管線穿艙件智能定位系統的研究

石婷婷

（中海油能源發展裝備技術有限公司設計研發中心，天津 300452）

在石油鉆采平臺、液化天然氣項目工藝模塊以及鉆井船、鉆井平臺等，管線靈活地穿梭于各個區域，常常需要跨過圍壁或者穿過甲板，也就是穿艙。需要穿艙的管線在穿艙處需要焊接一個穿艙件，起到保護與密封的作用。在現場安裝管線之前，需要進行穿艙件定位施工的準備工作，提前焊好管線穿艙件。

1 背景

穿艙件定位施工的準備工作，目前普遍都是由工作人員手動計算完成。首先，工作人員需要掌握項目定位軸網的坐標和管線穿艙件的坐標；然后，分別在橫向及縱向兩個定位方向上判定出與穿艙件相距最近的定位軸；最后，經人工計算得出準確的定位距離，并確定該穿艙件與該定位軸的方位關系，至此完成一個管線穿艙件的精確定位。而每個項目所涵蓋的管線穿艙件，少則數十，多則數百，相當費時費力，而且由于人為因素的干預，容易產生錯誤的定位數據。一旦按照錯誤的定位結果施工，將會造成包括焊接、打磨、補漆等多個工序在內的返工，嚴重的還將影響結構強度。因此，十分有必要研究出一種精確高效的定位穿艙件的方法，提高工程建造整體的科學、安全、質量等綜合性指標。

2 設計思路

該智能定位系統的設計初衷，是希望由智能自動計算取代人工手動計算，從而提高工作的效率，保證定位結果的準確性，減少作業人員的工作量，避免產生錯誤的定位數據。設計思路為，獲取定位軸網信息（讀取縱軸個數 → 分別讀取每個縱軸的名稱和坐標 → 讀取橫軸個數 → 分別讀取每個橫軸的名稱和坐標）→獲取定位點信息（讀取定位點的橫縱坐標）→ 后臺自動計算 → 顯示定位結果 → 繼續獲取下一個定位點的信息進行定位工作。

3 研究方向

確定了設計思路，接下來就是研究如何編制管線穿艙件智能定位系統的程序，研究的內容和解決的問題主要包括以下幾個方面：①如何利用定位系統讀取項目坐標軸網的信息；②該定位系統以何種方式獲取穿艙件定位點信息；③編制能夠實現穿艙件自動智能定位的算法程序；④對算法進行優化，進一步提升工作效率；⑤提高該定位系統的智能化和自動化程度，使其具備更強的可操作性；⑥確定最優結果輸出方式，便于快速、高效、精確地進行定位工作。

4 程序編制

智能定位系統設計的難點之一，是根據用戶實際所需的定位軸個數，彈出相應數目的對話框，用以向用戶索取定位軸的名稱和坐標。另一大難點，就是程序后臺自動計算操作程序的編寫，這也是該定位系統的靈魂所在。首先，計算出穿艙件與每一根定位軸間的距離。然后通過比較，取距離值中最小者，從而確定出與穿艙件相距最近的定位軸。接下來將該定位軸的相關信息以及定位軸與穿艙件的絕對坐標之差作為重要數據單獨存儲，以備輸出定位結果時調用。最后，輸出精確的管線穿艙件定位結果，包括與管線穿艙件相距最近的定位軸名稱、定位距離以及二者的方位關系。如此，使用智能定位系統進行定位操作，使用者在輸入定位軸網信息和穿艙件坐標之后，即刻可得精確的定位結果。該智能定位系統程序的部分代碼如圖1所示。

在后續試運行階段，結合操作者的使用感受，進一步完成了一些設計優化工作，主要包括：①開發智能定位系統的記憶坐標軸網的功能。只需輸入一次坐標軸網坐標，后臺即可自動記憶坐標軸網信息，后期無須再輸入軸網信息便可陸續進行多個穿艙件的定位工作，進一步提高該系統操作的簡便性，避免煩瑣操作；②保持界面簡潔性。定位系統不再單獨彈出顯示定位結果的窗口，從而避免冗繁的彈窗，使操作界面更加簡潔，提升用戶使用感受；③優化輸出形式。將定位結果的文字形式進行優化，使其更具直觀性，一目了然。

即刻可得精確的定位結果。該智能定位系統程序的部分代碼，如下所示：

通過一系列的研究與調試運行，完成了該智能定位系統的程序編制。程序的操作界面見圖2～圖6。

各程序界面的說明如下：①圖2。按照工程的實際情況，輸入所需的縱軸的個數（輸入橫軸個數的界面與此界面相同）。②圖3、圖4。軟件獲取縱軸個數后，提示用戶在彈出對話框中，分別輸入每個定位軸的名稱和坐標（獲取橫軸名稱和坐標的界面與此界面相同）。③圖5。提示用戶輸入所需定位的穿艙件的橫坐標和縱坐標。④點擊“定位結果”按鈕，即刻在界面上方顯示出定位數據，如圖6所示。如需繼續定位下一點，點擊“輸入下一定位點坐標”按鈕，清空定位點橫縱坐標數值及定位結果，對話框頁面回到圖5。如定位工作結束，點擊“退出”按鈕，即可退出程序。

圖2 讀取縱軸個數界面

圖3 讀取縱軸（橫向定位軸）名稱界面

圖4 讀取縱軸（橫向定位軸）坐標界面

圖5 讀取定位點數據及結果顯示界面

圖6 定位結果示例圖

5 創新與效益

5.1 創新點

該系統可精確高效定位管線穿艙件，采用VB語言進行編寫，將以往的人工手算變革為智能自動計算，是對現有技術的一次突破和創新。程序可記憶定位坐標軸網的信息，讀取管線穿艙件坐標后，能夠快速、高效、自動、精確定位管線穿艙件的位置，同時出具準確定位結果。

5.2 效益點

5.2.1 成果應用效益

該系統已應用于多個鉆機模塊及生活樓項目，應用效果良好。不僅適用于管線穿艙件的定位，普遍適用且可推廣應用至諸多方面的定位工作，如電纜穿艙、橋架穿艙、風道穿艙等。該程序層次清晰，簡單易懂，操作便捷，界面流暢，可按照設計預想的工作思路，順利完成穿艙件的智能定位工作極大提高了工作效率，保證了定位結果的準確性，減少了作業人員的工作量，避免了人為因素（如記錯數據、按錯計算器或因數據過多和環節煩瑣產生的疲勞失誤等）導致的低級錯誤，并在后續建造項目中繼續應用。

5.2.2 經濟效益

該智能定位系統保證了定位工作的時效性和準確性，減少了作業人員工作量，從而節約了時間成本；提高了定位工作的精準度，避免因錯位定位數據導致的包括切割、打磨、焊接、補漆等多個工序在內的返工以及可能導致的結構強度下降，從而節約了材料、人工和管理資源成本。

5.2.3 社會效益

該智能定位系統即裝即用，操作簡便，可重復使用，且無應用限制，可在其他領域應用推廣。節約時間、材料、人工和管理資源的成本，響應公司降本增效的方針政策。以智能自動計算替代人工手動計算，用科技化生產代替人工勞動力，從點滴做起提升工程整體的科學、安全、質量等綜合性指標，打造優質海洋工程。

6 結論

該智能定位系統具有如下顯著特征：①易使用性。智能定位系統軟件安裝方便、界面簡潔、使用便捷，實現了“傻瓜式” 操作的模式。②可移植性。從一臺計算機系統轉移到另一臺計算機系統同樣可進行相關操作。③準確性。精準度高，避免了傳統人工計算出現的錯誤。④高效性。僅需簡單輸入相關數據即刻便可獲取穿艙件的準確定位。具有可觀的創新與效益，從細節著手節約時間、材料、人工和管理資源的成本，響應公司降本增效的方針政策。從點滴做起提升工程整體的科學、安全、質量等綜合性指標，打造優質海洋工程。