三維站場系統在天然氣生產中的開發應用

毛愛梅

【摘 要】隨著計算機信息技術的發展，為了更好地完成生產指揮、工藝改造和職工培訓等工作，引入虛擬現實技術開發三維站場系統，使天然氣集輸站場流程三維立體化、地下管網可視化，賦予站場設備實時數據，實現現場流程的模擬改造，讓使用者如同身歷其境一般觀察三維空間內的事物及生產運行情況。通過系統的開發和應用，從技術改造、生產數據分析、生產指揮、培訓等多個方面，提高了生產管理水平。

【關鍵詞】三維站場；虛擬現實技術；模擬改造；實時數據；生產管理

【中圖分類號】 F224-39【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0008-01

1 引言

目前，天然氣集輸站場工藝流程主要以二維圖紙的形式進行展示，無論是現場工藝改造，還是站內流程學習，均是通過查看二維流程圖紙來掌握站內各流程的情況，由于生產現場的多次改造和人員流動，造成現場部分流程圖與現場實際走向不符，在生產指揮和工藝改造時，需要經驗豐富、熟悉現場人員才能很好地完成工作；在職工培訓方面，主要采用師帶徒和現場指導等方式進行，由于部分埋地流程不能直觀的展示，造成部分流程難以理解、學習周期長等現象的發生。為了更好地完成生產指揮、工藝改造和職工培訓等工作，提高生產管理水平，引入虛擬現實技術，采用Autodesk 3dsmax、VRP、ORACLE等軟件進行三維站場系統的開發，系統緊密結合油氣生產需要，優選了圖形引擎、建模環境等相關軟件，以網站形式發布系統，實現了站場的三維成像、漫游、數據庫交互顯示、人機交互和虛擬改造流程模塊以及動態流程等功能，便于操作人員的使用。

2 軟件系統開發情況

為解決二維圖紙流程存在的局限性，更好地服務于生產，將站場流程與生產業務緊密結合，實現站場的三維虛擬化和交互性，對網頁三維平臺搭建、設備管道建模、漫游形式、數據庫連接、人機交互、虛擬改造流程、動態流程展示等方面內容進行研究。

2.1站場場景的三維建模

為便于三維站場系統的推廣應用，在圖形引擎和建模環境選擇上，主要從功能、易用性、后期維護以及投入成本等多個方面進行比對，采用中視典VRP虛擬現實平臺，利用Autodesk 3ds Max軟件實現站內設施的建模，通過收集各站場CAD圖紙，對站場流程進行分析處理，根據站場的實際情況，對站內建筑物進行模型等級分類，根據分類進行多次實地考察和拍攝照片。利用現場照片更好的認識建筑物結構、周邊環境，以及建模紋理和貼圖素材的收集，完成各站場大小模型7萬多個，模型面數1500多萬面，主要包括基礎建筑、閥門、分離器、水套爐、分液包、消防棚、匯管、節流裝置、壓縮機、脫水撬等設備以及相關零配件。

2.2 站場場景的漫游交互

三維站場系統完成的首要功能就是漫游，一個良好的漫游系統應該具備實時的漫游性能和逼真的漫游效果。為滿足用戶的不同需求，設計了用戶自主漫游和飛行漫游兩種漫游方式。

2.3 動態數據的關聯顯示

通過對VRP軟件的研究，發現VRP不支持ORACLE數據庫，為了能共享現有數據資源和解決VRP軟件自身軟件的缺陷問題，利用VRP中網頁觸發功能，以網頁傳遞參數的方式實現虛擬設備與生產數據的關聯。為滿足三維站場各類設備信息的統計查詢，優化數據庫，給站場每個設備按要求進行編號，編寫帶有參數傳遞的VRP腳本，將參數傳遞到網頁，用ASP腳本語言編寫參數分析處理和ORACLE數據庫交互程序，實現三維站場中相關設備信息顯示、設備到期檢驗預警提示統計、站場簡介、操作規程等功能。設備信息主要包括：閥門、壓力容器、匯管、管線和壓縮機等，這種方法靈活性高，與原有的信息系統結合更緊密。

在實時數據的關聯顯示方面，通過網絡將計量數據上傳至服務器中，對上傳的數據進行解密處理，通過VRP+ASP的方式調用現場實時數據，以網頁的形式進行顯示，同時在三維站場流程內標注投用自動計量設備的具體位置，便于生產數據的分析處理。

2.4 動態流程展示

根據站內關鍵流程走向和氣體變化情況，制定氣體流程路徑，通過路徑動畫，模擬顯示氣體流動的效果，在氣體流動到關鍵點時，通過VRP腳本代碼編寫實現帶有文字提示的動態流程演示效果，通過演示讓使用者快速了解站場流程的運行情況。

2.5 設備模型控制

（1）模擬流程改造

根據現場的實際情況，將常用的管線、閥門、分離器、水套爐等設備模型進行組合隱藏，在對流程進行模擬改造的時候，通過VRP腳本編輯器編寫模型控制腳本，完成模型的復制、隱藏、刪除、移動、旋轉、放大縮小及顏色等功能，使用人員利用該功能可以對改造方案進行反復驗證和方案的討論，確保設計方案的可靠性和有效性。

（2）系統流程分類顯示

根據站場特點和需求進行流程分類，分離出排污系統、放空系統、注水系統、單井流程系統等各類流程進行分類顯示。通過VRP隱藏模型的功能，將系統外的模型進行隱藏，實現分類顯示的效果。

3 軟件系統的推廣應用

三維站場系統以HTM為擴展名的網頁式文件進行發布，目前已完成天然氣產銷廠各集配氣站三維站場系統的開發，并且在流程改造、數據分析和生產培訓等方面進行應用，為領導決策層和生產相關業務部門提供了直觀的站場流程和實時生產數據，輔助相關部門在下步生產指揮和調度方面做出正確的決策；在方案設計方面，技術部門研究工藝流程、流程改造方面，加快了方案設計的速度和質量，提高了方案設計和修正的效率，節省了大量的資金和人力物力；在培訓方面，崗位職工在任何時間、任何聯網計算機登錄該系統進行全面的學習，形象直觀的界面和強大交互性，增強職工學習的積極性，使崗位職工快速掌握各站場流程、工藝、設備參數等信息，提高學習效率，縮短生產培訓周期。

4 結論

通過開發應用三維虛擬技術，采用Autodesk 3dsmax、VRP、Photoshop、AutoCAD、ORACLE等軟件完成了天然氣產銷廠35個站場的開發，系統的開發與生產緊密結合，具有交互性強、形象直觀、模型操作靈活性大，廣泛應用于技術改造、生產數據分析、生產指揮、生產培訓等多個方面，為實現數字化氣田打下堅實的基礎，進一步提高了生產管理水平。