浅谈基于ISO模型的管线三维可视化实现方案

张高尉 李应晓 张晶 李金富 李炳勤

(海洋石油工程股份有限公司， 天津 300456）

随着信息化技术的发展，海洋工程行业的信息化水平大幅提升，业内逐渐形成基于4D和5D为的施工管理模式，通过在三维可视化工具上集成进度状态能够直观地呈现当前施工进展，为决策者和管理者提供便利的信息支持。三维可视化通常是以设计模型为基础，以管线为单位呈现管线施工状态，但是在工程项目的不同阶段，设计、安装、试压会有不同的主要关注维度。设计通常按系统进行设计，安装一般是按区域安装，而试压又会回到系统维度，因此，与施工管理维度的统一是当前可视化需要解决的问题之一，本文探讨并实践了一种与施工管理维度一致的管线三维可视化方案。

1 管线模型

管线模型是实现三维可视化的基础，在海洋工程项目中，设计阶段分为详细设计和加工设计，详细设计通常基于PDMS和Smart 3D构建三维模型，并导出PCF文件或IDF文件用于加工设计，加工设计使用Spoolgen或Auto CAD进行现场焊口设置和断管。

1.1 详细设计模型

管线详细设计的主要产出是ISO图及ISO模型，ISO以管线为单位，通常包含多页图纸，涵盖某一个独立功能的管系范围，ISO模型可以从详细设计软件中基于某种规则导出成独立的模型文件，即PCF文件或IDF文件。

1.2 Spoolgen模型

非发布模型数据是最普遍的数据，通常业主移交的设计数据只有DWG图纸和PDF文件，这种情况下获得设计数据的方式有限，对于结构专业，主要通过加工设计阶段导出MTO表来获得项目管理需要的基础数据，而对于配管专业，获取设计数据的模式与结构有所不同，配管专业加工设计数据可以通过Spoolgen获取项目管理所需的基础数据，SPOOLGEN是最常用的配管加工设计工具，通过SPOOLGEN可以兼容PCF或IDF等ISO文件，并实现管线断管和增加焊点等功能，并支持通过风格包在生成图纸时，输出各类数据表。

2 模型集成

ISO模型是独立的管线模型，而施工管理过程，需要基于整体管线模型进行预览和分析，因此施工管理的需求是集成后的ISO模型，基于SPF（Smart Plant Foundation）和SPC（Smart Plant Construction）可以实现多个加工设计后的ISO模型集成。

根据项目建设要求及建设目标，推荐项目实施方案如下图所示：

图1 ISO模型的集成技术路线

详细设计模型（数据）分两种方式从三维设计工具导出：

1、管线专业详设信息导出为PCF/IDF文件，并导入Spoolgen做加工设计。加工设计后的ISO图直接发布至SPF/SPC。Spoolgen导出POD文件，POD文件经SPIOP转换为模型，模型经SPIOP直接发布至SPF/SPC。通过这种方式，确保管线图纸、模型能进入SPC，且模型与图纸见保存关联关系，便于可视化施工管理；

2、除管线外的其它模型。直接从三维设计工具中发布至SPF/SPC，作为管线可视化施工管理的背景。对于SP3D的模型，可以直接发布至SPF/SPC。对于PDMS模型，导出RVM和ATT文件经SPIOP发布至SPF/SPC。

为了实现管线的可视化管理，进入SPF/SPC的管线数据应达到完整的加工设计深度，并包含所有必要的管理属性信息。这些信息可在三个阶段进行完善或补充：

1、详设阶段。应至少包含管线的基本设计数据和管理属性，如管线号、系统号、三维坐标、管线及管件短描相关属性等。需要在元件库建库和布置设计阶段进行补充和完善。相应的数据如果未包含在PCFIDF文件的，需要进行导出属性补充，使其补充进PCFIDF文件。在SP3D导出的属性中补充映射，或者在PDMS导出的属性表中补充映射；

2、加工设计阶段创建和补充现场焊、Spool相关信息。加工设计阶段应能接受详设补充在PCFIDF文件中的新属性，并在Spoolgen中添加现场焊、创建Spool。并补充必要的其它设计和管理属性。相关的属性应能包含在Spoolgen发布至SPF/SPC的图纸和模型中。

3、对于以上两个阶段不能或不便补充的设计属性和管理属性，可直接通过Excel方式补充到模型和图纸上。

管线模型和图纸进入后，可以基于SPC的模型和图纸模块浏览相关模型或图纸，并可以基于模型和图纸进行工作包创建。工作包的基本配置需要根据项目要求进行调整，以完成本项目所涉及的所有阶段的工作包创建要求。

在SPM中使用的图纸节点推荐使用是Spool号，相当于小票图。但加工设计和施工管理过程中没有真实存在小票图，Spoolgen发布的图纸也是ISO图，需要修改现有SPC和SPM调用接口，将现有接口的图纸信息由ISO图号替换为Spool号。

经过工作包的管理过程，再辅以各种设计信息和管理属性，可以在SPC中可视化的展示各种管理信息。计划进度方面，默认提供4D动画。可以再定制一组过滤器，用于显示各个阶段的管段施工状态。基于设计属性和管理属性，可以通过过滤器实现过滤管线、系统、区域、试压包等范围的Spool。结合SPM的接口调整，还可以可视化的显示Spool的材料状态。

3 三维显示

工单是项目施工管理的基本载体，在配管专业信息化系统中，工单是计划、图纸、材料、管理信息的综合技术性文件。工单实施管理主要包含：工单实施过程职责划分、工单创建规则制定、工单创建、工单实施、工单状态反馈以及工单关闭。通过三维展示工单，如图2 ISO管线集成效果，可从空间上对工单有整体了解，再结合用颜色表示的施工状态，能清晰的掌控工单的执行状态，达到基于4D/5D进行施工可视化管理的目的。

图2 ISO管线集成效果

4 总结

海洋工程项目配管专业的信息化管理结合海洋工程项目施工管理流程，实现了设计数据管理、材料管理、工单实施管理（含质量控制）等环节，相对传统方式而言，打通了各环节的信息壁垒，提高了数据流转效率和数据准确率，结合4D/5D的施工管理，使得基于工单的管理更加直观、便捷，提升了工单执行管理效率。