某油田联合站改扩建工程中三维激光扫描的运用

　　摘   要：　根据三维扫描和PDMS在某工程中的实际使用情况, 简要梳理了三维激光扫描和PDMS的主要特点、项目实施的工作流程和实施过程中应注意问题。将三维扫描的简单精确与PDMS直观高效有机的结合在一起, 将这两项技术运用在点云扫描、逆向建模、模型搭建、碰撞检测等方面, 最终达到了提升工作效率、减少管线碰撞的目的。

　　关键词：　激光扫描; PDMS; 三维设计; 逆向建模; 改扩建;
 

　　Abstract：　Based on the actual use of 3D scanning and PDMS in a project, the paper briefly reviews the main features of 3D laser scanning and PDMS, the workflow of project implementation, and the issues that should be addressed in the implementation process.Combining the simplicity and accuracy of 3D scanning with the intuitive and high efficiency of PDMS, these two technologies are used in point cloud scanning, reverse modeling, model building, collision detection, etc., and finally achieve improved work efficiency and reduced pipeline collisions.purpose.

　　Keyword：　laser scanning; PDMS; three-dimensional design; inverse modeling; reconstruction and extension;

　　目前油田地面工程中的站场改扩建项目普遍存在以下难点和问题:原设计图纸与现场情况变化较大, 距离、安装方式等可参考性不高, 对已建设施的图纸重绘工作量较大;现场管道布置错综复杂, 极易存在测量盲点, 造成二次复测;人工调研测绘耗时较长, 尤其是异地设计项目, 成本高昂;测量数据准确度不高, 部分高压及危险区域人员无法进入。

　　本文根据三维激光扫描和PDMS的主要特点, 结合三维扫描技术在某联合站改扩建工程中的实际使用情况, 梳理了对已建管线及设备进行逆向建模, 并应用PDMS完成整个站场改扩建设计的具体的流程。

　　1、 三维激光扫描技术的特点

　　1.1、 三维激光扫描的特点

　　激光扫描仪在油田系统工程中的应用主要体现在对油田管道或油田现场情况的检测及测量。石油化工改扩建项目一般同时涉及工艺、设备、仪表、结构等多个专业, 传统现场调研精确度不高, 同时将很难满足复杂的改造需求, 且调研数据受主观因素的影响, 需要耗费较多人力和时间。若利用三维扫描技术对现场进行调研, 则具有节省人力资源、数据真实准确、现场还原度高、信息全面的优点。

　　1.2、 点云数据的标靶拼接

　　为了获取整个被改造站场的全部信息, 往往需要布设多个扫描点, 每个扫描点采集到的数据都是基于自身建立坐标系, 这就需要对多个点扫描的点云数据进行拼接。拼接实质就是为了得到各测站间参考坐标系统的转换关系, 或以某一测站的坐标系统为参考坐标, 把其他测站采集的数据进行坐标转换后结合起来。

　　拼接后的点云数据并不是我们需要的三维模型, 下一步的工作是进行三维逆向建模。并将逆向建模后的模型导入到三维软件中, 在三维环境下指导后续的改造设计, 从而避免新建管线或设备与已建管线或设备之间的冲突。本次选用国际上常用的三维设计软件PDMS进行三维设计。并使用与PDMS配套的Laser Modeler进行逆向建模。

　　2、 项目应用实例

　　2.1、 项目特点

　　某已建站场改扩建工程的特点如下。

　　(1) 原站自建成至今以30多年, 期间经历过多次重大改动, 原图纸已基本不具备参考价值;
　　(2) 本次改造涉及工艺、给排水、暖通、仪表、结构等多个专业, 派各专业人员在异地进行现场调研成本过高。

　　2.2、 项目主要流程

　　2.2.1、 三维激光扫描

　　测量人员在接到任务委托后, 需要对站场进行实地勘察, 根据站场面积的大小、设备及管道分布情况合理布设描站位置和站数。要求每站之间至少有部分重合内容作为标靶点 (至少3个) , 以保证每两个相邻测站点云数据都能拼接在一起, 使点云数据最终能够统一到一个坐标系统。

　　2.2.2、 逆向建模

　　将激光扫描设备的数据导入到Laser Modeler进行逆向建模, 可直接从激光扫描数据中生成智能化的完工三维模型。它可从PDMS元件库中自动选择适合的智能化器件, 包括管道系统、钢结构、设备, 并在导入到PDMS后可与PDMS完全兼容, 真正做到了无缝衔接。

　　2.2.3、 建立新建区域模型

　　在土建完成梁、柱、楼板等建筑物或构筑物模型以及设备就位后, 就可以开始布置管道及电缆桥架。这一步应遵循先主工艺专业后辅助专业, 先主要管道后次要管道的原则。

　　2.2.4、 总体协调布置

　　由工艺专业人员进行总体设备平面布置。结合老站逆向建模模型, 确定出拆除区域、新建区域及新建完后拆除区域。对各单元的位置及单元内设备进行总体协调布置。

　　2.2.5、 碰撞检查

　　对全厂模型进行碰撞检查, 既可检查出各专业模型间的直接碰撞, 也可查出各模型与预留空间的碰撞。在本项目中尤其需要注意的是新建管线或设备与已建不拆除管线或设备的碰撞。

　　2.2.6、 图纸和报告

　　在三维模型基础上, 通过一次设置后, 下次可以实现一键出图。按实际需要对抽出设备平面布置图、工艺安装图、电缆桥架的各向布置图等, 可以很方便地生成管道及管件清单、设备明细表等, 减少了人工统计的工作量, 准确地做出工程概预算。

　　3、 结束语

　　三维激光扫描技术是一套成本低、风险低、效率高、收益高的逆向重构、建模技术。目前, 在国内地面工程建设领域中, 该技术还没有得到普遍的开发及运用。随着石油生产设施及下游生产设施建设、改建和维修工作日趋增加, 能够将三维激光扫描技术与三维建模结合在一起, 不但可以节约人力及调研成本, 提高施工效率和质量, 对提升企业整体的设计能力、掌控施工进度、减少施工中的风险, 保障生产及人员安全起着重要的作用。此外, 随着该技术应用的不断成熟, 也为细化后续采购、施工管理打下了良好的基础, 可以真正实现设计、采购、施工的深度交叉, 为总承包项目缩短整个工期和降低成本提供有效支持。

　　参考文献：

　　[1]刘璇, 韩延峰.PDMS三维软件在海洋工程中的应用[J].中国造船, 2011, S1:224-228.