三维站场系统在天然气生产中的开发应用

毛爱梅

【摘 要】随着计算机信息技术的发展，为了更好地完成生产指挥、工艺改造和职工培训等工作，引入虚拟现实技术开发三维站场系统，使天然气集输站场流程三维立体化、地下管网可视化，赋予站场设备实时数据，实现现场流程的模拟改造，让使用者如同身历其境一般观察三维空间内的事物及生产运行情况。通过系统的开发和应用，从技术改造、生产数据分析、生产指挥、培训等多个方面，提高了生产管理水平。

【关键词】三维站场；虚拟现实技术；模拟改造；实时数据；生产管理

【中图分类号】 F224-39【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0008-01

1 引言

目前，天然气集输站场工艺流程主要以二维图纸的形式进行展示，无论是现场工艺改造，还是站内流程学习，均是通过查看二维流程图纸来掌握站内各流程的情况，由于生产现场的多次改造和人员流动，造成现场部分流程图与现场实际走向不符，在生产指挥和工艺改造时，需要经验丰富、熟悉现场人员才能很好地完成工作；在职工培训方面，主要采用师带徒和现场指导等方式进行，由于部分埋地流程不能直观的展示，造成部分流程难以理解、学习周期长等现象的发生。为了更好地完成生产指挥、工艺改造和职工培训等工作，提高生产管理水平，引入虚拟现实技术，采用Autodesk 3dsmax、VRP、ORACLE等软件进行三维站场系统的开发，系统紧密结合油气生产需要，优选了图形引擎、建模环境等相关软件，以网站形式发布系统，实现了站场的三维成像、漫游、数据库交互显示、人机交互和虚拟改造流程模块以及动态流程等功能，便于操作人员的使用。

2 软件系统开发情况

为解决二维图纸流程存在的局限性，更好地服务于生产，将站场流程与生产业务紧密结合，实现站场的三维虚拟化和交互性，对网页三维平台搭建、设备管道建模、漫游形式、数据库连接、人机交互、虚拟改造流程、动态流程展示等方面内容进行研究。

2.1站场场景的三维建模

为便于三维站场系统的推广应用，在图形引擎和建模环境选择上，主要从功能、易用性、后期维护以及投入成本等多个方面进行比对，采用中视典VRP虚拟现实平台，利用Autodesk 3ds Max软件实现站内设施的建模，通过收集各站场CAD图纸，对站场流程进行分析处理，根据站场的实际情况，对站内建筑物进行模型等级分类，根据分类进行多次实地考察和拍摄照片。利用现场照片更好的认识建筑物结构、周边环境，以及建模纹理和贴图素材的收集，完成各站场大小模型7万多个，模型面数1500多万面，主要包括基础建筑、阀门、分离器、水套炉、分液包、消防棚、汇管、节流装置、压缩机、脱水撬等设备以及相关零配件。

2.2 站场场景的漫游交互

三维站场系统完成的首要功能就是漫游，一个良好的漫游系统应该具备实时的漫游性能和逼真的漫游效果。为满足用户的不同需求，设计了用户自主漫游和飞行漫游两种漫游方式。

2.3 动态数据的关联显示

通过对VRP软件的研究，发现VRP不支持ORACLE数据库，为了能共享现有数据资源和解决VRP软件自身软件的缺陷问题，利用VRP中网页触发功能，以网页传递参数的方式实现虚拟设备与生产数据的关联。为满足三维站场各类设备信息的统计查询，优化数据库，给站场每个设备按要求进行编号，编写带有参数传递的VRP脚本，将参数传递到网页，用ASP脚本语言编写参数分析处理和ORACLE数据库交互程序，实现三维站场中相关设备信息显示、设备到期检验预警提示统计、站场简介、操作规程等功能。设备信息主要包括：阀门、压力容器、汇管、管线和压缩机等，这种方法灵活性高，与原有的信息系统结合更紧密。

在实时数据的关联显示方面，通过网络将计量数据上传至服务器中，对上传的数据进行解密处理，通过VRP+ASP的方式调用现场实时数据，以网页的形式进行显示，同时在三维站场流程内标注投用自动计量设备的具体位置，便于生产数据的分析处理。

2.4 动态流程展示

根据站内关键流程走向和气体变化情况，制定气体流程路径，通过路径动画，模拟显示气体流动的效果，在气体流动到关键点时，通过VRP脚本代码编写实现带有文字提示的动态流程演示效果，通过演示让使用者快速了解站场流程的运行情况。

2.5 设备模型控制

（1）模拟流程改造

根据现场的实际情况，将常用的管线、阀门、分离器、水套炉等设备模型进行组合隐藏，在对流程进行模拟改造的时候，通过VRP脚本编辑器编写模型控制脚本，完成模型的复制、隐藏、删除、移动、旋转、放大缩小及颜色等功能，使用人员利用该功能可以对改造方案进行反复验证和方案的讨论，确保设计方案的可靠性和有效性。

（2）系统流程分类显示

根据站场特点和需求进行流程分类，分离出排污系统、放空系统、注水系统、单井流程系统等各类流程进行分类显示。通过VRP隐藏模型的功能，将系统外的模型进行隐藏，实现分类显示的效果。

3 软件系统的推广应用

三维站场系统以HTM为扩展名的网页式文件进行发布，目前已完成天然气产销厂各集配气站三维站场系统的开发，并且在流程改造、数据分析和生产培训等方面进行应用，为领导决策层和生产相关业务部门提供了直观的站场流程和实时生产数据，辅助相关部门在下步生产指挥和调度方面做出正确的决策；在方案设计方面，技术部门研究工艺流程、流程改造方面，加快了方案设计的速度和质量，提高了方案设计和修正的效率，节省了大量的资金和人力物力；在培训方面，岗位职工在任何时间、任何联网计算机登录该系统进行全面的学习，形象直观的界面和强大交互性，增强职工学习的积极性，使岗位职工快速掌握各站场流程、工艺、设备参数等信息，提高学习效率，缩短生产培训周期。

4 结论

通过开发应用三维虚拟技术，采用Autodesk 3dsmax、VRP、Photoshop、AutoCAD、ORACLE等软件完成了天然气产销厂35个站场的开发，系统的开发与生产紧密结合，具有交互性强、形象直观、模型操作灵活性大，广泛应用于技术改造、生产数据分析、生产指挥、生产培训等多个方面，为实现数字化气田打下坚实的基础，进一步提高了生产管理水平。