44卷 第2期(总第161期)中 国 造 船Vol.44 No.2(SerialNo.161)2003年6月SHIPBUILDINGOFCHINAJune2003
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CAD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CAD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CAD技术;井口平台
中图分类号:P756 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、PDMS和AutoPLANT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AutoPLANT3D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。
AutoPLANT3D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AutoCAD2000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-
CAD2000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100MB。
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-FI6_-FI-16124-AF_P碰撞构件内部代码:AT_CCWKU0B8_KO碰撞构件句柄:16E1E碰撞物体2
图层:WHP1A-63-002EL19000_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98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
Applicationof3DCADTechnologyinOffshoreOilEngineering
ZHANGYi-gong
(OffshoreOilEngineeringCo.Ltd,Tianjin300452,China)
Abstract
ThreedimensionalCADdesigntechnologyisanadvanceddesignmodecomparedwithtraditional
2Ddesignmodeintheinternationalengineeringfield.Thispaperdisplaysitstechnologicaladvantage
throughtheapplicationof3DCADinaWCprojectandprovidessomedesignexperiencein3Ddesign
ofoffshoreengineeringproject.
Keywords:offshoreengineering;design;three-dimensionCADtechnology
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
