三维CAD技术在海洋石油工程设计中的应用

44卷　第2期(总第161期)中 国 造 船Vol.44　No.2(Serial No.161)
2003年6月SHIPBUILDING OF CHINA J une 2003
文章编号:1000-4882(2003)02-0096-04
收稿日期:2002-02-26
三维CAD 技术在海洋石油工程设计中的应用
张　益　公
(海洋石油工程股份有限公司,天津　300452)
摘要
三维CA D 技术作为一种先进的工程设计模式和手段,同传统的手工二维设计相比在设计理念和设计流程上有着巨大的差别。

通过三维CA D 技术在文昌井口平台上部组块设计中的应用实践,体现三维工厂设计的技术优越性,并为今后进行海洋工程项目三维设计提供一些设计经验。

关　键　词:海洋工程;设计;三维CA D 技术;井口平台
中图分类号:P 756 文献标识码:A
1　引　言
上世纪80年代超大规模集成电路(VLSI)的出现,计算机软件技术的发展,特别是个人计算机上三维CAD 技术的实现,极大促进了三维CAD 技术的完善。

一些优秀的三维工厂设计软件也相继出现,如PDS 、PDM S 和Auto PLANT 等等。

三维CAD 作为一门综合应用技术已经成为现代设计不可缺少的工具和手段,我国于90年代初开始广泛应用于石油化工、造船、医药、电力、建筑等领域。

2000年12月应用AutoPLANT 3D 软件,完成了我国南海海域文昌油田两座采油平台的上部组块的三维设计。

Auto PLANT 3D 可以完成工程项目设计中钢结构、配管、设备和电缆托架以及附属构件的三维设计工作,提供工程项目的一个三维图象模型。

并自动汇料,自动转换生成平立面图、构件单件加工图,自动抽取管线三维ISO 图。

建模完成后软件可以对整个工程项目模型实施人工漫游和碰撞检查,这使得设计人员能够在工程施工建造之前调整、优化设计方案,及时发现、修改设计中的错误,有效地保障工程项目的顺利进行。

2　设计准则
一个完整的海洋平台包括结构、设备、配管、仪表、电缆托架及附属构件等不同系统的装备和
设备,其三维模型文件非常庞大。

为了缩短设计周
期,在设计时各个专业通过网络同时独立开展建模。

在各专业模型完成后,利用Auto CAD2000外部参照功能将各分系统模型汇总,组成平台整体模型然后再进行模型的后处理工作。

设计步骤为 (1)组建网络设计环境,建立树状程序目录结构。

设计人员按专业将文件存放于指定的目录中,同时系统管理员每日将数据备份以保障文件数据的安全。

此外,全部的应用软件授权也浮动在网络服务器上。

图1　三维设计网络结构图
(2)确定各专业分组建模时共同参照的坐标
系及参考点。

为保证各专业均能在正坐标下建模,模型汇总时外部参考能批处理进行而不受模型插入点的影响,同时生成的平立面图有共同的基点。

确定在总坐标系下平台组块顶层甲板A-1轴交点为参考点,坐标为X =100000、Y =100000、Z =24000,单位mm ,如图2
所示。

图2　坐标参考点
2　设计流程
设计流程见图3。

图3　设计流程图
3　建模过程
3.
1　结构和设备设计模块
文昌井口平台组块的结构形式和设备布置决
定了工艺管线的走向和接口位置,是工艺配管和
其它专业设计的基础。

三维实体模型是模型后处理过程中自动抽取图纸和自动汇总料表的基础。

模型建得越精确,抽取的图纸和汇总的料表越准确。

对于一些特殊的结构构件和非标设备,如环板、变截面梁、加强筋板、玻璃钢等程序没有提供画法的,对软件进行二次开发做客户化的工作。

利用VB 程序编写出相应构件和设备的画法程序添加到程序中来,建模时调出对应的画法程序输入相应的参数,完成特殊结构构件和设备的建模工作(图4,5)。

图4　结构三维模型
图5　典型设备三维模型
3.2　配管设计模块
在平台整体模型中配管三维模型建模最为复杂,工作量最大。

首先要根据总体布置要求补充材料规范数据库(SPECS )。

文昌项目共建立配管规范库9个,总纪录约8000余条。

平台工艺流程复杂管线众多,如果整体建模的话,模型太大操作控制起来十分不便。

因此,配管设计按管线的用途也采用分系统的建模方式。

管线支吊架三维模型也在配管设计模块中完成,对于一些特殊的支吊架如管线龙门吊架,程序基本规范库没有提供画法的可以应用结构设计模块进行手工建立。

抽取管线支吊架详图时仍在配管设计模块中完成(图6,7)。

9744卷　第2期(总第161期) 张益公:三维CAD 技术在海洋石油工程设计中的应用
图6　配管总体模
型
图7　配管局部模型
3.3　总体模型汇总
各专业分系统模型完成后,利用Auto-CAD 2000外部参照功能。

在总坐标系下基于同一参考点将各个专业分系统模型同时参照进来,拼接成平台整体模型,如图8所示。

总体模型文件尺寸近100M B。

图8　平台整体三维模型
平台三维建模为三维设计模型前处理。

在模型的后处理过程中要进行设计方案的比较和进行平台优化设计分析,检查设计中的错误、遗漏和碰撞,精确汇总总料表、分项料表,生成设计图纸和构件单件图最后进行模型后期渲染。

4　后处理
4.1　碰撞检查
文昌采油平台模型碰撞检查中,查出各专业
模型相互碰撞20余处。

图9为一碰撞图例,碰撞检查报告如下。

图9　碰撞检查结果
碰撞检查报告
碰撞名称:碰撞31碰撞状况:新距离:- 2.42173
碰撞点坐标:11785010404218300检查日期:12月2日08∶57∶39碰撞物体1
图层:WHP1A-53-FI 6_-FI-16124-AF_P
碰撞构件内部代码:AT _CCWKU 0B 8_KO 碰撞构件句柄:16E 1E 碰撞物体2
图层:WHP1A-63-002 EL19000_I
碰撞构件内部代码:AT _CC2NADE4_47碰撞构件句柄:3862
碰撞检查结果显示:管线与电缆托架相碰。

根据碰撞规避原则,重新调整了电缆托架的走向,规避了与管线的碰撞。

4.2　料表汇总
各专业的汇总和分项料表自动完成的,整个过程快速、精确。

统计的材料尺寸、重量没有任何余量。

采办部门可以据此进行合理订料。

4.3　生成设计图纸
包括结构平立面图、结构构件单件图、设备布置图、电仪托架图和管线的轴侧图。

其中平立面图和结构构件单件图利用软件的2D 设计功能自动生成,管线轴侧图是利用ISOGEN 全自动抽取。

图10和图11为典型的平台上部组块结构立面图和管线三维轴侧图。

4.4　模型修改
在实际的工程项目设计和建造过程中,由于总体设计方案的修改、材料或设备尺寸型号的变更、设计环境条件的变化,都会造成设计的修改。

三维模型一旦修改,生成的设计图纸就会做出相应的改动。

因此当设计方案有所变动时,只需修改
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中 国 造 船研究简报
图10　结构典型立面图(未标注) 图11　管线三维轴侧图
三维模型即可,这样可以有效地降低设计人员的设计强度和难度,保证设计质量和进度。

4.5　模型渲染
图12为文昌采油平台在环境背景下的模型
渲染图。

图12　文昌平台三维渲染模型
Application of 3D CAD Technology in Offshore Oil Engineering
ZHAN G Yi-gong
(Offshor e Oil Eng ineering Co.Ltd,T ianjin 300452,China)
Abstract
Three dim ensio nal CAD design technolog y is an adv anced desig n mode co mpared w ith traditional 2D desig n mo de in the international eng ineering field.T his paper displays its technolog ical advantage thr oug h the application of 3D CAD in a WC pr oject and provides so me desig n ex perience in 3D design of offshore engineering project .
Key words :offshor e eng ineering ;desig n ;three -dim ensio n CAD technolog y
作　者　简　介
张益公　男,1975年生,结构工程师,1998年毕业于哈尔滨工程大学船舶工程专业。

9944卷　第2期(总第161期) 张益公:三维CAD 技术在海洋石油工程设计中的应用 。