三维协同设计在石油地面工程中的应用

三维协同设计在石油地面工程中的应用

胥金江

中油(新疆)石油工程有限公司设计分公司  新疆 克拉玛依 834000

摘要：三维协同设计是近几年石油工程设计中的一个重要课题。由于三维建模技术具有数字化、可视化、大规模生产等优点，由此将其融入到石油地面工程中，不仅能够使设计的质量和效率得到极大的提升，而且还能够使设计者的思维和工作过程发生变化。本文首先基于三维协同设计的特点，对其在石油地面工程中的应用进行探究，以期更好地优化石油地面工程的整体设计效果。

关键词：三维协同设计；石油；地面工程

1 引言

三维协同设计是指在工程设计阶段，将各个学科应用于同一个数据库中按照相同的坐标体系进行建模，并一体化的三维设计平台上进行协同设计。三维协同设计能够为石油地面工程提供可视化的基础平台，便于各个专业技术之间的接口连接，并便于“错误、漏、碰、缺”的检查。在设计过程中，某个专业的设计变更信息可以即时上传，各个专业可以在网上相互参照，由此实现实时的优化调整，以此更好地避免后续设计不一致的问题出现，以下将对三维协同设计的特点及其具体应用进行分析。

2 三维协同设计的特点

2.1 数据库支持

在石油工业中，产品设计数据的交换与共享都是以同样的方法进行的，在设计时也要建立涵盖设备、管道材料、仪表、结构等元素的图库、材料编码库、属性描述库。同时，还需要严格根据国际标准，整合各自的专用生产设备的数据，由此使得设计要素能够具有独特的可识别性，而后将使得三维设计内容能够得到有效整合，以此使其形成最终的成品图纸、表格、计算书等。期间通过数据库的标准化建设，也将可以减少由于设计人员缺乏责任感而带来的质量风险，从而达到从源头上对设计文档进行规范化管理的目的，由此可见，数据库是支持三维建模的关键。

2.2 模型可视化

三维协同设计主要涵盖了设备、管道、结构、地下工程以及公共设备的设计和模型。三维模型能用简洁的三维立体图全方位体现各专业的三维外形尺寸、走向、位置及相互关系（例如管道分支、管道支架与其支撑管道、设备部件等）。同时，“软模型”的构建也能体现出逃生通道、操作检修空间、碰撞空间、安全间隔等设计重点，这些可视化模型也能更真实、更直观地反映彼此之间的位置和干扰，加强专业之间的交流。在设计中，可视化模型也能够有效检验石油地面工程设计中存在的“错，漏，碰，缺”问题，从而使设计的整体质量得到提高。

2.3 集成化平台

由于各专业所用的软件各不相同，因此在进行信息整合时，往往会出现数据的转换问题，由此将需要采用标准化的方法实现集成管理，从而形成一个统一的一体化设计平台。在石油地面工程型三维协同设计的过程中，不同学科之间的协作关系从单一的链式、阶段性的关系演变为一体化的体系结构。各专业可以通过集成化平台进行连接，从而实现多学科的平行设计与协作。该平台对设计文档的输入、输出进行规范，减少因专业衔接问题而导致的设计更改发生的可能性。

3 三维协同设计在石油地面工程中的应用

3.1 重建油田地面工程设计流程，构建虚拟、网络化的设计环境

与传统的二维平面设计方法相比，数字设计可以将油田地面工程的设计过程进行再整合和分析，由此使得设计过程能够更加顺利。一般而言，由于石油地面工程在设计的过程中涵盖了较为繁杂的内容，由此基于三维协同设计将能够更好地协调开发各种要素，并对设计过程进行再整合，由此更好地确保油田地面工程设计工作的科学性和合理性。同时，通过数字化的设计方法，也能够为石油地面工程设计流程构建虚拟网络化环境，期间可以在此基础上，建立多个子项目设计任务，使知识和可视化应用于油田地面工程的开发，由此提升设计的整体效果。

3.2 利用三维设计优势，实现虚拟装配设计过程

3.2.1 借助协同设计理念，实现对零部件以及装配体的三维定义

虚拟装配是油田地面工程系统中的一个重要环节，其可以使设计者充分发挥三维设计的优势，并对其进行模拟和分析。通过实例，可以使设计者能够主动地将三维设计的优点与优点相结合，从而对整个系统进行动态模拟和分析。同时，还可以对所得到的反馈进行物理模拟和运动模拟。一般而言，在进行油田地面工程的数字化设计中，设计者可以利用三维技术对总装图纸进行多个层面的研究和分析。若能对零件和装配体进行三维定义，并在装配体中建立各种参考关系，也将能够有效促进零件的三维化装配和设计。在这个过程中，设计者可以通过对装配设计文档的动态把握和分析，以及结合对系统的分析和反馈进行协作设计，由此使得石油地面工程现场装配的效果能够得到优化提升，进而为提升其整体质量效果奠定良好基础。

3.2.2 利用自上而下的设计方法，实现高效工程设计过程

通过采用自上而下的设计方法，可以使各零件之间的多点连接，并能及时地决定零件之间的连接和位置。例如，在进行油田地面工程的设计时，可以根据现场的生产工艺和管道的实际状况，对管道的控制部件和方向进行科学的设计。另外，由于地面工程设备的规格、型号、布局等因素的差异，期间也可以基于三维协同设计构建起一套科学、合理的设计方案。同时，还积极地邀请使用者加入到网络和可视化的设计环境中，对设计方案的设计参数进行调节，由此使得业主和施工单位能够更好地协调管理，进一步优化项目设计的流程。

3.3 按照数字化虚拟设计原则，构建科学合理工程设计模型

3.3.1 数字化三维模型的构建分析

数字虚拟设计是以开发模式为中心，在建立数字三维模型时，设计者可以利用网络设计资源共享的方法完成建模和分析。从整体上来看，数字三维模型有别于传统的建模和分析方法，其能够有效避免设计者反复进行建模，提高设计流程的效率。另外，在油田地面工程的设计过程中，设计者也可以对装配件进行内部结构，特别是电机和控制阀进行三维模拟。期间通过对现场总装的反馈，也可以动态掌握油田地面工程的实际操作。若发现存在的设计缺陷或其它潜在问题，则应及时调整有关数据，避免对油田地面施工的影响。

3.3.2 零件体三维模型的构建分析

在具体的设计中，设计者可以根据工程图纸的要求，主动地将有关的性能参数与工程图纸相结合，从而达到高效地建立零件的三维模型。在构造分析时，设计者可以依据产品的三维显示，对产品的具体细节进行科学的设计和优化。并且设计者也可以对模型的参数进行替换和调整，或以平面视图为依据，建立一个科学、合理的三维模型。另外，在设计和分析过程中，设计师还可以根据油田地面工程的需要，对有关数据进行相应的调整，确保最终的设计成果能够符合油田地面工程的要求。

3.3.3 结合实际需求，调整参数数据

通过指令或操纵等方法，将有关数据从三维模块库中抽取出来，以促进图纸与三维模型的一致性。例如，若使用者在建造前需要修改产品的规格及型号，则仅需修改图纸中的3-D模型参数，即可取得所期望的变更效果。同时，有关设计者也可依据工程的具体要求和现场的具体情况，对有关数据的内容作相应的修正和改进，由此使得石油地面工程的设计图纸更具科学性和合理性。

4 结语

总而言之，目前的实际应用来看，在当前三维协同设计技术不断推广应用的背景下，以油田地面工程为代表的工程项目的设计工作在提高设计效率和质量上都得到了有效支持。本文主要基于三维协同设计的特点，对其在石油地面工程中应用进行探究，以期更好地制订科学、合理的设计方案，由此使得石油地面工程建设效果能够得到优化提升。

参考文献

[1]吴晓雪.浅谈数字化设计在油田地面工程中的应用策略[J].中国设备工程,2021(20):180-181.

[2]闫婉,任玲,宋光红,陈亮,成岩.数字化协同设计对智能油气田建设的支持[J].天然气与石油,2018,36(03):110-115.

[3]刘冬梅.龙004-X1井试采地面工程1标段顺利通过中交验收[J].天然气与石油,2016,34(06):83.