三维可视化技术在半潜式生产平台中的应用

李建锋 吴 亮 黄 政

（中海油能源发展装备技术有限公司南海工程分公司，湛江 524057）

数字油田三维可视化平台技术利用先进的建筑可视化、实时三维动画等互动内容的多平台综合型开发工具作为底层，可有效满足设施设备完整性管理的应用，处理海量的空间数据，利用三维仿真技术直观、真实地展示设施设备的三维可视化模型[1]。

1 关键技术

半潜式生产平台作为离岸设施，在生产运维过程中存在现场支援成本高、海上与陆地方案沟通困难、运维时效低以及数据传输通道有限等难题。通过二维图纸识别技术等关键技术攻关，充分挖掘数据核心价值，形成三维模型与工程静态数据和生产实时数据的联动，实现半潜式生产平台全属性全生命周期资产数据展示，为生产运维过程中的数据可视化应用提供了良好的技术支撑与用户体验。

1.1 二维图纸识别技术

通过二维图纸识别技术，结合设备位号的元素特征，对半潜式生产平台P&ID图进行位号与图形元素的自动识别，形成位号与元素的识别算法，实现信息自动提取，建立设备位号与元素的映射关系，并对P&ID图纸进行加工处理，使其能够通过位号与工程设计文件、设备完工文件、建造完工文件以及三维模型实现同步可视化功能[2]。

1.2 二三维数据联动技术

通过设备位号与工程设计文件、设备完工文件、建造完工文件、三维模型进行关联，建立二维文件与三维模型的映射关系，打破二三维异构文档数据的信息壁垒，以设备位号为纽带，实现半潜式生产平台二三维工程数据同步关联可视化功能，并同步显示相关信息，实现不同资料之间的相互导航和显示切换。

1.3 三维模型优化技术

三维模型优化技术结合半潜式生产平台三维模型的特点，从建模流程、模型数据库及模型封装等方面对关键技术进行优化处理，使得半潜式生产平台三维模型在局部光影效果、半透明渲染效果、设备位号悬浮显示以及安全通道展示等方面提高了逼真度，同时提高了三维模型的加载、漫游、空间测量、设施设备剖切、批注、视图快照以及模型对象操作等交互功能渲染的真实性和实时性，优化了用户对三维模型的可视化操作体验，如图1所示。

图1 三维模型优化技术

1.4 三维引擎分布式处理技术

针对半潜式生产平台三维模型精细化处理后的数据量大导致响应速度缓慢的问题，采用三维引擎分布式处理技术，实现模型数据从分布式处理、分布式存储到服务发布的全流程化管理，充分利用硬件资源提高模型操作响应速度。同时，三维引擎对加载后的模型数据进行本地缓存，大大减少了数据传输与运算量。

2 数字油田三维可视化平台研发

2.1 数字油田三维可视化平台构成

通过关键技术集成，研发数字油田三维可视化平台。系统包括数据源、服务层、应用层和展示层4部分，架构如图2所示。

2.2 数字油田三维可视化平台功能

2.2.1 二三维联动可视化功能

数字油田三维可视化平台提供三维模型在线浏览，可以查看三维模型中的每一个设备对象类型和信息。P&ID图纸可以在线浏览，图纸中的管线、仪表等设备信息可以通过点击实现在线浏览。现场技术人员可以在三维模型中选择设施设备，从而快速找到与此设备关联的二维图纸，也可以通过二维图纸点击热点，快速找到此设备的现场位置，减少施工改造的工作量。

2.2.2 设施设备测量功能

设施设备测量功能包括长度测量、角度测量和面积测量。长度测量通过点击测量中的长度测量按钮进入距离测量模式。单击鼠标左键选择两点后，即可显示其长度信息，且继续选择点可实现连续测量。双击鼠标左键，结束此次测量并退出测量。使用测量功能可以让技改人员在空间布置中得到与现场一致的数据，无须到现场即可测量管道等设备的长度、角度、面积等。

2.2.3 设施设备剖切功能

剖切功能通过控制基准横切面位置的移动和旋转，支持从三维的任何一个角度对模型进行剖切，以浏览其内部结构。设施设备剖切具体包括面剖切和体剖切两种方式，如图3所示。面剖切借助三维可视化引擎定义剖切面，包括位移和角度，对模型进行剖切显示。体剖切借助三维可视化引擎通过绘制立方体对三维模型进行剖切，只显示立方体内的模型图形，排除显示立方体外的模型图形。

2.2.4 三维模型批注和视图快照功能

三维可视化引擎提供图形、文字批注功能和删除批注功能。批注支持云线、箭头、矩形、圆形图形批注以及文字批注，可以根据需要对问题部位进行标注。除了模型上的批注，还支持输入详细的备注信息，以记录并跟踪问题的状态。同时，三维可视化引擎支持对当前视窗的三维模型的可视化快照能力。三维快照保存了相机、批注、剖切等信息，保存下来的视图被重新选取后，三维可视化引擎可在最大程度上还原快照信息。

图2 数字油田三维可视化平台架构

图3 设施设备剖切功能

2.2.5 生产运行实时数据接入及可视化功能

三维可视化引擎支持接入生产运行实时数据，查看实时数据监测点的空间分布和相应的实时数据趋势图等。在平台模型中，部分生产运行展示所需的监测点可能存在未建模的情况，需要以标签的形式在模型中持久化存储。这一类标签数据通过rest接口传递到三维可视化引擎的模型库中，作为基础模型对象一同存储、管理和展示[3]，可为生产管理人员提供实时生产运行情况，如阀门开关状态、阀门开度、温度、压力、液位以及流量等，如图4所示。

图4 三维可视化引擎与生产运行实时数据的集成展示

2.2.6 设施设备运维可视化

设施设备运维可视化基于设施设备检维修记录的入库。点击某一个设备时，若该设备的历次检维修记录已经入库，会展示最近所有的检维修记录，包括设备名称、设备故障时间或者某个时间段、设备故障描述、设备检修情况、检修的工作人员、检修完成时间及备注。此外，工作人员也可查看设施设备所对应的备品备件数量[4]。

2.2.7 应急指挥可视化

基于三维模型优化技术建立的三维可视化模型，通过虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术创建应急指挥场景，可用于应急指挥可视化展示[5]。借助VR设备，当应急指挥模拟启动时，设施平台报警点可视化。报警标注所有相关联的设施设备（如中控室、消防水站等），关联四色风险区域显示其风险等级，在三维模型上显示所有安全逃离路径，以达到培训演练的目的。

3 结语

三维可视化平台通过对完整性数据和三维可视化模型进行关联，使得数据展示更形象、直观，数据应用更加高效、便捷，可为智能油气田建设的决策支持、远程操作及预测维护等服务提供数据和应用支持。