油田站場三維模型成果共享應用研究

孫崇亮 趙雪峰

大慶油田工程有限公司

社會信息化水平的整體快速提升帶動了石油行業的信息化建設進度，更為油田地面工程三維設計[1-3]、設計成果數字化移交[4]、數字化孿生工廠以及孿生站場的建設工作提供了有利條件。中國石油為加快各業務領域信息化建設，全面提升企業整體管理水平，自2000 年以來，相繼制定了包括《中國石油“十三五”信息技術總體規劃》在內的多次信息技術建設規劃，規劃了與油氣田地面工程相關的信息化項目——中國石油地理信息系統（A4）項目及采油與地面工程運行管理系統（A5）項目。通過多年的項目建設實踐及應用后，信息化成果對油氣田地面工程的支持作用逐漸顯現，為油氣田企業數字化轉型打下了堅實基礎，產生了顯著效益。與此同時，隨著中國石油的信息化建設相繼進入集成應用和共享協同階段，各油氣田企業對加快站場等三維模型建設與提升相關數據共享效率等需求越來越迫切。

1 建設成果

三維模型建設在石油行業信息化工作中占有重要地位，各單位早已開展建設工作。在中國石油的油氣田領域，結合中國石油A4 項目建設，積累了較豐富的已建站場三維模型成果，但現有模型主要是通過三維激光掃描[5-6]等技術建設，模型屬性需要單獨建立數據庫，錄入對應數據，供系統調用。進入“十三五”以來，大慶油田新建大中型站場全部采用了三維設計，在完成設計工作的同時積累了一大批三維設計模型成果；同時，結合A4 項目在大慶油田的深化應用，利用油田已建大中型站場三維激光掃描點云成果完成三維模型建設，模型涵蓋站庫的地上和地下實測管道，實現站庫的主要設備、管道的三維空間數字化，為數字化站場的實現打下了較好基礎，已建站場三維建設效果見圖1。中國石油A5 項目建立了具有數據采集、傳輸、處理、存儲、發布、分析與應用功能的信息管理系統，形成了統一標準的采油采氣與地面工程數據庫，積累了大量油氣生產運行業務屬性數據。

圖1 油田已建站場三維建設效果圖Fig.1 3D construction sketch of oilfield existing station

然而，現有已建站場三維模型成果、屬性數據成果、新建站場三維設計模型成果之間存在數據互通性差、格式轉換不暢、數據共享效率低等問題，為有效增強數據價值，亟需開展基于以上三類數據的共享應用研究。

2 數據共享模式

基于三維點云數據的已建站場三維建模方式在信息化平臺數據建設中應用較為廣泛，主要包括四個步驟，分別是采集點云及照片、專業軟件建模、模型格式轉換、平臺加載應用。常用的點云采集儀器有三維激光掃描儀和全站激光掃描儀等，照片一般用專業相機采集。點云成果導入3D Studio Max 軟件建立模型并導出為.X 格式文件，之后采用Skyline 的Make 插件把.X 文件轉換成XPL2 格式，再轉為3DML 格式，配置Fly 工程文件，在Skyline 平臺應用三維模型。在整個建設過程中，除了最終形成的三維模型成果外，還有中間的點云成果可供后續應用。

地面站場三維設計是近幾年逐漸在油氣行業設計系統流行的設計形式，其最終以三維（配管）模型為交付物，多以具有較強專業性的軟件開展建模（如PDMS、SP3D），注重模型細節，帶有屬性數據庫，但限于格式問題，目前屬性數據較難在其他系統共享應用，可共享的主要是模型成果。中國石油A5 系統積累了油田地面工程相關業務的大量屬性數據，包括油、氣、水處理，陰極保護，電力等多種數據類型，歷史數據與實時數據并存，數據時效性強，內容豐富，可以在滿足日常應用的同時，應用于工作范圍允許的其他方面。根據數據現狀分析情況和當前需求，具備開展三維模型數據融合與共享應用研究的基礎，且亟需開展此工作。

數據共享模式包括三個方面：①新建站場的三維設計成果轉換成地理信息平臺可以加載的三維模型格式，實現在線應用；②已建站場的三維掃描點云中間成果向站場改造三維設計工作中的轉換共享，為老站場改造提供三維設計基礎數據支持；③當前的存量屬性數據與三維模型成果的掛接共享，避免屬性數據的重復建庫、重復錄入，最終實現數據價值的最大化。同時，可以基于當前模式新增屬性數據，根據需要與三維模型掛接（圖2）。

圖2 三維模型成果共享模式Fig.2 Sharing pattern of 3D model result

3 實現方式

（1）新建站場三維設計模型成果共享應用。將新建站場三維設計模型成果（如PDMS 平臺格式）轉換為大慶油田當前采用的Skyline 三維平臺可加載應用的模型成果，主要采用以下技術步驟：①PDMS 模型導出為rvm 格式的數據；②打開rvm 數據，導出為fbx 格式文件；③用2012 版本以上的3dmax 軟件打開fbx 數據，轉為.X 格式文件，再轉成XPL2 格式，最后進入Skyline 地理信息平臺（A4）開展應用。以上轉換工作，已經在中小型站場數據的轉換中獲得了預期效果（圖3），除了較為復雜的管道（線）模型基本相當于點云成果水平之外，其他模型經簡單處理即可加載到平臺使用。

圖3 三維設計PDMS 成果與三維模型之間的轉換效果圖Fig.3 Transition effect sketch between 3D design PDMS result and the normal 3D model

（2）已建站場三維掃描點云中間成果數據的共享應用。已建站場改造三維設計過程中需要特定格式的點云數據成果，與大慶油田已建站場三維掃描獲取的點云格式不符，經過本次研究篩選特定軟件轉換點云成果格式（圖4），轉換后的點云成果可以作為已建站場改擴建設計過程中的模型空間框架載體，應用于改造設計工作中，從而實現了點云成果數據的共享應用和數據價值延伸。

圖4 格式轉換后的點云效果圖Fig.4 Point cloud effect sketch after format conversion

（3）三維模型與屬性信息共享應用。針對三維模型成果缺乏屬性數據的現狀，開發屬性掛接軟件，用戶通過軟件界面輸入對應的關聯ID，保存、提交、審核操作后，即可完成模型與屬性的自動掛接。基于工具軟件與中國石油A5 系統現有的屬性數據進行關聯、完成掛接工作，在模型應用過程中自動獲取對應屬性數據（圖5）。該模式重點解決已建站場三維掃描過程中產生的點云中間成果在老站場改造三維設計中的共享應用，以及新建站場三維設計模型成果在信息化系統中的共享應用，基本實現了預期的兩類模型數據的雙向轉換流動效果，增強了數據價值?，F有屬性數據與三維模型的掛接工作，則通過提前設計數據表結構和關鍵字段，開發軟件工具，已經具備了全面開展屬性掛接的條件。

圖5 模型掛接屬性信息界面Fig.5 Information interface of model conjunction attribute

4 油田生產輔助領域的應用

基于該模式開展模型數據共享應用研究，實現了不同格式模型成果的轉換、現有屬性數據與模型的掛接等預期效果。轉換后的成果數據在三維展示系統平臺得到了應用（圖6），在油田地面生產輔助領域發揮了如下作用。

（1）提升數據使用效率、延伸數據價值。新建站場三維設計成果作為數字化設計的成果，不但起到了指導現場施工的作用，轉換為Skyline 信息化平臺可加載的三維模型成果后，可以實現數據的二次利用，可在信息化平臺繼續開展應用。已建站場的點云掃描成果，可以轉換為老站場改造三維設計過程中的基礎數據，支撐老站場改造的三維設計工作?，F有屬性數據成果與三維模型掛接后，可在三維平臺進行展示，實現三維模型和屬性數據的有效關聯。建成孿生數字站場的雛形，為下步開發應用打下堅實基礎。

（2）提升管理效率。通過系統建設，實現了二三維聯動及站場三維模型的動靜態數據查詢、分析功能，實現了與中國石油A5 系統的屬性數據集成，將三維模型與站場詳情相關聯，充分發揮了三維模型成果在油氣田地面工程決策支持方面的能力。

5 結束語

本文提出了一種數據共享應用模式，結合油田新建站場三維設計成果、已建站場三維掃描的點云成果，以及現有業務系統中的屬性數據開展資源共享應用實踐，數據融合及共享應用效果符合預期，具備較好的生產實踐價值。為實現地面工程站場的智能化運維，還將開展以下工作：未來繼續緊跟虛擬現實發展前沿，結合油田生產輔助管理的需求，大力開展三維模型建設與應用研究，有效提升數據共享應用水平，增強三維模型在油田生產中的仿真模擬效果，增強生產管理的場景實效，切實提升油氣田地面站場相關業務的生產管理水平。在已建站場改造的三維設計方面，探索與BIM 模型結合開展設計的途徑和可行性。

圖6 三維站場二三維聯動應用效果圖Fig.6 Application effect sketch of the 2D and 3D linkage for 3D station

下一步應重點開展數據轉換效率提升的研究與實踐，提升數據共享效果，進一步擴展實現不同來源數據的融合與高效應用，引領油氣田地面站場的三維模型建設與應用，為油田信息化建設提供堅實支撐。