房精哲，韓 博

（中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452）

0 引言

隨著“十四五”的開局，我國對能源裝備的發(fā)展提出了更高的要求，已經(jīng)從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，借助科學(xué)技術(shù)保障能源裝備的健康穩(wěn)定運(yùn)行對于國家能源安全有著不可忽視的重要性，因此推進(jìn)能源裝備數(shù)字化發(fā)展是“十四五”期間的重要發(fā)展方向。石化能源裝備的發(fā)展帶動對石油石化設(shè)備、管道檢測技術(shù)的需求，進(jìn)而帶動檢測新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[1]?；趪液Ｑ髲?qiáng)國戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，我國海工工業(yè)經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的時(shí)期，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)被應(yīng)用在海洋平臺上，國際海工裝備研究機(jī)構(gòu)的相關(guān)研究與標(biāo)準(zhǔn)對我國海工裝備的發(fā)展也具有很重要的指導(dǎo)意義[2]。

相對于陸地環(huán)境，海洋環(huán)境更加復(fù)雜，所以對海洋浮體裝備的抗腐蝕性提出了更高的要求，由于浮體平臺體型巨大，所以在組裝工藝中焊縫為模塊連接的主要方式。浮體平臺投入使用后，在高鹽分海水的作用下，焊縫界面間的電化學(xué)腐蝕是焊縫腐蝕的主要原因，因此焊縫的腐蝕檢測與趨勢分析對海洋裝備平臺的安全運(yùn)行有著重要意義。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測分析系統(tǒng)更加傾向于檢測數(shù)據(jù)的收集與整理，在數(shù)據(jù)展示方面比較抽象化，無法將檢測的結(jié)構(gòu)與實(shí)體進(jìn)行直觀關(guān)聯(lián)，所以在面對數(shù)據(jù)結(jié)果時(shí)無法將風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，大大影響管理與運(yùn)維保養(yǎng)效率。

1 浮體焊縫三維可視化檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

1.1 需求與設(shè)計(jì)

裝備的結(jié)構(gòu)自動化檢測系統(tǒng)對海上浮體平臺的運(yùn)行狀態(tài)有著重要作用，檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為檢測系統(tǒng)中重要的一部分，檢測數(shù)據(jù)的采集與分析為裝備的運(yùn)行與否提供了決策性的依據(jù)。由于傳統(tǒng)的信息化管理模式已經(jīng)越來越難以滿足石化能源裝備對于運(yùn)維高效管理的需求，而三維可視化的運(yùn)維管理具有更加直觀與高效的優(yōu)勢，正逐步取代傳統(tǒng)的信息化管理模式。三維交互式應(yīng)用管理平臺通過數(shù)據(jù)與模型的聯(lián)動，使運(yùn)維管理人員跟決策者能更加直觀地判斷浮體結(jié)構(gòu)的安全性，為平臺的保養(yǎng)提供可靠的決策依據(jù)，所以浮體焊縫三維可視化的檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)在浮體平臺的風(fēng)險(xiǎn)管理方面有著重要意義。

通過在三維模型上掛載焊縫的三維坐標(biāo)信息，聯(lián)動水下檢測機(jī)器的坐標(biāo)信息，使檢測焊縫的位置與三維模型上的焊縫對應(yīng)，水下檢測設(shè)備對浮體的焊縫進(jìn)行腐蝕程度的檢測，通過物聯(lián)網(wǎng)采集檢測設(shè)備的檢測數(shù)據(jù)，對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對比、存儲與展示。通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果對閾值的響應(yīng)來提供報(bào)警系統(tǒng)，在三維模型結(jié)構(gòu)上快速、準(zhǔn)確地找出相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的位置，為浮體平臺的安全評估快速作出結(jié)論與決策。

1.2 實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

三維可視化的檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)處理模塊與三維展示模塊，其中數(shù)據(jù)處理模塊由數(shù)據(jù)來源、存儲、分析、處理與自動生成報(bào)告組成，三維展示模塊中主要由檢測對象信息、資產(chǎn)數(shù)據(jù)與報(bào)警模塊組成。通過三維模型數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與檢測設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接口數(shù)據(jù)的采集，通過數(shù)據(jù)庫的對比分析處理，聯(lián)動模型結(jié)構(gòu)信息，使檢測數(shù)據(jù)結(jié)果以三維可視化的形式呈現(xiàn)（圖1）。

圖1 三維可視化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)來源主要有3 個途徑，分別是浮體各分段設(shè)計(jì)圖紙、三維模型與檢測報(bào)告。其中，主要數(shù)據(jù)源為操控系統(tǒng)ACFM（Alternating Current Field Measurement，交流電磁場檢測法）檢測、PAUT（Phased Array Ultrasonic Testing，相控陣超聲檢測）監(jiān)測數(shù)據(jù)和儀器外觀監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式包括但不限于結(jié)構(gòu)化監(jiān)測數(shù)據(jù)及圖片、視頻、檢測報(bào)告等文檔型監(jiān)測數(shù)據(jù)。獲取數(shù)據(jù)后利用三維數(shù)字孿生引擎，在保證圖形和數(shù)據(jù)不丟失的情況下實(shí)現(xiàn)模型的輕量化以此保證三維模型瀏覽的流暢性，在模型上掛載各類型數(shù)據(jù)。通過定位信息在三維場景中展示每一個檢測對象的檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫的評定、對比分析、定位，數(shù)據(jù)結(jié)果與相應(yīng)模型結(jié)構(gòu)聯(lián)動，同時(shí)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析生成趨勢分析圖，選擇檢測對象查詢檢測記錄匯總數(shù)據(jù)后生成檢測報(bào)告，并以三維模型為載體對檢測相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行搭載和定位展示。

浮體平臺由于作業(yè)環(huán)境的特殊性，平臺無法實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)的聯(lián)動，水下環(huán)境也處于無網(wǎng)環(huán)境，為了便于現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和后續(xù)數(shù)據(jù)的積累，將檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分為現(xiàn)場子系統(tǒng)、陸地系統(tǒng)和用于現(xiàn)場與陸地系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)同步程序3 個部分，其中現(xiàn)場子系統(tǒng)部署在平臺的集成控制室內(nèi)（或作業(yè)船中集裝箱）、陸地系統(tǒng)部署在陸地辦公室。

2 現(xiàn)場子系統(tǒng)

現(xiàn)場子系統(tǒng)通過三維交互式應(yīng)用引擎，實(shí)現(xiàn)模型的加載并查看原有設(shè)計(jì)屬性與保留板面原有設(shè)計(jì)標(biāo)識。根據(jù)定義的設(shè)備類庫、屬性、位置坐標(biāo)等，將模型對象進(jìn)行映射解析，提取模型的位號和對應(yīng)的模型屬性，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與可視化模型對象、模型屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)（圖2）。

圖2 現(xiàn)場子系統(tǒng)

為了提高數(shù)據(jù)的管理效率，根據(jù)裝置的檢測需要，規(guī)劃不同的關(guān)鍵檢測區(qū)域，通過將關(guān)鍵檢測區(qū)域進(jìn)行對象化、數(shù)據(jù)化的管理，能夠在檢測的時(shí)候進(jìn)行針對性的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。針對檢測數(shù)據(jù)建立采集點(diǎn)臺賬，可在系統(tǒng)中對每個固定測點(diǎn)、巡檢點(diǎn)（位置/對象）設(shè)置為檢測數(shù)據(jù)采集點(diǎn)并對每個采集點(diǎn)設(shè)置其數(shù)值范圍對應(yīng)的狀態(tài)。通過導(dǎo)入現(xiàn)場系統(tǒng)移入的檢測數(shù)據(jù)（外觀、ACFM、PAUT），通過唯一位號關(guān)系及定位坐標(biāo)，模型與測點(diǎn)建立一對一關(guān)系。將模型與現(xiàn)場檢測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和互通，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊對象模型便捷查看設(shè)備基本信息、檢測數(shù)據(jù)以及報(bào)警信息等數(shù)據(jù)內(nèi)容。對浮體結(jié)構(gòu)水下部分檢測、檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行集成與組態(tài)。為了更好地使用系統(tǒng)功能，就必須保證數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性、刷新率。將集成檢測系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)，并保持每個數(shù)據(jù)與原數(shù)據(jù)一致，通過離線形式進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，為業(yè)務(wù)人員在運(yùn)維決策時(shí)提供及時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐與集成控制室中的操控、ACFM 檢測、PAUT 檢測系統(tǒng)相對接，以圖片、視頻、表格、文件等形式實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果等數(shù)據(jù)的抓取、編號及位置對應(yīng)存儲，同時(shí)為操控系統(tǒng)提供一個完整的三維模型文件和完整的檢測示意排版圖，利用檢測數(shù)據(jù)出具檢測報(bào)告。報(bào)告中包含帶有位置信息的排版示意圖或布置圖，在三維交互式平臺中展示各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的趨勢曲線和部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供彩虹圖展示，并且通過設(shè)置報(bào)警邏輯、閾值根據(jù)報(bào)警類型在三維場景展示報(bào)警信息，同步突出對應(yīng)的焊縫位置。在后臺管理信息平臺嵌入成套浮體結(jié)構(gòu)自動化檢測裝置的備品備件使用及損耗，維修保養(yǎng)情況的采集與查看的管理臺賬系統(tǒng)，提升運(yùn)維保證能力。

3 陸地系統(tǒng)

與現(xiàn)場子系統(tǒng)相比，陸地系統(tǒng)的功能更加完善，通過三維引擎完成模型加載后如無焊縫信息，則可按邊界信息實(shí)現(xiàn)焊縫的添加，并體現(xiàn)出浮體面板的厚度。在與現(xiàn)場檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有差異時(shí)，可在模型上進(jìn)行修改。例如，在設(shè)計(jì)軟件修改升級后能實(shí)現(xiàn)模型的替換與合并，并且相應(yīng)模型信息等能完整保留，同時(shí)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理與三維模型的導(dǎo)出。管理結(jié)構(gòu)具備傳統(tǒng)的信息化管理功能，如用戶、組織架構(gòu)、角色等（圖3）。

圖3 陸地系統(tǒng)

4 數(shù)據(jù)同步程序

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步的雙向性是數(shù)據(jù)同步程序的關(guān)鍵，工作包從陸地系統(tǒng)導(dǎo)入現(xiàn)場子系統(tǒng)，從陸地系統(tǒng)導(dǎo)出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等導(dǎo)入現(xiàn)場子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的增量同步。現(xiàn)場檢測完成之后，需要將動、靜態(tài)數(shù)據(jù)同步到陸地系統(tǒng)。通過現(xiàn)場子系統(tǒng)導(dǎo)出生成現(xiàn)場子系統(tǒng)數(shù)據(jù)下載，將此數(shù)據(jù)拷貝到移動硬盤，然后導(dǎo)入陸地系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)陸地系統(tǒng)掛接的動、靜態(tài)數(shù)據(jù)的增量同步（圖4）。

圖4 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

通過現(xiàn)場子系統(tǒng)和一個陸地系統(tǒng)及數(shù)據(jù)同步程序3 個部分，完成對浮體結(jié)構(gòu)檢測數(shù)據(jù)分析，三維可視化數(shù)據(jù)收集與三維模型查看功能，實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場浮體結(jié)構(gòu)的綜合管理。檢驗(yàn)檢測報(bào)告出具的自動化，實(shí)現(xiàn)對浮體結(jié)構(gòu)缺陷評定、趨勢分析、定位等。三維交互式應(yīng)用引擎實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)的搭載與數(shù)據(jù)的可視化管理，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能實(shí)現(xiàn)了無網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)據(jù)同步。通過檢測數(shù)據(jù)與三維模型的關(guān)聯(lián)，三維可視化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)使檢測結(jié)果的展示更加直觀，為石化能源裝備的全壽期安全保障提供了更加高效的科技手段，高效、及時(shí)的運(yùn)維保養(yǎng)工作也大大提高了設(shè)備裝置的生命周期，進(jìn)一步提升裝備的產(chǎn)出效益，推動石化能源領(lǐng)域的不斷發(fā)展。