數(shù)字化設計在油田地面工程中的應用

李 艦

（大慶油田設計院有限公司，黑龍江 大慶 163712）

0 引言

數(shù)字化設計是基于互聯(lián)網(wǎng)技術、三維建模技術、數(shù)據(jù)處理技術以cad等應用軟件為依托，構建虛擬環(huán)境對設計思想以3d建模的形式進行高度還原，實現(xiàn)設計理念的可視化以及3d化表達。也為設計人員提供了文件共享、文件庫、設計組交流等多種功能。數(shù)字化設計技術從根本上改變了原有的工程設計技術以及設計環(huán)境。打破了傳統(tǒng)設計技術的多種技術性壁壘、地域性壁壘以及時間性壁壘、讓不同地區(qū)的主業(yè)、合作者、供應商、施工隊伍可以實時的參與到工程的設計中。讓設計內(nèi)容更加的客觀完善。

工程項目一般需要基于具體的施工內(nèi)容分成若干個不同的施工階段，不斷階段的設計內(nèi)容各不相同，但存在一定的交互與約束關系。傳統(tǒng)的工程設計方法各個階段都是獨立完成設計的，無法在設計過程中考量不同階段內(nèi)的交互和約束關系，導致總體設計不夠協(xié)調(diào)，不同階段之間存在較多的矛盾點，這些往往也是造成施工階段工程變更的重要原因。傳統(tǒng)設計中不同的設計方案在設計細節(jié)以及施工成本的預估方面難以實現(xiàn)高度統(tǒng)一，導致工程項目后期的施工階段存在較多隱患[1]。

1 數(shù)字化工程設計的設計流程重建

數(shù)字化工程設計階段是將傳統(tǒng)的設計流程和方法依托各類設計軟件，實現(xiàn)空間與時間上的重構，讓設計流程更加的客觀、完善、統(tǒng)一，最大限度減少了施工階段出現(xiàn)設計矛盾以及工程變更的可能性。如在油田地面工程項目的設計流程中，通過3d模擬軟件以及cad軟件，可以讓設計方、施工方、供應商、用戶實時參與進來。設計方在實際過程中可以實時參考用戶的定義需求施工隊伍對選型、匹配、控制、施工技術方面的能力以及建議，并與供應商針對施工材料的供應問題進行實時溝通交流，實現(xiàn)設計過程中協(xié)同、關聯(lián)等多個功能。

2 虛擬裝配設計

虛擬裝備技術是數(shù)字化設計技術的核心組成部分，通過虛擬裝配技術可以讓設計人員在虛擬現(xiàn)實環(huán)境下對設計內(nèi)容進行全面的驗證，也讓用戶可以提前更加直觀的體驗設計內(nèi)容，提出更有針對性的設計建議，從而實現(xiàn)用戶與設計人員之間的高度交互[2]。目前基于3d模擬技術的虛擬裝配設計，可以讓設身處地、身臨其境的感覺到設計內(nèi)容的。我們在油田地面工程項目的設計過程中，總裝配體的三維設計結合使用了自上而下設計和自下而上的設計。首先在文件中并與總裝配體文件建立插入、外部參照等關系這樣在總裝配體文件中根據(jù)裝配關系猶如搭積木一樣對它們進行初裝配使總裝配體、部件及零件的設計并行進行。在總裝配體文件中即時地看到零部件的設計進程并進行協(xié)同。在零部件的設計過程中，可以隨時將該零部件在總體環(huán)境中進行模擬裝配，確定其與總體環(huán)境的匹配度，以及在總體環(huán)境下與其他零部件的裝配是否存在矛盾與沖突。實現(xiàn)各個零部件在總體設計過程中的多點關聯(lián)和對比。這點在油田地面工程設計中尤為重要。油田地面工程同城需要在有限的空間中安裝大量的管線以及機電設備，不同設備之間存在較大的影響，機電設備的安裝空間與管線也存在較大的沖突可能。該技術可以根據(jù)工藝流程以及現(xiàn)有的管路鋪設情況，對主設備、等待布置的設備以及需要繼續(xù)安裝的管理以及控制元件進行沖突模擬，提高設計精度。

3 開發(fā)模型

在數(shù)字化設計技術問世的初期階段，推廣使用最大的障礙是使用該技術設計不僅要求設計人員具有較高的工程設計能力以及專業(yè)知識，還要求設計人員對各類數(shù)字化設計軟件有著熟練的應用能力。而從事多年工程設計經(jīng)驗豐富的設計人員，多數(shù)沒有接觸過此類軟件，導致不熟悉軟件功能以及應用方法，導致設計障礙。而經(jīng)過和不斷的發(fā)展與進步，現(xiàn)代的三維模型等應用軟件工具以及初步的向著大眾化、傻瓜化等方向發(fā)展，軟件在設計過程中充分體現(xiàn)了簡易化、準確化、人性化的諸多特點。根據(jù)設計意圖，從草圖開始基于特征建立受尺寸驅(qū)動的模型，方便設計者在任何時候更改編輯模型，也可對已有的平面視圖在人為干預下來生成三維模型。