及低合金鋼管道，應(yīng)執(zhí)行ASME B36.10M標準；對于奧氏體不銹鋼管道，應(yīng)執(zhí)行ASME B36.19M標準。當(dāng)管道外徑及壁厚超出ASME B36.19M標準范圍時，則執(zhí)行ASME B36.10M標準。當(dāng)管道外徑及壁厚超出ASME B36.10M標準范圍時，則按項目工程規(guī)定執(zhí)行。

③承插焊和螺紋連接：執(zhí)行ASME B16.11標準。

2 儀表外形尺寸的傳遞流程

SPI軟件與SP3D軟件是通過SPF集成設(shè)計平臺進行信息存儲及傳遞。SPI將生成的外形尺寸等相關(guān)信息進行保存及加版本等相關(guān)操作，然后發(fā)布至SPF平臺。SP3D向SPF平臺提取儀表外形尺寸信息，并在SP3D中建立儀表模型。國內(nèi)某大型乙烯項目，DDP數(shù)據(jù)主要傳遞流程如圖2。

圖2 儀表外形尺寸的傳遞流程Fig.2 The transmission process of the instrument size

2.1 模型數(shù)據(jù)定義

1）由SPI管理員定義SPI與SP3D對應(yīng)的工廠結(jié)構(gòu)，即SPI中的儀表單元結(jié)構(gòu)與SP3D進行關(guān)聯(lián)。開通用戶操作權(quán)限，確保儀表工程師對DDP數(shù)據(jù)的導(dǎo)入及修改。

2）SPI INDEX模塊下，將儀表類型關(guān)聯(lián)對應(yīng)的DDP模板。

3）檢查SPI DDP模塊中Dimensional Groups種類是否涵蓋了所有要發(fā)布DDP的儀表類型。如有需要，可與SPI、SPF管理員聯(lián)系，進行添加。

4）根據(jù)項目《管道材料等級規(guī)定》，整理儀表和閥門模型分組、過程連接端面名稱、端面標準信息，由管理員完成SPI、SPF、SP3D 3個軟件之間的信息關(guān)聯(lián)映射工作。首先，由SP3D端對模型分組、過程連接端面及端面標準進行完善；其次，是SP3D與SPF間采用Code Number的方式完成映射；最后，是SPI與SPF間的映射。因為SP3D與SPF間的映射工作已完成，所以SPI側(cè)通常采取迎合的方式進行映射。此項工作為SPI、SP3D集成化設(shè)計的核心工作，項目前期合理規(guī)劃，可大幅提高工作效率。

5）向儀表廠商提供SP3D當(dāng)前所支持的DDP模板。儀表廠商根據(jù)儀表和閥門的外形選擇對應(yīng)的模板，并填寫外形尺寸、過程連接形式、重量等數(shù)據(jù)。如果沒有完全對應(yīng)的DDP模板，可簡化找相近模板替代，滿足現(xiàn)場安裝、操作、檢維修空間即可。

2.2 建立儀表DDP數(shù)據(jù)

建立儀表DDP數(shù)據(jù)通常有3種方法：①手動輸入DDP數(shù)據(jù)；②利用SPI Import Utility批量導(dǎo)入DDP數(shù)據(jù)；③由儀表廠家提供基于APIs（Application Programming Interfaces）接口的數(shù)據(jù)表格及鏈接，該方法與SPI Import Utility進行DDP數(shù)據(jù)導(dǎo)入相似。

目前項目中普遍利用SPI Import Utility進行批量導(dǎo)入DDP數(shù)據(jù)，操作步驟如下：

1）整理及檢查儀表廠商提供的DDP數(shù)據(jù)，保存對應(yīng)版本的EXCEL文件。

2）在SPI Import Utility 中分別建立外形尺寸Link、儀表重量及廠家型號Link。也可通過Service中Import Links，復(fù)用其他項目已設(shè)置好的Link。

3）打開Link，設(shè)置好Link屬性。導(dǎo)入儀表廠家提供DDP數(shù)據(jù)，將導(dǎo)入數(shù)據(jù)與SPI中字段進行關(guān)聯(lián)映射；儀表外形尺寸及重量單位可根據(jù)項目要求，在關(guān)聯(lián)字段時直接寫入。例：UOM ID統(tǒng)一填寫“6”，代表mm；UOM ID填寫“15”，代表kg。

4）映射后保存，然后點擊TEST，測試是否有問題。如果提示有問題，可通過report提示進行問題查看，并解決問題；如果提示測試成功，可通過import進行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

5）批量導(dǎo)入DDP數(shù)據(jù)時，端面標準為默認選項。若不符合《管道材料等級規(guī)定》要求，可在SPI儀表DDP屬性中修改正確端面標準。

2.3 儀表DDP數(shù)據(jù)發(fā)布與接收

儀表工程師將SPI中DDP數(shù)據(jù)發(fā)送至SPF平臺，由管道工程師在SPF平臺提取信息，在SP3D中建立儀表模型。

1）SPI DDP模塊下選中要發(fā)布的儀表位號，生成Dimensional Data Sheet后并保存。

2）SPI Smart Plant模塊下Revise Documents進行添加版本，根據(jù)Piping Design Area、Dimensional Group Name等篩選條件，選中加版本的儀表位號進行添加。

3）SPI Smart Plant模塊下Publish進行發(fā)布，出現(xiàn)Documents have been published successfully的提示，即發(fā)布成功。

由于工藝條件變化、設(shè)計周期短、儀表廠家資料錯誤及反饋不及時等原因，儀表DDP文件需要及時修改并再次發(fā)布。為避免出現(xiàn)DDP模型數(shù)據(jù)與SP3D模型數(shù)據(jù)不符現(xiàn)象，DDP文件再次發(fā)布時，版本號需要及時更新。

三維模型中，發(fā)布與接收成功的儀表和閥門圖形如圖3、圖4。

圖3 三維模型-渦街流量計Fig.3 3D Model - vortex flowmeter

圖6 三維模型-定義CP3/4孔板Fig.6 3D Model-define CP3/4 well plate

圖7 孔板尺寸數(shù)據(jù)Fig.7 Orifice size data

3 常見問題及解決方法

1）數(shù)據(jù)屬性及單位錯誤，可直接導(dǎo)致無法生成外形圖及外形尺寸報錯

① 絕大部分外形屬性值不能為0。如確實為0，可填寫數(shù)字1或者10來進行建模。

② 單位一定要與三維軟件保持一致，如三維模型單位為mm，DDP中單位為in，會導(dǎo)致在三維模型中，儀表外形幾十倍的放大。

2）模型定義不完整，導(dǎo)致節(jié)流元件在模型中失真變形

如果不對節(jié)流元件取壓口進行定義，會導(dǎo)致取壓口尺寸與管道尺寸相同，導(dǎo)致節(jié)流元件模型失真，如圖5。正確做法需對導(dǎo)壓管的過程連接形式及端面標準進行定義，即在DDP模板里增補CP3、CP4過程連接等相關(guān)信息，材料等級與工藝管道要求保持一致。此操作可在DDP Working Data中批量進行。

圖5 三維模型-未定義CP3/4孔板Fig.5 3D Model-undefined CP3/4 well plate

3）采用錯誤端面標準，導(dǎo)致儀表模型無法安裝

根據(jù)《管道材料等級規(guī)定》，選擇正確端面標準。如圖8中同一管道等級，公稱直徑為0.5 in～24 in時，采用端面標準為ASME B36.19M；公稱直徑為26 in及以上時，采用端面標準為ASME B36.10M。

圖8 管道等級表Fig.8 Pipe class table

4）映射不全

首先保證SPI DDP中填寫的過程連接端面類型、標準、壓力等級已經(jīng)在SPF中完成了關(guān)聯(lián)映射后，再進行DDP文件的發(fā)布。另外，過程連接為焊接的儀表端面中，一般情況不需要填寫磅級數(shù)據(jù)。

4 DDP在不同三維軟件中應(yīng)用比較

PDS模型，大多為非Foundation平臺情況。儀表DDP文件傳遞時需要打印外形尺寸圖，并利用DDP Export Utility生成PDS可接受的DAT文件數(shù)據(jù)包。傳遞過程較為復(fù)雜，不利于數(shù)據(jù)共享及校審。

PDMS模型，向配管專業(yè)提供EXCEL版儀表外形尺寸數(shù)據(jù)作為提出條件，并由配管專業(yè)設(shè)計人員整理并輸入數(shù)據(jù)后，進行建模工作。此傳遞過程較PDS簡單，但是軟件相對獨立，不能保證數(shù)據(jù)的準確性及信息共享。

SP3D模型，儀表DDP文件是通過SPF平臺將數(shù)據(jù)傳遞至SP3D。各專業(yè)間是以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)流實現(xiàn)各專業(yè)間的信息共享及交換。在SPF中可以查詢到所有發(fā)布的DDP文件，不僅大幅度減少了設(shè)計人員的工作量，而且保證了數(shù)據(jù)的實時性、準確性及完整性，最終實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享及圖形校驗。

5 設(shè)計優(yōu)化

1）設(shè)計流程優(yōu)化。由于國內(nèi)外廠家設(shè)計流程差異及設(shè)計周期短等因素，儀表廠商無法提供精準的DDP數(shù)據(jù)表格，因而有必要進行設(shè)計流程優(yōu)化。例如，由閥門廠家先提供閥門的外形尺寸圖作為初版安裝條件，并由配管專業(yè)對初版條件中的執(zhí)行機構(gòu)安裝方位等信息進行確認。儀表專業(yè)把確認后的執(zhí)行機構(gòu)安裝方位圖返給廠家，廠家根據(jù)配管返回意見提供對應(yīng)的DDP文件，這樣可以減少DDP文件二次導(dǎo)入與發(fā)布。

2）加強對端面數(shù)據(jù)字段的管理及定義。盡可能實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)批量導(dǎo)入，減少手動修改環(huán)節(jié)，保證數(shù)據(jù)的準確性。

3）優(yōu)化模板圖。針對工程項目中實際出現(xiàn)的問題，進行模板圖優(yōu)化。例如：現(xiàn)場施工時出現(xiàn)液位計的碰撞問題，將原液位計總長D6更新為D6= D2 + D9 +D10。配管專業(yè)會根據(jù)D9、D10數(shù)據(jù)，保證現(xiàn)場安裝、操作及檢維修空間，大幅減少安裝過程中碰撞問題的發(fā)生，如圖9。

圖9 液位計模板圖優(yōu)化Fig.9 Optimization of the template diagram of the liquid level gauge

4）定制模板圖。對于不需要配管連接的過程端面，如標準孔板、文丘里及噴嘴的取壓管等信息，在項目初期可直接在模板圖上將其統(tǒng)一定制。

5）模板圖的簡化。為方便儀表廠家提供DDP數(shù)據(jù)，在滿足現(xiàn)場安裝、操作及檢維修空間的前提下，盡可能簡化模型，減少模型種類。同時也減輕儀表廠商及設(shè)計人員的工作量，減少錯誤率發(fā)生。

6）利用儀表廠商數(shù)據(jù)集（Vendor Data），建立龐大的儀表廠商數(shù)據(jù)庫。在工作組數(shù)據(jù)集（Working Data）中通過Copy Vendor to Working實現(xiàn)DDP數(shù)據(jù)精準快速復(fù)用。

7）儀表廠商基于APIs接口，開發(fā)更多儀表和閥門等外形尺寸數(shù)據(jù)文件，不僅能使儀表和閥門的三維模型更貼近實際產(chǎn)品，同時也能大幅提高工作質(zhì)量和效率。

6 結(jié)束語

SPI DDP模塊應(yīng)用后，雖然儀表的直管段長度、介質(zhì)流向等要求，還需要沿用傳統(tǒng)的安裝條件，但是SPI DDP模塊的集成化設(shè)計，彌補了傳統(tǒng)安裝條件的不足，不僅提高了儀表模型的準確性，同時也減輕了管道工程師的工作負荷，并且有效避免了碰撞問題的發(fā)生。實現(xiàn)了更多專業(yè)的三維協(xié)同設(shè)計，為項目進度及設(shè)計質(zhì)量提供了有利的保障。目前，SPI DDP模塊下儀表圖形庫不能涵蓋所有儀表類型，對于一些特殊外形儀表只能選擇相似DDP模板圖來代替。因此，SPI DDP模塊的集成化設(shè)計仍需不斷開發(fā)與提高，為后續(xù)項目儀表工程設(shè)計提供更有力的幫助，實現(xiàn)高質(zhì)高效的儀表數(shù)字化交付。