基于多源數據融合的油田數字化交付平臺應用研究

鐘 華，黃 政

（中海油能源發展裝備技術有限公司南海工程分公司，廣東湛江 524057）

1 數字化交付平臺

海上油田勘探開發及生產運行涉及油氣、冶金、制造等多個產業，需要高價值的實物資產投入。在國家大力推動“互聯網+”戰略的推動下，石油企業開展了智能油田建設的熱潮[1]。基于實體對象的數字化油田建設能夠有效促進油氣產業高質量發展，其實現離不開全產業鏈的數字化交付。

從廣義角度看，數字支付可以看作是數據鏈節點與產業鏈間的數據交換。從狹義角度看，其本質是數字孿生體的交付，即在虛擬空間應用油田傳感器、模型等數據進行多學科、多尺度的仿真模擬，并將其映射到對應的實體裝備。數字化交付指的是以工程對象為核心，基于數字化集成平臺搜集整理工程項目設計、建設階段產生的各類數據并移交給企業。該支付方式區別于傳統紙質文檔交付方式，貫穿于企業建設的全生命周期，是提升企業建設效率及管理運維的重要方式。對于數字化油田建設來說，數字化支付能夠為設計方、施工方等各個參與主體提供一個信息共享平臺，實現施工建設、運維管理可視化模擬等功能。對于智能油田建設來說，其數字化交付分為縱向、橫向兩條途徑。縱向支付是以設計、采購、施工建設、生產運行等產業鏈為基礎，通過數據采集、存儲、交付、管理使用等操作，實現產業鏈數據的縱向分層交付。橫向支付以行業標準和業態模式為前提，數據通過異構軟件協議接口實現跨平臺的自動交付。無論是縱向還是橫向角度，其面對的目標都是工程實體對象，數據格式、范圍等受操作規程等約束，且需要專業的軟件平臺或中間件予以實現[2-3]。

2 多源數據融合

智能油田建設中存在不同來源、不同類型的多元數據，如環境信息數據、可視化模型數據、矢量標識文件、仿真運行及計算數據等，格式各異，數據量大。多元數據融合應用是目前快速發展的技術領域。數字化工廠全生命周期進程中，累積了大量設計、施工及運維不同階段的三維模型。三維模型作為最直觀可視化方式，承載了在模型基礎上拓展的可視化應用場景，如果模型的融合和輕量化不夠出色，會直接影響用戶使用體驗。因此，三維多源數據融合及輕量化無疑是智能油田建設的技術難點。三維模型的多源主要體現于模型是由不同的參與方、不同的設計軟件所產生，例如工程公司各專業有專屬的設計、分析軟件，而作為參與方的施工單位、業主方都沒有工程公司專屬的設計、分析軟件，導致其無法打開和查看工程公司的成果。此外，設備供應商提供的設備詳細拆解模型細節豐富，導入到工程公司的設計平臺會帶來性能問題，如何高精度接入上述模型難度較大[4-5]。

3 海上油田數字化交付平臺技術實現

3.1 工程信息集成

基于E5D Connector（數據連接器）平臺建立多源數據和 E5D Datalaker（數據湖）的數據連接通道。涵蓋項目范圍內所有類型的工程數據或業務數據，如三維模型、二維圖紙、結構化數據、非結構化數據等。從獲取數據后數據所在的存儲位置來看，數字化交付平臺Connector 可以分為拷貝式和指針式，其中拷貝式Connector 是將數據完全復制到數字化交付平臺數據庫中，而指針式Connector 則是將數據的鏈接放在數字化交付平臺數據庫中，原數據仍然存在于原系統中。數據連接器可以直接通過配置進行數據解析，對于平臺之外的數據解析需求，可根據客戶具體的需求定制連接器，接入各種異構系統和數據，解析并入庫。

3.2 三維多元數據融合

接入二、三維數據，對主流工程三維模型（如PDMS、SmartPlant 3D、Revit、Microstation 3D 等）、實景三維模型（如Bentley ContextCapture 等）、點云模型（如E57、Autodesk Recap 等）、二維P&ID（如AVEVA Digrams、SmartPlant P&ID 等）進行解析、轉換（圖1）。將特定的二、三維模型進行解析封裝，作為現有ServiceFabric 平臺的微服務輸入信息，植入現有三維引擎平臺，使其符合現有引擎的技術接口、技術規范、數據規范。

圖1 二、三維數據接入架構

3.3 類庫集成、信息整合及校驗

（1）類庫集成。E5D Datalake 數字化交付平臺能夠依據業主發布的項目類庫定義系統的數據模型，包括工廠對象類、屬性、文檔類型、各類對象間的關聯關系等，并使用特定工具來管理類庫。根據實際需要靈活調整類庫內容，使之滿足數據交付需要。依據GB 51296—2018《石油化工工程數字化交付標準》、CFIHOS 等標準編制項目類庫，滿足工廠數字化交付和后期運維需要。

（2）信息整合。E5D 數據集成中心E5D DIC（Data Integration Center）作為數據采集的一體化框架，打通了數據從上載、處理、發布的完整業務路徑。用戶只需關注數據的整理和上載，調用E5D Connector 工作交由E5D DIC 自動完成，在數據采集過程中提供了豐富的數據質量檢查報告，支持用戶批量上載三維模型、智能P&ID 圖、DWG 格式圖紙、Office/PDF格式文檔、Excel 工程數據表等各類數字化交付數據。數字化交付平臺基于知識圖譜進行對象化存儲及關聯關系管理。采用ISO 15926（Part2）行業標準構建工廠知識圖譜，能夠兼容CFHIOS和GB 51296—2018《石油化工工程數字化交付標準》、企業標準或項目標準等數字化移交標準規范，能夠為不同的工廠建立共享或獨有的知識圖譜模型，并允許用戶自定義擴展所采用的模型。

（3）信息校驗。信息校驗的依據是數字化交付平臺數據標準管理模塊所定義的數據模型。數字化交付平臺解析結果驗證分為入庫前驗證和入庫后驗證兩部分。入庫前解析結果驗證包括對象類型、關聯、屬性類型及格式驗證。入庫后解析結果驗證主要是依據預定義的數據模型進行完整性、一致性及準確性驗證。

3.4 數據可視化

（1）三維模型。E5D 數字化交付平臺提供了B/S瀏覽模式的三維模型瀏覽能力，支持DGN、VUE、RVM 等源格式的三維模型進行查看，并能夠流暢地對三維模型進行移動、旋轉及縮放等操作。數字化交付平臺支持對原始三維模型格式進行高壓縮輕量化處理，在不丟失原始模型圖形、材質及屬性的情況下，平臺對國內外主流工程設計軟件交付的模型、數據、拓撲關系等具備解析能力，解析準確度在99%以上。

三維可視化引擎支持模型對象化操作能力，支持對模型對象的選取、隱藏、透明及隔離操作。在資產目錄樹中點擊任何一個與模型相關聯的工廠對象，都能夠在三維模型中高亮顯示點擊的工廠對象，同時打開該工廠對象的相關信息。通過控制基準橫切面位置的移動和旋轉，可實現對三維模型的平面剖切功能，展示裝備設施的內部構造。數字化交付平臺三維可視化引擎支持通過模型及地面進行透明度調整，調整地上裝置及建構筑物的透明度，幫助用戶確認地下管線及電纜的位置，以地面透明等方式漫游瀏覽地下部分，用以指導隱蔽工程施工等。

（2）圖紙文檔。使用數字化交付平臺的圖文檔可視化功能，用戶能夠在網頁瀏覽器（如IE、Firefox、Google Chrome 等）中直接瀏覽不同來源、不同格式的二維圖文檔（如DWG、Office、PDF 格式等），且不依賴源系統或其他軟件的可視化功能。用戶能夠在不影響原圖紙文件內容的條件下，使用云線段、自由線段、規則圖形、文字等不同形式的標注工具，對圖紙進行標注。

3.5 工廠分解結構導航

平臺支持工程實體類型、文檔類型、材料分類、承包商等任意維度的產品結構定義。可將數據資產真實的網絡結構按照某一個特定的維度分解出來。可對模型目錄樹進行重新整理，提供多種形式的資產樹結構，如設計階段按功能結構、采購階段按物料分類結構、施工階段按裝配結構、資產運維按工藝系統結構等。

3.6 數據管理

數字化交付平臺工程數據管理包括對原始數據、標準數據和及應用數據的管理。原始數據指的是來自于設計、采購、施工及運維階段，按照數據采集標準獲取的未經加工的數據。數字化交付平臺對原始數據的管理主要用于存檔和數據質量溯源分析。標準數據指的是對原始數據庫中的數據進行清洗、轉換及加工后形成的對象化關聯數據。應用數據指的是在業務管理和使用過程中產生的各種應用級數據。數字化交付平臺數據管理模塊通過對這3類數據的管理，能夠滿足如下需求：①按照數據組方式進行模型、文件及文檔的信息分類管理和自動邏輯關聯；②對工廠對象的屬性、關聯文檔、三維模型、歷史數據版本、相關審批流程及操作日志進行集中管理等。

3.7 接口和對外服務引擎

數字化交付平臺提供開放的標準接口服務，具備集成企業常用信息系統的能力，包括但不限于實時數據庫、設備管理平臺、MES、視頻監控等。數字化交付平臺采用微服務架構構建了業務中臺及數據中臺，開發的接口服務可以注冊到企業服務總線，實現統一的管理。第三方系統可以通過企業服務總線發現并調用相應的接口服務，也可以直接調用平臺的微服務。平臺基于數據中臺的數據集成架構（圖2），通過數字化平臺Connector 模塊，從企業信息系統數據庫中獲取各類業務數據，直觀展示生產、經營、安全、設備等業務數據，以及文件、圖像等內容。平臺能夠對外提供豐富的服務，可以提供從數據、服務、前端組件、頁面應用各個層次的對外服務。

圖2 基于數據中臺的數據集成架構

4 結束語

隨著信息技術的快速發展，油田數字化建設成為提升企業發展質量的重要手段。隨著數字化交付技術的逐步成熟，數據格式的開發性不斷增強，數字化平臺解析能力不斷提升，為數字化工廠的建設提供了有力支撐。基于多源數據融合的數字化交付平臺應用成果顯著，有效提升了油田建設的信息化水平。