油田站场三维模型成果共享应用研究

孙崇亮 赵雪峰

大庆油田工程有限公司

社会信息化水平的整体快速提升带动了石油行业的信息化建设进度，更为油田地面工程三维设计[1-3]、设计成果数字化移交[4]、数字化孪生工厂以及孪生站场的建设工作提供了有利条件。中国石油为加快各业务领域信息化建设，全面提升企业整体管理水平，自2000 年以来，相继制定了包括《中国石油“十三五”信息技术总体规划》在内的多次信息技术建设规划，规划了与油气田地面工程相关的信息化项目——中国石油地理信息系统（A4）项目及采油与地面工程运行管理系统（A5）项目。通过多年的项目建设实践及应用后，信息化成果对油气田地面工程的支持作用逐渐显现，为油气田企业数字化转型打下了坚实基础，产生了显著效益。与此同时，随着中国石油的信息化建设相继进入集成应用和共享协同阶段，各油气田企业对加快站场等三维模型建设与提升相关数据共享效率等需求越来越迫切。

1 建设成果

三维模型建设在石油行业信息化工作中占有重要地位，各单位早已开展建设工作。在中国石油的油气田领域，结合中国石油A4 项目建设，积累了较丰富的已建站场三维模型成果，但现有模型主要是通过三维激光扫描[5-6]等技术建设，模型属性需要单独建立数据库，录入对应数据，供系统调用。进入“十三五”以来，大庆油田新建大中型站场全部采用了三维设计，在完成设计工作的同时积累了一大批三维设计模型成果；同时，结合A4 项目在大庆油田的深化应用，利用油田已建大中型站场三维激光扫描点云成果完成三维模型建设，模型涵盖站库的地上和地下实测管道，实现站库的主要设备、管道的三维空间数字化，为数字化站场的实现打下了较好基础，已建站场三维建设效果见图1。中国石油A5 项目建立了具有数据采集、传输、处理、存储、发布、分析与应用功能的信息管理系统，形成了统一标准的采油采气与地面工程数据库，积累了大量油气生产运行业务属性数据。

图1 油田已建站场三维建设效果图Fig.1 3D construction sketch of oilfield existing station

然而，现有已建站场三维模型成果、属性数据成果、新建站场三维设计模型成果之间存在数据互通性差、格式转换不畅、数据共享效率低等问题，为有效增强数据价值，亟需开展基于以上三类数据的共享应用研究。

2 数据共享模式

基于三维点云数据的已建站场三维建模方式在信息化平台数据建设中应用较为广泛，主要包括四个步骤，分别是采集点云及照片、专业软件建模、模型格式转换、平台加载应用。常用的点云采集仪器有三维激光扫描仪和全站激光扫描仪等，照片一般用专业相机采集。点云成果导入3D Studio Max 软件建立模型并导出为.X 格式文件，之后采用Skyline 的Make 插件把.X 文件转换成XPL2 格式，再转为3DML 格式，配置Fly 工程文件，在Skyline 平台应用三维模型。在整个建设过程中，除了最终形成的三维模型成果外，还有中间的点云成果可供后续应用。

地面站场三维设计是近几年逐渐在油气行业设计系统流行的设计形式，其最终以三维（配管）模型为交付物，多以具有较强专业性的软件开展建模（如PDMS、SP3D），注重模型细节，带有属性数据库，但限于格式问题，目前属性数据较难在其他系统共享应用，可共享的主要是模型成果。中国石油A5 系统积累了油田地面工程相关业务的大量属性数据，包括油、气、水处理，阴极保护，电力等多种数据类型，历史数据与实时数据并存，数据时效性强，内容丰富，可以在满足日常应用的同时，应用于工作范围允许的其他方面。根据数据现状分析情况和当前需求，具备开展三维模型数据融合与共享应用研究的基础，且亟需开展此工作。

数据共享模式包括三个方面：①新建站场的三维设计成果转换成地理信息平台可以加载的三维模型格式，实现在线应用；②已建站场的三维扫描点云中间成果向站场改造三维设计工作中的转换共享，为老站场改造提供三维设计基础数据支持；③当前的存量属性数据与三维模型成果的挂接共享，避免属性数据的重复建库、重复录入，最终实现数据价值的最大化。同时，可以基于当前模式新增属性数据，根据需要与三维模型挂接（图2）。

图2 三维模型成果共享模式Fig.2 Sharing pattern of 3D model result

3 实现方式

（1）新建站场三维设计模型成果共享应用。将新建站场三维设计模型成果（如PDMS 平台格式）转换为大庆油田当前采用的Skyline 三维平台可加载应用的模型成果，主要采用以下技术步骤：①PDMS 模型导出为rvm 格式的数据；②打开rvm 数据，导出为fbx 格式文件；③用2012 版本以上的3dmax 软件打开fbx 数据，转为.X 格式文件，再转成XPL2 格式，最后进入Skyline 地理信息平台（A4）开展应用。以上转换工作，已经在中小型站场数据的转换中获得了预期效果（图3），除了较为复杂的管道（线）模型基本相当于点云成果水平之外，其他模型经简单处理即可加载到平台使用。

图3 三维设计PDMS 成果与三维模型之间的转换效果图Fig.3 Transition effect sketch between 3D design PDMS result and the normal 3D model

（2）已建站场三维扫描点云中间成果数据的共享应用。已建站场改造三维设计过程中需要特定格式的点云数据成果，与大庆油田已建站场三维扫描获取的点云格式不符，经过本次研究筛选特定软件转换点云成果格式（图4），转换后的点云成果可以作为已建站场改扩建设计过程中的模型空间框架载体，应用于改造设计工作中，从而实现了点云成果数据的共享应用和数据价值延伸。

图4 格式转换后的点云效果图Fig.4 Point cloud effect sketch after format conversion

（3）三维模型与属性信息共享应用。针对三维模型成果缺乏属性数据的现状，开发属性挂接软件，用户通过软件界面输入对应的关联ID，保存、提交、审核操作后，即可完成模型与属性的自动挂接。基于工具软件与中国石油A5 系统现有的属性数据进行关联、完成挂接工作，在模型应用过程中自动获取对应属性数据（图5）。该模式重点解决已建站场三维扫描过程中产生的点云中间成果在老站场改造三维设计中的共享应用，以及新建站场三维设计模型成果在信息化系统中的共享应用，基本实现了预期的两类模型数据的双向转换流动效果，增强了数据价值。现有属性数据与三维模型的挂接工作，则通过提前设计数据表结构和关键字段，开发软件工具，已经具备了全面开展属性挂接的条件。

图5 模型挂接属性信息界面Fig.5 Information interface of model conjunction attribute

4 油田生产辅助领域的应用

基于该模式开展模型数据共享应用研究，实现了不同格式模型成果的转换、现有属性数据与模型的挂接等预期效果。转换后的成果数据在三维展示系统平台得到了应用（图6），在油田地面生产辅助领域发挥了如下作用。

（1）提升数据使用效率、延伸数据价值。新建站场三维设计成果作为数字化设计的成果，不但起到了指导现场施工的作用，转换为Skyline 信息化平台可加载的三维模型成果后，可以实现数据的二次利用，可在信息化平台继续开展应用。已建站场的点云扫描成果，可以转换为老站场改造三维设计过程中的基础数据，支撑老站场改造的三维设计工作。现有属性数据成果与三维模型挂接后，可在三维平台进行展示，实现三维模型和属性数据的有效关联。建成孪生数字站场的雏形，为下步开发应用打下坚实基础。

（2）提升管理效率。通过系统建设，实现了二三维联动及站场三维模型的动静态数据查询、分析功能，实现了与中国石油A5 系统的属性数据集成，将三维模型与站场详情相关联，充分发挥了三维模型成果在油气田地面工程决策支持方面的能力。

5 结束语

本文提出了一种数据共享应用模式，结合油田新建站场三维设计成果、已建站场三维扫描的点云成果，以及现有业务系统中的属性数据开展资源共享应用实践，数据融合及共享应用效果符合预期，具备较好的生产实践价值。为实现地面工程站场的智能化运维，还将开展以下工作：未来继续紧跟虚拟现实发展前沿，结合油田生产辅助管理的需求，大力开展三维模型建设与应用研究，有效提升数据共享应用水平，增强三维模型在油田生产中的仿真模拟效果，增强生产管理的场景实效，切实提升油气田地面站场相关业务的生产管理水平。在已建站场改造的三维设计方面，探索与BIM 模型结合开展设计的途径和可行性。

图6 三维站场二三维联动应用效果图Fig.6 Application effect sketch of the 2D and 3D linkage for 3D station

下一步应重点开展数据转换效率提升的研究与实践，提升数据共享效果，进一步扩展实现不同来源数据的融合与高效应用，引领油气田地面站场的三维模型建设与应用，为油田信息化建设提供坚实支撑。