三維可視化技術(shù)在半潛式生產(chǎn)平臺(tái)中的應(yīng)用

李建鋒 吳 亮 黃 政

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司南海工程分公司，湛江 524057）

數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)技術(shù)利用先進(jìn)的建筑可視化、實(shí)時(shí)三維動(dòng)畫(huà)等互動(dòng)內(nèi)容的多平臺(tái)綜合型開(kāi)發(fā)工具作為底層，可有效滿(mǎn)足設(shè)施設(shè)備完整性管理的應(yīng)用，處理海量的空間數(shù)據(jù)，利用三維仿真技術(shù)直觀(guān)、真實(shí)地展示設(shè)施設(shè)備的三維可視化模型[1]。

1 關(guān)鍵技術(shù)

半潛式生產(chǎn)平臺(tái)作為離岸設(shè)施，在生產(chǎn)運(yùn)維過(guò)程中存在現(xiàn)場(chǎng)支援成本高、海上與陸地方案溝通困難、運(yùn)維時(shí)效低以及數(shù)據(jù)傳輸通道有限等難題。通過(guò)二維圖紙識(shí)別技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，充分挖掘數(shù)據(jù)核心價(jià)值，形成三維模型與工程靜態(tài)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)全屬性全生命周期資產(chǎn)數(shù)據(jù)展示，為生產(chǎn)運(yùn)維過(guò)程中的數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用提供了良好的技術(shù)支撐與用戶(hù)體驗(yàn)。

1.1 二維圖紙識(shí)別技術(shù)

通過(guò)二維圖紙識(shí)別技術(shù)，結(jié)合設(shè)備位號(hào)的元素特征，對(duì)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)P&ID圖進(jìn)行位號(hào)與圖形元素的自動(dòng)識(shí)別，形成位號(hào)與元素的識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)提取，建立設(shè)備位號(hào)與元素的映射關(guān)系，并對(duì)P&ID圖紙進(jìn)行加工處理，使其能夠通過(guò)位號(hào)與工程設(shè)計(jì)文件、設(shè)備完工文件、建造完工文件以及三維模型實(shí)現(xiàn)同步可視化功能[2]。

1.2 二三維數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)技術(shù)

通過(guò)設(shè)備位號(hào)與工程設(shè)計(jì)文件、設(shè)備完工文件、建造完工文件、三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立二維文件與三維模型的映射關(guān)系，打破二三維異構(gòu)文檔數(shù)據(jù)的信息壁壘，以設(shè)備位號(hào)為紐帶，實(shí)現(xiàn)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)二三維工程數(shù)據(jù)同步關(guān)聯(lián)可視化功能，并同步顯示相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)不同資料之間的相互導(dǎo)航和顯示切換。

1.3 三維模型優(yōu)化技術(shù)

三維模型優(yōu)化技術(shù)結(jié)合半潛式生產(chǎn)平臺(tái)三維模型的特點(diǎn)，從建模流程、模型數(shù)據(jù)庫(kù)及模型封裝等方面對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理，使得半潛式生產(chǎn)平臺(tái)三維模型在局部光影效果、半透明渲染效果、設(shè)備位號(hào)懸浮顯示以及安全通道展示等方面提高了逼真度，同時(shí)提高了三維模型的加載、漫游、空間測(cè)量、設(shè)施設(shè)備剖切、批注、視圖快照以及模型對(duì)象操作等交互功能渲染的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性，優(yōu)化了用戶(hù)對(duì)三維模型的可視化操作體驗(yàn)，如圖1所示。

圖1 三維模型優(yōu)化技術(shù)

1.4 三維引擎分布式處理技術(shù)

針對(duì)半潛式生產(chǎn)平臺(tái)三維模型精細(xì)化處理后的數(shù)據(jù)量大導(dǎo)致響應(yīng)速度緩慢的問(wèn)題，采用三維引擎分布式處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)從分布式處理、分布式存儲(chǔ)到服務(wù)發(fā)布的全流程化管理，充分利用硬件資源提高模型操作響應(yīng)速度。同時(shí)，三維引擎對(duì)加載后的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行本地緩存，大大減少了數(shù)據(jù)傳輸與運(yùn)算量。

2 數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)研發(fā)

2.1 數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)構(gòu)成

通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)集成，研發(fā)數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)。系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)源、服務(wù)層、應(yīng)用層和展示層4部分，架構(gòu)如圖2所示。

2.2 數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)功能

2.2.1 二三維聯(lián)動(dòng)可視化功能

數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)提供三維模型在線(xiàn)瀏覽，可以查看三維模型中的每一個(gè)設(shè)備對(duì)象類(lèi)型和信息。P&ID圖紙可以在線(xiàn)瀏覽，圖紙中的管線(xiàn)、儀表等設(shè)備信息可以通過(guò)點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)瀏覽。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可以在三維模型中選擇設(shè)施設(shè)備，從而快速找到與此設(shè)備關(guān)聯(lián)的二維圖紙，也可以通過(guò)二維圖紙點(diǎn)擊熱點(diǎn)，快速找到此設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)位置，減少施工改造的工作量。

2.2.2 設(shè)施設(shè)備測(cè)量功能

設(shè)施設(shè)備測(cè)量功能包括長(zhǎng)度測(cè)量、角度測(cè)量和面積測(cè)量。長(zhǎng)度測(cè)量通過(guò)點(diǎn)擊測(cè)量中的長(zhǎng)度測(cè)量按鈕進(jìn)入距離測(cè)量模式。單擊鼠標(biāo)左鍵選擇兩點(diǎn)后，即可顯示其長(zhǎng)度信息，且繼續(xù)選擇點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量。雙擊鼠標(biāo)左鍵，結(jié)束此次測(cè)量并退出測(cè)量。使用測(cè)量功能可以讓技改人員在空間布置中得到與現(xiàn)場(chǎng)一致的數(shù)據(jù)，無(wú)須到現(xiàn)場(chǎng)即可測(cè)量管道等設(shè)備的長(zhǎng)度、角度、面積等。

2.2.3 設(shè)施設(shè)備剖切功能

剖切功能通過(guò)控制基準(zhǔn)橫切面位置的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，支持從三維的任何一個(gè)角度對(duì)模型進(jìn)行剖切，以瀏覽其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。設(shè)施設(shè)備剖切具體包括面剖切和體剖切兩種方式，如圖3所示。面剖切借助三維可視化引擎定義剖切面，包括位移和角度，對(duì)模型進(jìn)行剖切顯示。體剖切借助三維可視化引擎通過(guò)繪制立方體對(duì)三維模型進(jìn)行剖切，只顯示立方體內(nèi)的模型圖形，排除顯示立方體外的模型圖形。

2.2.4 三維模型批注和視圖快照功能

三維可視化引擎提供圖形、文字批注功能和刪除批注功能。批注支持云線(xiàn)、箭頭、矩形、圓形圖形批注以及文字批注，可以根據(jù)需要對(duì)問(wèn)題部位進(jìn)行標(biāo)注。除了模型上的批注，還支持輸入詳細(xì)的備注信息，以記錄并跟蹤問(wèn)題的狀態(tài)。同時(shí)，三維可視化引擎支持對(duì)當(dāng)前視窗的三維模型的可視化快照能力。三維快照保存了相機(jī)、批注、剖切等信息，保存下來(lái)的視圖被重新選取后，三維可視化引擎可在最大程度上還原快照信息。

圖2 數(shù)字油田三維可視化平臺(tái)架構(gòu)

圖3 設(shè)施設(shè)備剖切功能

2.2.5 生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接入及可視化功能

三維可視化引擎支持接入生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的空間分布和相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖等。在平臺(tái)模型中，部分生產(chǎn)運(yùn)行展示所需的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可能存在未建模的情況，需要以標(biāo)簽的形式在模型中持久化存儲(chǔ)。這一類(lèi)標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過(guò)rest接口傳遞到三維可視化引擎的模型庫(kù)中，作為基礎(chǔ)模型對(duì)象一同存儲(chǔ)、管理和展示[3]，可為生產(chǎn)管理人員提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)行情況，如閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、閥門(mén)開(kāi)度、溫度、壓力、液位以及流量等，如圖4所示。

圖4 三維可視化引擎與生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的集成展示

2.2.6 設(shè)施設(shè)備運(yùn)維可視化

設(shè)施設(shè)備運(yùn)維可視化基于設(shè)施設(shè)備檢維修記錄的入庫(kù)。點(diǎn)擊某一個(gè)設(shè)備時(shí)，若該設(shè)備的歷次檢維修記錄已經(jīng)入庫(kù)，會(huì)展示最近所有的檢維修記錄，包括設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備故障時(shí)間或者某個(gè)時(shí)間段、設(shè)備故障描述、設(shè)備檢修情況、檢修的工作人員、檢修完成時(shí)間及備注。此外，工作人員也可查看設(shè)施設(shè)備所對(duì)應(yīng)的備品備件數(shù)量[4]。

2.2.7 應(yīng)急指揮可視化

基于三維模型優(yōu)化技術(shù)建立的三維可視化模型，通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）技術(shù)創(chuàng)建應(yīng)急指揮場(chǎng)景，可用于應(yīng)急指揮可視化展示[5]。借助VR設(shè)備，當(dāng)應(yīng)急指揮模擬啟動(dòng)時(shí)，設(shè)施平臺(tái)報(bào)警點(diǎn)可視化。報(bào)警標(biāo)注所有相關(guān)聯(lián)的設(shè)施設(shè)備（如中控室、消防水站等），關(guān)聯(lián)四色風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域顯示其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，在三維模型上顯示所有安全逃離路徑，以達(dá)到培訓(xùn)演練的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

三維可視化平臺(tái)通過(guò)對(duì)完整性數(shù)據(jù)和三維可視化模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使得數(shù)據(jù)展示更形象、直觀(guān)，數(shù)據(jù)應(yīng)用更加高效、便捷，可為智能油氣田建設(shè)的決策支持、遠(yuǎn)程操作及預(yù)測(cè)維護(hù)等服務(wù)提供數(shù)據(jù)和應(yīng)用支持。