SPI DDP模塊在儀表數字化交付中應用

徐艷宏

（中國石化工程建設有限公司，北京 100101）

0 引言

在信息產業高速發展的今天，數字化交付已經成為目前石化工程設計的重要部分。根據GB/T 51296-2018《石油化工工程數字化交付標準》的相關要求，儀表專業的數字化交付文件除了傳統的儀表規格書、材料表等文件外，還應包含三維模型的協同設計及信息共享。SPF（Smart Plant Foundation）集成設計平臺，為數據存儲、信息傳遞及信息共享提供了有利的保障。

目前，用于石油化工行業數字化交付的主要過程軟件為SPI（Smart Plant Instrumentation）與SP3D Smart Plant 3D），以上兩款軟件均來自于海克斯康PPM公司。

SPI是目前國內大中型石化工程項目使用較多的儀表工程設計軟件。其功能強大，除了能生成儀表索引表、規格書、安裝圖、回路圖等文件，還能通過DDP模塊向SP3D傳遞儀表外形尺寸等相關信息。當前常用版本有SPI2013、SPI2016、SPI2018，各版本的模塊功能略有差異。

圖1 SPI DDP模塊界面Fig.1 SPI DDP module interface

SP3D是海克斯康PPM公司推出的智能三維協同設計軟件，是PDS軟件的升級版。儀表專業可在SP3D模型中創建儀表電纜槽板、變送器、氣體檢測器、接線箱、氣源分配器等，也可接收來自儀表專業的外形尺寸數據文件。SPF集成設計平臺正是SPI與SP3D軟件之間的樞紐，可真正實現儀表外形尺寸數據的零誤差傳遞，為各專業間三維協同設計提供了便利條件。將儀表模型傳遞至SP3D后，對配管專業設計人員有很大的幫助。精準的外形尺寸及過程連接信息，更有利于布置管道及檢維修平臺、碰撞檢查及確定手輪方向。本文結合國內某大型乙烯項目SPI DDP（Dimensional Data for Piping）模塊的應用，重點介紹了儀表外形尺寸的傳遞流程、工程設計經驗、常見問題的解決方法及設計流程優化等。

1 DDP模塊

DDP全稱Dimensional Data for Piping，是SPI主要功能模塊之一。主要用于生成存儲儀表和閥門的外形尺寸數據、過程連接、重量及廠家型號等信息。DDP擁有超過100個以上的儀表和閥門模型，涵蓋了絕大多數的儀表和閥門種類。

DDP模塊由默認數據集（Default Library）、工作組數據集（Working Data）、儀表廠商數據集（Vendor Data）、儀表圖形組（Dimensional Groups）、過程連接壓力等級庫（Process Connection Class）、過程連接端面庫（Process Connection EndPrep）、尺寸數據表格（Dimensional Data Sheet Forms）等組成。

1）默認數據集。通常用于存儲常用儀表外形尺寸信息，基礎設計階段可以作為儀表初步尺寸數據條件提供給管道專業供設計人員參考。

2）工作組數據集。DDP主要操作界面，用于對儀表外形尺寸數據、過程連接壓力等級、端面等信息進行編輯、保存，并在工作組數據集里生成儀表尺寸數據表，通過SPF平臺向SP3D傳遞外形尺寸等信息。

3）儀表廠商數據集。用于存放儀表訂貨后，儀表廠商提供的儀表外形尺寸數據。數據導入方法與工作組數據集相同，均可通過SPI提供的導入工具（Import Utility）進行數據導入。

4）儀表圖形組。包含名稱及對應儀表類型描述，顯示儀表外形尺寸圖及圖中各數據名稱，也可新建圖形組并關聯對應的bmp格式外形尺寸圖。

5）過程連接壓力等級庫。按照《管道材料等級規定》要求設置。

6）過程連接端面庫。按照《管道材料等級規定》要求，輸入儀表、閥門過程連接端面名稱，使用標準及描述。

過程連接形式大致可分為法蘭連接、對焊連接、承插焊和螺紋連接。

①法蘭連接：公稱直徑小于或等于DN600法蘭，執行ASME B16.5規定；公稱直徑大于DN600法蘭，執行ASME B16.47系列B規定。

②對焊連接：對于碳鋼及低合金鋼管道，應執行ASME B36.10M標準；對于奧氏體不銹鋼管道，應執行ASME B36.19M標準。當管道外徑及壁厚超出ASME B36.19M標準范圍時，則執行ASME B36.10M標準。當管道外徑及壁厚超出ASME B36.10M標準范圍時，則按項目工程規定執行。

③承插焊和螺紋連接：執行ASME B16.11標準。

2 儀表外形尺寸的傳遞流程

SPI軟件與SP3D軟件是通過SPF集成設計平臺進行信息存儲及傳遞。SPI將生成的外形尺寸等相關信息進行保存及加版本等相關操作，然后發布至SPF平臺。SP3D向SPF平臺提取儀表外形尺寸信息，并在SP3D中建立儀表模型。國內某大型乙烯項目，DDP數據主要傳遞流程如圖2。

圖2 儀表外形尺寸的傳遞流程Fig.2 The transmission process of the instrument size

2.1 模型數據定義

1）由SPI管理員定義SPI與SP3D對應的工廠結構，即SPI中的儀表單元結構與SP3D進行關聯。開通用戶操作權限，確保儀表工程師對DDP數據的導入及修改。

2）SPI INDEX模塊下，將儀表類型關聯對應的DDP模板。

3）檢查SPI DDP模塊中Dimensional Groups種類是否涵蓋了所有要發布DDP的儀表類型。如有需要，可與SPI、SPF管理員聯系，進行添加。

4）根據項目《管道材料等級規定》，整理儀表和閥門模型分組、過程連接端面名稱、端面標準信息，由管理員完成SPI、SPF、SP3D 3個軟件之間的信息關聯映射工作。首先，由SP3D端對模型分組、過程連接端面及端面標準進行完善；其次，是SP3D與SPF間采用Code Number的方式完成映射；最后，是SPI與SPF間的映射。因為SP3D與SPF間的映射工作已完成，所以SPI側通常采取迎合的方式進行映射。此項工作為SPI、SP3D集成化設計的核心工作，項目前期合理規劃，可大幅提高工作效率。

5）向儀表廠商提供SP3D當前所支持的DDP模板。儀表廠商根據儀表和閥門的外形選擇對應的模板，并填寫外形尺寸、過程連接形式、重量等數據。如果沒有完全對應的DDP模板，可簡化找相近模板替代，滿足現場安裝、操作、檢維修空間即可。

2.2 建立儀表DDP數據

建立儀表DDP數據通常有3種方法：①手動輸入DDP數據；②利用SPI Import Utility批量導入DDP數據；③由儀表廠家提供基于APIs（Application Programming Interfaces）接口的數據表格及鏈接，該方法與SPI Import Utility進行DDP數據導入相似。

目前項目中普遍利用SPI Import Utility進行批量導入DDP數據，操作步驟如下：

1）整理及檢查儀表廠商提供的DDP數據，保存對應版本的EXCEL文件。

2）在SPI Import Utility 中分別建立外形尺寸Link、儀表重量及廠家型號Link。也可通過Service中Import Links，復用其他項目已設置好的Link。

3）打開Link，設置好Link屬性。導入儀表廠家提供DDP數據，將導入數據與SPI中字段進行關聯映射；儀表外形尺寸及重量單位可根據項目要求，在關聯字段時直接寫入。例：UOM ID統一填寫“6”，代表mm；UOM ID填寫“15”，代表kg。

4）映射后保存，然后點擊TEST，測試是否有問題。如果提示有問題，可通過report提示進行問題查看，并解決問題；如果提示測試成功，可通過import進行數據的導入。

5）批量導入DDP數據時，端面標準為默認選項。若不符合《管道材料等級規定》要求，可在SPI儀表DDP屬性中修改正確端面標準。

2.3 儀表DDP數據發布與接收

儀表工程師將SPI中DDP數據發送至SPF平臺，由管道工程師在SPF平臺提取信息，在SP3D中建立儀表模型。

1）SPI DDP模塊下選中要發布的儀表位號，生成Dimensional Data Sheet后并保存。

2）SPI Smart Plant模塊下Revise Documents進行添加版本，根據Piping Design Area、Dimensional Group Name等篩選條件，選中加版本的儀表位號進行添加。

3）SPI Smart Plant模塊下Publish進行發布，出現Documents have been published successfully的提示，即發布成功。

由于工藝條件變化、設計周期短、儀表廠家資料錯誤及反饋不及時等原因，儀表DDP文件需要及時修改并再次發布。為避免出現DDP模型數據與SP3D模型數據不符現象，DDP文件再次發布時，版本號需要及時更新。

三維模型中，發布與接收成功的儀表和閥門圖形如圖3、圖4。

圖3 三維模型-渦街流量計Fig.3 3D Model - vortex flowmeter

圖6 三維模型-定義CP3/4孔板Fig.6 3D Model-define CP3/4 well plate

圖7 孔板尺寸數據Fig.7 Orifice size data

3 常見問題及解決方法

1）數據屬性及單位錯誤，可直接導致無法生成外形圖及外形尺寸報錯

① 絕大部分外形屬性值不能為0。如確實為0，可填寫數字1或者10來進行建模。

② 單位一定要與三維軟件保持一致，如三維模型單位為mm，DDP中單位為in，會導致在三維模型中，儀表外形幾十倍的放大。

2）模型定義不完整，導致節流元件在模型中失真變形

如果不對節流元件取壓口進行定義，會導致取壓口尺寸與管道尺寸相同，導致節流元件模型失真，如圖5。正確做法需對導壓管的過程連接形式及端面標準進行定義，即在DDP模板里增補CP3、CP4過程連接等相關信息，材料等級與工藝管道要求保持一致。此操作可在DDP Working Data中批量進行。

圖5 三維模型-未定義CP3/4孔板Fig.5 3D Model-undefined CP3/4 well plate

3）采用錯誤端面標準，導致儀表模型無法安裝

根據《管道材料等級規定》，選擇正確端面標準。如圖8中同一管道等級，公稱直徑為0.5 in～24 in時，采用端面標準為ASME B36.19M；公稱直徑為26 in及以上時，采用端面標準為ASME B36.10M。

圖8 管道等級表Fig.8 Pipe class table

4）映射不全

首先保證SPI DDP中填寫的過程連接端面類型、標準、壓力等級已經在SPF中完成了關聯映射后，再進行DDP文件的發布。另外，過程連接為焊接的儀表端面中，一般情況不需要填寫磅級數據。

4 DDP在不同三維軟件中應用比較

PDS模型，大多為非Foundation平臺情況。儀表DDP文件傳遞時需要打印外形尺寸圖，并利用DDP Export Utility生成PDS可接受的DAT文件數據包。傳遞過程較為復雜，不利于數據共享及校審。

PDMS模型，向配管專業提供EXCEL版儀表外形尺寸數據作為提出條件，并由配管專業設計人員整理并輸入數據后，進行建模工作。此傳遞過程較PDS簡單，但是軟件相對獨立，不能保證數據的準確性及信息共享。

SP3D模型，儀表DDP文件是通過SPF平臺將數據傳遞至SP3D。各專業間是以數據為基礎，通過數據流實現各專業間的信息共享及交換。在SPF中可以查詢到所有發布的DDP文件，不僅大幅度減少了設計人員的工作量，而且保證了數據的實時性、準確性及完整性，最終實現數據的共享及圖形校驗。

5 設計優化

1）設計流程優化。由于國內外廠家設計流程差異及設計周期短等因素，儀表廠商無法提供精準的DDP數據表格，因而有必要進行設計流程優化。例如，由閥門廠家先提供閥門的外形尺寸圖作為初版安裝條件，并由配管專業對初版條件中的執行機構安裝方位等信息進行確認。儀表專業把確認后的執行機構安裝方位圖返給廠家，廠家根據配管返回意見提供對應的DDP文件，這樣可以減少DDP文件二次導入與發布。

2）加強對端面數據字段的管理及定義。盡可能實現所有數據批量導入，減少手動修改環節，保證數據的準確性。

3）優化模板圖。針對工程項目中實際出現的問題，進行模板圖優化。例如：現場施工時出現液位計的碰撞問題，將原液位計總長D6更新為D6= D2 + D9 +D10。配管專業會根據D9、D10數據，保證現場安裝、操作及檢維修空間，大幅減少安裝過程中碰撞問題的發生，如圖9。

圖9 液位計模板圖優化Fig.9 Optimization of the template diagram of the liquid level gauge

4）定制模板圖。對于不需要配管連接的過程端面，如標準孔板、文丘里及噴嘴的取壓管等信息，在項目初期可直接在模板圖上將其統一定制。

5）模板圖的簡化。為方便儀表廠家提供DDP數據，在滿足現場安裝、操作及檢維修空間的前提下，盡可能簡化模型，減少模型種類。同時也減輕儀表廠商及設計人員的工作量，減少錯誤率發生。

6）利用儀表廠商數據集（Vendor Data），建立龐大的儀表廠商數據庫。在工作組數據集（Working Data）中通過Copy Vendor to Working實現DDP數據精準快速復用。

7）儀表廠商基于APIs接口，開發更多儀表和閥門等外形尺寸數據文件，不僅能使儀表和閥門的三維模型更貼近實際產品，同時也能大幅提高工作質量和效率。

6 結束語

SPI DDP模塊應用后，雖然儀表的直管段長度、介質流向等要求，還需要沿用傳統的安裝條件，但是SPI DDP模塊的集成化設計，彌補了傳統安裝條件的不足，不僅提高了儀表模型的準確性，同時也減輕了管道工程師的工作負荷，并且有效避免了碰撞問題的發生。實現了更多專業的三維協同設計，為項目進度及設計質量提供了有利的保障。目前，SPI DDP模塊下儀表圖形庫不能涵蓋所有儀表類型，對于一些特殊外形儀表只能選擇相似DDP模板圖來代替。因此，SPI DDP模塊的集成化設計仍需不斷開發與提高，為后續項目儀表工程設計提供更有力的幫助，實現高質高效的儀表數字化交付。