SPI DDP模块在仪表数字化交付中应用

徐艳宏

（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

0 引言

在信息产业高速发展的今天，数字化交付已经成为目前石化工程设计的重要部分。根据GB/T 51296-2018《石油化工工程数字化交付标准》的相关要求，仪表专业的数字化交付文件除了传统的仪表规格书、材料表等文件外，还应包含三维模型的协同设计及信息共享。SPF（Smart Plant Foundation）集成设计平台，为数据存储、信息传递及信息共享提供了有利的保障。

目前，用于石油化工行业数字化交付的主要过程软件为SPI（Smart Plant Instrumentation）与SP3D Smart Plant 3D），以上两款软件均来自于海克斯康PPM公司。

SPI是目前国内大中型石化工程项目使用较多的仪表工程设计软件。其功能强大，除了能生成仪表索引表、规格书、安装图、回路图等文件，还能通过DDP模块向SP3D传递仪表外形尺寸等相关信息。当前常用版本有SPI2013、SPI2016、SPI2018，各版本的模块功能略有差异。

图1 SPI DDP模块界面Fig.1 SPI DDP module interface

SP3D是海克斯康PPM公司推出的智能三维协同设计软件，是PDS软件的升级版。仪表专业可在SP3D模型中创建仪表电缆槽板、变送器、气体检测器、接线箱、气源分配器等，也可接收来自仪表专业的外形尺寸数据文件。SPF集成设计平台正是SPI与SP3D软件之间的枢纽，可真正实现仪表外形尺寸数据的零误差传递，为各专业间三维协同设计提供了便利条件。将仪表模型传递至SP3D后，对配管专业设计人员有很大的帮助。精准的外形尺寸及过程连接信息，更有利于布置管道及检维修平台、碰撞检查及确定手轮方向。本文结合国内某大型乙烯项目SPI DDP（Dimensional Data for Piping）模块的应用，重点介绍了仪表外形尺寸的传递流程、工程设计经验、常见问题的解决方法及设计流程优化等。

1 DDP模块

DDP全称Dimensional Data for Piping，是SPI主要功能模块之一。主要用于生成存储仪表和阀门的外形尺寸数据、过程连接、重量及厂家型号等信息。DDP拥有超过100个以上的仪表和阀门模型，涵盖了绝大多数的仪表和阀门种类。

DDP模块由默认数据集（Default Library）、工作组数据集（Working Data）、仪表厂商数据集（Vendor Data）、仪表图形组（Dimensional Groups）、过程连接压力等级库（Process Connection Class）、过程连接端面库（Process Connection EndPrep）、尺寸数据表格（Dimensional Data Sheet Forms）等组成。

1）默认数据集。通常用于存储常用仪表外形尺寸信息，基础设计阶段可以作为仪表初步尺寸数据条件提供给管道专业供设计人员参考。

2）工作组数据集。DDP主要操作界面，用于对仪表外形尺寸数据、过程连接压力等级、端面等信息进行编辑、保存，并在工作组数据集里生成仪表尺寸数据表，通过SPF平台向SP3D传递外形尺寸等信息。

3）仪表厂商数据集。用于存放仪表订货后，仪表厂商提供的仪表外形尺寸数据。数据导入方法与工作组数据集相同，均可通过SPI提供的导入工具（Import Utility）进行数据导入。

4）仪表图形组。包含名称及对应仪表类型描述，显示仪表外形尺寸图及图中各数据名称，也可新建图形组并关联对应的bmp格式外形尺寸图。

5）过程连接压力等级库。按照《管道材料等级规定》要求设置。

6）过程连接端面库。按照《管道材料等级规定》要求，输入仪表、阀门过程连接端面名称，使用标准及描述。

过程连接形式大致可分为法兰连接、对焊连接、承插焊和螺纹连接。

①法兰连接：公称直径小于或等于DN600法兰，执行ASME B16.5规定；公称直径大于DN600法兰，执行ASME B16.47系列B规定。

②对焊连接：对于碳钢及低合金钢管道，应执行ASME B36.10M标准；对于奥氏体不锈钢管道，应执行ASME B36.19M标准。当管道外径及壁厚超出ASME B36.19M标准范围时，则执行ASME B36.10M标准。当管道外径及壁厚超出ASME B36.10M标准范围时，则按项目工程规定执行。

③承插焊和螺纹连接：执行ASME B16.11标准。

2 仪表外形尺寸的传递流程

SPI软件与SP3D软件是通过SPF集成设计平台进行信息存储及传递。SPI将生成的外形尺寸等相关信息进行保存及加版本等相关操作，然后发布至SPF平台。SP3D向SPF平台提取仪表外形尺寸信息，并在SP3D中建立仪表模型。国内某大型乙烯项目，DDP数据主要传递流程如图2。

图2 仪表外形尺寸的传递流程Fig.2 The transmission process of the instrument size

2.1 模型数据定义

1）由SPI管理员定义SPI与SP3D对应的工厂结构，即SPI中的仪表单元结构与SP3D进行关联。开通用户操作权限，确保仪表工程师对DDP数据的导入及修改。

2）SPI INDEX模块下，将仪表类型关联对应的DDP模板。

3）检查SPI DDP模块中Dimensional Groups种类是否涵盖了所有要发布DDP的仪表类型。如有需要，可与SPI、SPF管理员联系，进行添加。

4）根据项目《管道材料等级规定》，整理仪表和阀门模型分组、过程连接端面名称、端面标准信息，由管理员完成SPI、SPF、SP3D 3个软件之间的信息关联映射工作。首先，由SP3D端对模型分组、过程连接端面及端面标准进行完善；其次，是SP3D与SPF间采用Code Number的方式完成映射；最后，是SPI与SPF间的映射。因为SP3D与SPF间的映射工作已完成，所以SPI侧通常采取迎合的方式进行映射。此项工作为SPI、SP3D集成化设计的核心工作，项目前期合理规划，可大幅提高工作效率。

5）向仪表厂商提供SP3D当前所支持的DDP模板。仪表厂商根据仪表和阀门的外形选择对应的模板，并填写外形尺寸、过程连接形式、重量等数据。如果没有完全对应的DDP模板，可简化找相近模板替代，满足现场安装、操作、检维修空间即可。

2.2 建立仪表DDP数据

建立仪表DDP数据通常有3种方法：①手动输入DDP数据；②利用SPI Import Utility批量导入DDP数据；③由仪表厂家提供基于APIs（Application Programming Interfaces）接口的数据表格及链接，该方法与SPI Import Utility进行DDP数据导入相似。

目前项目中普遍利用SPI Import Utility进行批量导入DDP数据，操作步骤如下：

1）整理及检查仪表厂商提供的DDP数据，保存对应版本的EXCEL文件。

2）在SPI Import Utility 中分别建立外形尺寸Link、仪表重量及厂家型号Link。也可通过Service中Import Links，复用其他项目已设置好的Link。

3）打开Link，设置好Link属性。导入仪表厂家提供DDP数据，将导入数据与SPI中字段进行关联映射；仪表外形尺寸及重量单位可根据项目要求，在关联字段时直接写入。例：UOM ID统一填写“6”，代表mm；UOM ID填写“15”，代表kg。

4）映射后保存，然后点击TEST，测试是否有问题。如果提示有问题，可通过report提示进行问题查看，并解决问题；如果提示测试成功，可通过import进行数据的导入。

5）批量导入DDP数据时，端面标准为默认选项。若不符合《管道材料等级规定》要求，可在SPI仪表DDP属性中修改正确端面标准。

2.3 仪表DDP数据发布与接收

仪表工程师将SPI中DDP数据发送至SPF平台，由管道工程师在SPF平台提取信息，在SP3D中建立仪表模型。

1）SPI DDP模块下选中要发布的仪表位号，生成Dimensional Data Sheet后并保存。

2）SPI Smart Plant模块下Revise Documents进行添加版本，根据Piping Design Area、Dimensional Group Name等筛选条件，选中加版本的仪表位号进行添加。

3）SPI Smart Plant模块下Publish进行发布，出现Documents have been published successfully的提示，即发布成功。

由于工艺条件变化、设计周期短、仪表厂家资料错误及反馈不及时等原因，仪表DDP文件需要及时修改并再次发布。为避免出现DDP模型数据与SP3D模型数据不符现象，DDP文件再次发布时，版本号需要及时更新。

三维模型中，发布与接收成功的仪表和阀门图形如图3、图4。

图3 三维模型-涡街流量计Fig.3 3D Model - vortex flowmeter

图6 三维模型-定义CP3/4孔板Fig.6 3D Model-define CP3/4 well plate

图7 孔板尺寸数据Fig.7 Orifice size data

3 常见问题及解决方法

1）数据属性及单位错误，可直接导致无法生成外形图及外形尺寸报错

① 绝大部分外形属性值不能为0。如确实为0，可填写数字1或者10来进行建模。

② 单位一定要与三维软件保持一致，如三维模型单位为mm，DDP中单位为in，会导致在三维模型中，仪表外形几十倍的放大。

2）模型定义不完整，导致节流元件在模型中失真变形

如果不对节流元件取压口进行定义，会导致取压口尺寸与管道尺寸相同，导致节流元件模型失真，如图5。正确做法需对导压管的过程连接形式及端面标准进行定义，即在DDP模板里增补CP3、CP4过程连接等相关信息，材料等级与工艺管道要求保持一致。此操作可在DDP Working Data中批量进行。

图5 三维模型-未定义CP3/4孔板Fig.5 3D Model-undefined CP3/4 well plate

3）采用错误端面标准，导致仪表模型无法安装

根据《管道材料等级规定》，选择正确端面标准。如图8中同一管道等级，公称直径为0.5 in～24 in时，采用端面标准为ASME B36.19M；公称直径为26 in及以上时，采用端面标准为ASME B36.10M。

图8 管道等级表Fig.8 Pipe class table

4）映射不全

首先保证SPI DDP中填写的过程连接端面类型、标准、压力等级已经在SPF中完成了关联映射后，再进行DDP文件的发布。另外，过程连接为焊接的仪表端面中，一般情况不需要填写磅级数据。

4 DDP在不同三维软件中应用比较

PDS模型，大多为非Foundation平台情况。仪表DDP文件传递时需要打印外形尺寸图，并利用DDP Export Utility生成PDS可接受的DAT文件数据包。传递过程较为复杂，不利于数据共享及校审。

PDMS模型，向配管专业提供EXCEL版仪表外形尺寸数据作为提出条件，并由配管专业设计人员整理并输入数据后，进行建模工作。此传递过程较PDS简单，但是软件相对独立，不能保证数据的准确性及信息共享。

SP3D模型，仪表DDP文件是通过SPF平台将数据传递至SP3D。各专业间是以数据为基础，通过数据流实现各专业间的信息共享及交换。在SPF中可以查询到所有发布的DDP文件，不仅大幅度减少了设计人员的工作量，而且保证了数据的实时性、准确性及完整性，最终实现数据的共享及图形校验。

5 设计优化

1）设计流程优化。由于国内外厂家设计流程差异及设计周期短等因素，仪表厂商无法提供精准的DDP数据表格，因而有必要进行设计流程优化。例如，由阀门厂家先提供阀门的外形尺寸图作为初版安装条件，并由配管专业对初版条件中的执行机构安装方位等信息进行确认。仪表专业把确认后的执行机构安装方位图返给厂家，厂家根据配管返回意见提供对应的DDP文件，这样可以减少DDP文件二次导入与发布。

2）加强对端面数据字段的管理及定义。尽可能实现所有数据批量导入，减少手动修改环节，保证数据的准确性。

3）优化模板图。针对工程项目中实际出现的问题，进行模板图优化。例如：现场施工时出现液位计的碰撞问题，将原液位计总长D6更新为D6= D2 + D9 +D10。配管专业会根据D9、D10数据，保证现场安装、操作及检维修空间，大幅减少安装过程中碰撞问题的发生，如图9。

图9 液位计模板图优化Fig.9 Optimization of the template diagram of the liquid level gauge

4）定制模板图。对于不需要配管连接的过程端面，如标准孔板、文丘里及喷嘴的取压管等信息，在项目初期可直接在模板图上将其统一定制。

5）模板图的简化。为方便仪表厂家提供DDP数据，在满足现场安装、操作及检维修空间的前提下，尽可能简化模型，减少模型种类。同时也减轻仪表厂商及设计人员的工作量，减少错误率发生。

6）利用仪表厂商数据集（Vendor Data），建立庞大的仪表厂商数据库。在工作组数据集（Working Data）中通过Copy Vendor to Working实现DDP数据精准快速复用。

7）仪表厂商基于APIs接口，开发更多仪表和阀门等外形尺寸数据文件，不仅能使仪表和阀门的三维模型更贴近实际产品，同时也能大幅提高工作质量和效率。

6 结束语

SPI DDP模块应用后，虽然仪表的直管段长度、介质流向等要求，还需要沿用传统的安装条件，但是SPI DDP模块的集成化设计，弥补了传统安装条件的不足，不仅提高了仪表模型的准确性，同时也减轻了管道工程师的工作负荷，并且有效避免了碰撞问题的发生。实现了更多专业的三维协同设计，为项目进度及设计质量提供了有利的保障。目前，SPI DDP模块下仪表图形库不能涵盖所有仪表类型，对于一些特殊外形仪表只能选择相似DDP模板图来代替。因此，SPI DDP模块的集成化设计仍需不断开发与提高，为后续项目仪表工程设计提供更有力的帮助，实现高质高效的仪表数字化交付。