6 - 2010

ОАО «Гипровостокнефть»: трехмерное проектирование вчера, сегодня, завтра…

Любовь Зубова (Заместитель генерального директора по информационным технологиям ОАО «Гипровостокнефть» (г. Самара))

В условиях высокой конкуренции на рынке проектных работ для нефтегазового сектора проектные организации должны владеть самыми современными технологиями, чтобы стабильно работать, оставаться востребованными и постоянно развивать свое производство. Сегодня заказчики выбирают проектную организацию, исходя из требований к качеству проектных решений, скорости выполнения работ и эффективности процесса управления проектным производством. Решению этих вопросов во многом способствуют высокоразвитые информационные технологии, применяемые в проектном производстве ОАО «Гипровостокнефть». Наша организация осуществляет весь комплекс проектно-изыскательских и научно-исследовательских работ в сфере разработки и обустройства нефтегазовых месторождений. Качественно новый уровень выполнения проектных работ обеспечен внедрением комплексной системы автоматизации проектирования (КСАПР), в том числе на базе трехмерного моделирования. Внедрение КСАПР на базе трехмерного моделирования началось в 2003 году, когда — после тщательного анализа рынка программных средств — с компанией CSoft (www.csoft.ru) был заключен первый договор на поставку комплексных решений для автоматизации. В рамках этого договора приобретено около 80 программ, в том числе программный комплекс PLANT-4D (www.plant4d.ru) для трехмерного проектирования. С той поры прошло около семи лет, позади остались процессы обучения специалистов, внедрения, настройки и адаптации всего комплекса программ. Выполнено множество проектов. За эти годы мы не раз выступали с докладами и презентациями, публиковали статьи в различных изданиях, делились опытом на многочисленных конференциях, к нам приезжали по обмену опытом коллеги из проектных институтов, мы сами много ездили, набирались опыта и никогда не переставали учиться. По прошествии этих лет мы и сегодня не можем сказать, что все окончательно отлажено, отработано и можно почить на лаврах. Процесс автоматизации проектного производства находится в постоянном развитии, появляются новые технологии, новые программы, растут потребности проектировщиков, связанные с ростом объемов производства и необходимостью повышать производительность труда.

Визуализация генплана площадки НПС

Визуализация генплана площадки НПС

Расчет молниезащиты площадки НПС в программе ElectriCS Storm

Расчет молниезащиты площадки НПС в программе ElectriCS Storm

Что касается технологий трехмерного проектирования и особенностей его применения в России, то в этом направлении нами накоплен достаточно богатый опыт. Всем, кто начинает внедрение, в первую очередь приходится сталкиваться с изменением технологии проектирования: сначала принимаются основные технические решения, создается трехмерная модель проектируемого объекта, а затем разрабатывается проектная документация. При использовании технологий трехмерного проектирования изменяется характер взаимодействия между всеми участниками процесса. Модель объекта проектирования одновременно создается несколькими группами специалистов по всем дисциплинам проекта: технологической, строительной, электротехнической, киповской, пожаротушения, отопления, вентиляции и т.д. Необходимо обеспечить соответствующую среду проектирования — создать единое информационное пространство, в рамках которого обеспечить доступ проектировщиков­смежников к модели проектируемого объекта, описать процессы их взаимодействия, разработать инструменты обмена проектными данными и техническими заданиями, интегрировать разработку модели и выполнение технологических расчетов. Кроме того, для эффективного управления процессом проектирования крайне важна прозрачность этого процесса: руководители всех уровней должны постоянно отслеживать состояние модели проектируемого объекта. Особенно важным это становится в момент выпуска проектной документации, и здесь необходима интеграция процесса трехмерного проектирования с процессом управления проектом.

3D-модель инженерных сетей на эстакадах. Площадка ЦПС Южное Хыльчую. PLANT-4D

3D-модель инженерных сетей на эстакадах. Площадка ЦПС Южное Хыльчую. PLANT-4D

3D-модель площадки ЦПС Южное Хыльчую. PLANT-4D

3D-модель площадки ЦПС Южное Хыльчую. PLANT-4D

С применением трехмерного моделирования выполнялись различные проекты, начиная с достаточно простых объектов, таких как площадки узлов фильтров-грязеуловителей, узлов СОД, площадок нагрева нефти, установок аварийной сепарации, и заканчивая сложными технологическими объектами, среди которых установки подготовки нефти, воды и инженерные сети на эстакадах. Технологии трехмерного проектирования применялись в проектах Каспийского трубопроводного консорциума (пожарная насосная, площадка фильтров грязеуловителей, узлы СОД и др.), на Софинско­Дзержинском месторождении (УПСВ), объектах магистрального продуктопровода Кстово­Приморск (магистральные насосные станции), месторождении Южное Хыльчую (установка подготовки нефти, воды, аварийной сепарации, площадки печей, узлов СОД и более 5000 м инженерных сетей на двух- и трехъ­ярусных эстакадах) и в ряде других проектов.

Технологии трехмерного проектирования позволяют получить и комплект проектно-сметной документации, и трехмерную виртуальную модель, насыщенную технологическими характеристиками оборудования, конструкций и материалов. Модель может использоваться не только для создания чертежей, но и как основа для создания единой интегрированной модели объекта обустройства, содержащей его свойства и знания об оборудовании. Такая модель будет сопровождать объект на всем протяжении его жизненного цикла.

Общий вид площадки ЦПС Южное Хыльчую. PLANT-4D

Общий вид площадки ЦПС Южное Хыльчую. PLANT-4D

Обнаружение коллизий. PLANT-4D

Обнаружение коллизий. PLANT-4D

Проекты, разработанные на базе трехмерных технологий, в том числе объекты проекта обустройства месторождения Южное Хыльчую, доказали применимость этих технологий в проектной деятельности института. Несомненным достоинством системы является возможность организации группового проектирования, наглядность, ранняя диагностика ошибок. Достаточно быстро можно создавать трехмерные модели, удобно выполняется и корректируется обвязка трубопроводов. С трехмерной модели легко получить изометрические чертежи, в том числе как задание сторонним организациям на проектирование электрообогрева. Безошибочно и быстро формируется сводная спецификация.

В ОАО «Гипровостокнефть» накоплен большой опыт применения трехмерных технологий проектирования как на стадии проектной документации, так и на стадиях детального проектирования (РП, РД). Технологии, применяемые на стадии проектной документации, позволяют выполнить визуализацию генплана, дать заказчику наглядное представление о взаимном расположении объектов проектирования, смоделировать возможные варианты реализации проектных решений и даже составить на этом этапе предварительную сводную спецификацию.

Создание трехмерных узлов, компоновок, условных обозначений
в PLANT-4D

Создание трехмерных узлов, компоновок, условных обозначений в PLANT-4D

На стадиях детального проектирования трехмерные технологии позволяют повысить качество проектных решений (своевременно обнаружить несанкционированные пересечения и коллизии), обеспечить совместную (параллельную) работу смежников над проектом, упростить обмен заданиями между смежниками, повысить управляемость проектом. Работа над объектами проектирования с применением трехмерных технологий позволяет достаточно быстро сформировать спецификации, ведомости и другие отчетные документы по используемому оборудованию, технологическим линиям, трубопроводам и их деталям, в том числе изометрии по технологическим линиям.

Создание элементов схем, настройка панелей и инструментов в PLANT-4D

Создание элементов схем, настройка панелей и инструментов в PLANT-4D

Применение этих технологий имеет свои особенности, которые влияют на весь процесс проектирования. Необходимо с самого начала проекта утвердить с заказчиком процедуры разработки и согласования трехмерной модели. Эти процедуры включают три этапа согласования: на 30-, 50- и 90-процентной стадии готовности модели. В ОАО «Гипровостокнефть» такие процедуры разработаны, выпуск и оформление проектной документации начинаются лишь при 90-процентной готовности трехмерной модели объекта проектирования, когда все проектные решения согласованы со смежниками и утверждены заказчиком. Конечно, реальная практика российского проектирования не позволяет в полной мере подчинить процесс проектирования этим процедурам, и отечественный заказчик еще не готов работать с трехмерной моделью объекта так, как западный, но мы понимаем, что сейчас в российском проектировании идет становление новых технологий и должно пройти достаточное время, чтобы заказчик освоился в новых условиях, почувствовал свою выгоду от использования трехмерной модели, создаваемой проектной организацией. Сегодня проектные организации России уже способны передавать заказчику трехмерные информационные модели проектируемых объектов, которые:

  • позволят планировать и отслеживать процесс строительства благодаря наглядному представлению объекта на разных его этапах, моделировать процесс строительно­монтажных работ, следить за ходом их выполнения;
  • обеспечат снижение стоимости закупок за счет своевременного отслеживания изменений, вносимых в проект, и формирования точных спецификаций по 3D-моделям;
  • позволят снижать стоимость работ за счет автоматизации проверки и исправления поступающей информации, автоматического наполнения данными эксплуатационных систем, а также за счет централизованного хранения данных и ускорения поиска актуальной информации;
  • могут применяться при дальнейшей эксплуатации объекта для решения текущих задач, обучения сотрудников эксплуатационных служб;
  • могут быть использованы заказчиком при проведении реконструкций и капитальном ремонте, для разработки действий при чрезвычайных ситуациях.

3D-модель как продукт проектной деятельности и основа жизненного цикла объекта проектирования — реальность завтрашнего дня, а сегодня мы используем трехмерную модель на стадии проектной документации для предварительного представления проекта заказчику, принятия решений по компоновке объектов, визуализации 3D-генплана; на стадии рабочей документации — для многовариантной проработки технических решений и повышения качества принятых решений, своевременного устранения коллизий, несанкционированных пересечений, ошибок, вызванных несогласованными действиями смежников, а также для генерации двумерных рабочих чертежей и другой проектной документации. 3D-модели нашли применение и при авторском надзоре.

Строительная площадка ЦПС Южное Хыльчую

Строительная площадка ЦПС Южное Хыльчую

3D-модель, выполненная в PLANT-4D

3D-модель, выполненная в PLANT-4D

Выбрав в 2003 году PLANT-4D в качестве системы трехмерного проектирования, сегодня мы можем сказать, что наше решение было действительно продуманным и верным. Особенностью, отличающей PLANT-4D от многих других CAD-систем, является хранение всей информации о проектируемом объекте в базах данных. В системе отсутствует понятие «чертеж», модель PLANT-4D со всей графической и атрибутивной информацией хранится в стандартной базе данных Microsoft SQL Server, что гарантирует сохранность, читаемость, защищенность и доступность информации. Формат DWG применяется лишь для генерации и сохранения проектных документов (чертежей), причем в том виде, в каком они могут быть выведены на печать и использованы в работе. Многомодульная система PLANT-4D поддерживает коллективную работу над проектом, позволяет разрабатывать технологические схемы, трехмерные модели трубопроводов, нестандартное оборудование, выпускать рабочие монтажно-технологические чертежи, автоматически генерирует изометрические чертежи с размерами и спецификациями, составляет ведомости, отчеты, спецификации и многое другое.

Нам удалось интегрировать в единую комплексную систему автоматизации целый ряд программных продуктов и построить технологическую цепочку проектирования. Для автоматизированного проектирования генплана мы используем программное обеспечение AutoCAD Civil 3D + GeoniCS, для проектирования металлоконструкций — комплекс программ Revit Structure Suite (Revit Structure + AutoCAD Structural Detailing), для расчета строительных конструкций и сооружений — Autodesk Robot Structural Analysis Professional, для прочностных расчетов — AutoPIPE (Bentley System, Inc.), СТАРТ (НТП «Трубопровод») и CAESAR (COADE, Inc.), для АСУТП — комплекс программ AutomatiCS и т.д. Мы стремимся вводить данные в систему один раз, передавать их из программы в программу автоматически. Система централизованного хранения атрибутивной и графической информации PLANT-4D этому способствует. Для визуализации и интерактивной навигации трехмерных моделей объектов, разработанных в различных САПР, используем Autodesk Navisworks. Он обладает высоким быстродействием, простым и удобным интерфейсом, позволяет подгрузить достаточно объемные модели больших площадок и протяженных эстакад. Интеллектуальные данные, полученные из исходных файлов проектов, могут просматриваться параллельно с моделью, поддерживаются все основные форматы 3D-проектов. Функция DataTools позволяет импортировать данные из внешних баз данных — это делается посредством языка SQL и интерфейса ODBC. Данные могут отображаться при просмотре модели.

Строительная площадка ЦПС Южное Хыльчую

Строительная площадка ЦПС Южное Хыльчую

3D-модель, выполненная в PLANT-4D

3D-модель, выполненная в PLANT-4D

Трехмерные технологии прочно вошли в практику реального проектирования технологических площадок. За последний год с применением этих технологий выполнялись объекты обустройства месторождения Южное Хыльчую, начиная от достаточно простых — таких как площадка нагрева нефти в составе УПН, и заканчивая технологической площадкой УПН и инженерными сетями.

Проектировщики ТО2, ВиК, строительного, сантехнического отделов, как уже сказано, выполнили моделирование более пяти километров трех- и четырехъярусных эстакад с технологическими трубопроводами на объекте Южное Хыльчую, сейчас выполняется трехмерное проектирование объектов месторождений Центрально­Хорейвейского поднятия. Применение трехмерного проектирования очень важно и с точки зрения повышения качества проектных работ.

Открытая архитектура базы данных PLANT-4D позволяет развивать систему силами пользователей. Мы смогли существенно упростить работу проектировщиков, настроив PLANT-4D под требования наших стандартов оформления, разработав программные модули, адаптирующие технологии PLANT-4D под наши потребности. Немаловажная роль во внедрении и адаптации комплекса программ PLANT-4D принадлежит специалистам компании-поставщика решений для комплексной автоматизации — ЗАО «СиСофт» и инжинирингового центра в городе Дзержинске ЗАО «CSoft Engineering». При участии специалистов CSoft нами были разработаны модули размещения элементов эстакад в координатах строительной сетки, автоматизированы процессы формирования заданий смежникам, в том числе отделу смет и ПОС, АСУТП по точкам контроля и т.д. Автоматизирован ряд операций по оформлению проектной документации, в том числе расстановка позиций спецификации на 2D-чертежах, формирование таблиц опор на стойках и отметок стоек, разработаны модули автоматической нумерации конструкций и расчета верха конструкций. Проведена работа по адаптации модуля оформления изометрий, автоматизировано создание изометрических схем с привязкой к аппаратам, другим трубопроводам и осям строительных конструкций, разработаны модули автоматической генерации перечня трубопроводов, синхронизации неграфических данных мини-каталога и проекта, разработан модуль пересчета и сведения отметок и координат в таблицы, усовершенствована программа автоматизированной передачи изометрических линий в программы прочностных расчетов AutoPIPE и СТАРТ. ИТ-специалисты института постоянно работают над интеграцией программ САПР: при построении сквозной технологии проектирования необходимо не только развивать трехмерное моделирование, но и интегрировать процесс проектирования с расчетами, важно осуществлять автоматическое извлечение и передачу данных из расчетных программ, в том числе Robot Millennium, HYSYS, CAESAR, AutoPIPE, СТАРТ и других.

Отработана технология выпуска схем, в том числе P&ID. Для унификации оформления принципиальных и монтажных схем подготовлено пособие по разработке принципиальных и монтажных схем и чертежей, которое включает перечень условных обозначений и маркировку оборудования, арматуры и технологических линий. Силами отдела ИТ создано большое количество условных обозначений и элементов для автоматизированной разработки схем. В PLANT-4D имеется возможность создания узлов и сборок, можно создать узел любой степени сложности и в дальнейшем многократно использовать его в других чертежах. Таким образом было создано около 600 графических компонентов.

Большую роль во внедрении технологий трехмерного проектирования играет постоянное обучение проектировщиков. В 2003 году мы провели широкомасштабное обучение: около 400 человек под руководством специалистов компании CSoft изучали AutoCAD, Autodesk Architectural Desktop, GeoniCS, PLANT-4D, а также многие другие программы и системы проектирования, поставленные в рамках КСАПР. С той поры мы подготовили собственных преподавателей, оборудовали учебный класс, постоянно обучаем новых сотрудников и повышаем квалификацию уже работающих. Своими силами мы обучили технологиям трехмерного проектирования 97 специалистов, разработаны и размещены на внутреннем корпоративном сайте 12 методических пособий, девять пособий по построению различных схем, созданию и оформлению чертежей, изометрий и т.д. Работе по построению схем обучены 40 человек.

В начале процесса внедрения PLANT-4D самые большие проблемы проектировщиков были связаны с непониманием, зачем так усложняют их жизнь, заставляя вместо привычной работы с двумерными чертежами заниматься, на их взгляд, неоправданно сложной и не совсем понятной работой по созданию никому не нужной трехмерной модели, чтобы затем сгенерировать с нее те же двумерные чертежи. Прошло немало времени, пока эта работа стала для них привычной, понятной и очень интересной. С навыками пришла и скорость. Меняется и заказчик. Мы достаточно быстро выполняем всевозможные визуализации на стадии проекта, можем красиво и наглядно представить заказчику трехмерный генплан, взаимное расположение объектов, основные технические решения. На стадии рабочей документации заказчик видит, что, своевременно отстроив трехмерную модель, мы в состоянии обнаружить коллизии, нестыковки и устранить ошибки, благодаря параллельной работе смежников. Преимущества PLANT-4D — точность, наглядность, возможность настройки выходных отчетов, быстрая генерация изометрических чертежей, спецификаций, ведомостей. Это существенно повышает качество выходной документации.

Трехмерные технологии сегодня — это не излишество, не роскошь, а закономерный этап развития САПР, который выведет проектирование на более высокий уровень развития, позволит эффективнее проектировать сложные объекты, передавать их модели для дальнейшей эксплуатации и свяжет наконец все этапы жизненного цикла объекта проектирования на базе единой информационной модели. Специалисты ОАО «Гипровостокнефть» готовы к выполнению этой сложной, но интересной и важной задачи.

САПР и графика 6`2010