金 輝 胡 穎 周曉東 杜偉娜 徐增偉 路 順

1. 中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司 2. 國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司

0 引言

海洋管道設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率決定著后續(xù)工程的進(jìn)度，傳統(tǒng)做法主要是通過(guò)購(gòu)買(mǎi)專(zhuān)業(yè)軟件來(lái)保證設(shè)計(jì)質(zhì)量、提高設(shè)計(jì)效率，但是一款專(zhuān)業(yè)軟件不足以完成設(shè)計(jì)中的全部工作，因此需要購(gòu)買(mǎi)大量的專(zhuān)業(yè)軟件，且需要設(shè)計(jì)人員花費(fèi)大量時(shí)間學(xué)習(xí)使用軟件，限制了設(shè)計(jì)人員在關(guān)鍵問(wèn)題上的精力投入，增加了項(xiàng)目的成本投入；不同軟件間的資料提取及格式轉(zhuǎn)化也存在一定問(wèn)題，增加了工作難度。隨著計(jì)算機(jī)兼容性及存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，油氣長(zhǎng)輸管道行業(yè)首先提出了數(shù)字化技術(shù)方案以解決上述問(wèn)題[1-4]。數(shù)字管道是立足信息基礎(chǔ)設(shè)施，以空間地理信息為支撐手段，利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和通訊等數(shù)字化技術(shù)，將管道資源、地質(zhì)條件、沿線環(huán)境、經(jīng)濟(jì)信息與地理信息集成，在管道全生命周期內(nèi)開(kāi)展安全數(shù)字仿真與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)管道的數(shù)字化管理[5]。

美國(guó)在休斯頓設(shè)立全國(guó)管道控制中心，建立國(guó)家管道繪圖系統(tǒng)。德國(guó)RuhrGas公司編制的管道開(kāi)挖許可查詢(xún)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了定位查詢(xún)開(kāi)挖項(xiàng)目并確定管道是否具有開(kāi)挖許可性[6-7]。意大利SNAM公司開(kāi)發(fā)的輸氣管道地理信息系統(tǒng)，能夠?qū)艿栏鞣N信息進(jìn)行收集、整理分類(lèi)與入庫(kù)管理[8]。國(guó)內(nèi)方面，數(shù)字化在海洋管道上的應(yīng)用與研究取得一定的進(jìn)展[9-10]。中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司研發(fā)的海底管道工程信息數(shù)字化（EDIS）應(yīng)用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海底管道全生命周期的數(shù)字化、規(guī)范化和完整性管理[11]。海洋石油工程股份有限公司開(kāi)發(fā)的基于三維數(shù)字化海床的海底管道側(cè)向屈曲分析和接口軟件，能夠真實(shí)地展現(xiàn)海底地形地貌，為基于三維海床的側(cè)向屈曲分析提供新思路[12]。

但是以上研究未能實(shí)現(xiàn)海洋管道三維數(shù)字化流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，海底管道的數(shù)字化設(shè)計(jì)仍有非常大的發(fā)展空間。在充分把握工業(yè)4.0及智能管道建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)下，抓住智能管道建設(shè)需要充分利用功能性軟件、創(chuàng)建統(tǒng)一的信息平臺(tái)這一前提和關(guān)鍵，形成了自己所特有的海洋管道三維數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)設(shè)計(jì)平臺(tái)）?；赪indows操作系統(tǒng)，以應(yīng)用軟件集成為基礎(chǔ)，在將設(shè)計(jì)圖紙、計(jì)算報(bào)告、設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)流程進(jìn)行數(shù)字化后，設(shè)計(jì)平臺(tái)已經(jīng)具備了海洋管道路由三維選線、計(jì)算分析、圖紙自動(dòng)繪制、項(xiàng)目管理等關(guān)鍵功能。設(shè)計(jì)平臺(tái)可應(yīng)用到海洋管道的整個(gè)設(shè)計(jì)周期內(nèi)，保證了不同設(shè)計(jì)階段和設(shè)計(jì)內(nèi)容輸入?yún)?shù)的一致性，降低了輸入數(shù)據(jù)的選取時(shí)間、計(jì)算及繪圖的自動(dòng)化，在提高效率的同時(shí)還保證了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，三維可視化的選線技術(shù)在快速識(shí)別障礙物的同時(shí)，也提高了路由選取的設(shè)計(jì)精度。

1 設(shè)計(jì)平臺(tái)功能及架構(gòu)

為滿足上述要求，設(shè)計(jì)平臺(tái)被確定為一款以海洋管道設(shè)計(jì)為主、海洋管道設(shè)計(jì)工作管理為輔的軟件系統(tǒng)，其主要功能及系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。聯(lián)合成熟軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)既避免了算法研究的過(guò)大投入，也提高了計(jì)算及處理能力的可靠性，處理結(jié)果不需進(jìn)行額外驗(yàn)證，可直接應(yīng)用到工程設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)平臺(tái)在架構(gòu)上是一個(gè)三層結(jié)構(gòu)的軟件系統(tǒng)：①客戶端包含了系統(tǒng)設(shè)置、工程管理、路由設(shè)計(jì)、計(jì)算分析、圖紙繪制、幫助等功能模塊，每一模塊下含有多個(gè)子功能模塊；②管道應(yīng)用服務(wù)層是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層與客戶端的聯(lián)系層，是邏輯算法集中體現(xiàn)層；③數(shù)據(jù)層主要用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

圖1 設(shè)計(jì)平臺(tái)主要功能及系統(tǒng)架構(gòu)圖

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)平臺(tái)編譯的可行性，在滿足圖1所示的功能時(shí)，應(yīng)用服務(wù)層應(yīng)按照?qǐng)D2所示的工作流程邏輯進(jìn)行。設(shè)計(jì)平臺(tái)計(jì)算內(nèi)核1、2、3充分融合了Fledermaus、SAGE Profile和Mathcad等第三方軟件；數(shù)據(jù)輸入則依據(jù)Excel表格讀寫(xiě)模式并充分考慮了數(shù)據(jù)量不確定的影響；路由圖生成是在將出圖規(guī)則進(jìn)行計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編譯后，通過(guò)對(duì)CAD的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)下圖紙的自動(dòng)繪制。設(shè)計(jì)平臺(tái)的主要功能著重解決了以下問(wèn)題：①用海圖、海床勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行海床三維建模，用海洋管道截面尺寸、關(guān)鍵坐標(biāo)進(jìn)行管道三維建模，海床、海洋管道三維模型可融合展示，基于三維視圖可用鼠標(biāo)拖動(dòng)對(duì)路由進(jìn)行選擇、調(diào)整；②基于選定路由，對(duì)海洋管道路由進(jìn)行定性、定量評(píng)估，評(píng)估需要的海床、海洋管道數(shù)據(jù)可在平臺(tái)內(nèi)部自動(dòng)流轉(zhuǎn)，平臺(tái)可展示評(píng)估結(jié)果；③能通過(guò)參數(shù)流轉(zhuǎn)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，更新或新加計(jì)算方法可通過(guò)管理員配置的方式自動(dòng)嵌入，計(jì)算結(jié)果能自動(dòng)寫(xiě)入報(bào)告，生成的報(bào)告能實(shí)現(xiàn)任意章節(jié)自由組合；④對(duì)于三維可視化選線及三維數(shù)值計(jì)算后選定的路由，可調(diào)用CAD對(duì)海洋管道路由總布置圖、路由圖等圖紙進(jìn)行自動(dòng)繪制。

圖2 設(shè)計(jì)平臺(tái)工作流程邏輯圖

2 設(shè)計(jì)平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)圖2所示設(shè)計(jì)平臺(tái)工作流程及要解決的重點(diǎn)問(wèn)題，現(xiàn)階段對(duì)海床及海洋管道三維數(shù)字可視化、海洋管道路由三維可視化設(shè)計(jì)、海洋管道數(shù)值計(jì)算、海洋管道圖紙自動(dòng)繪制等技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)。

2.1 海床及海洋管道三維數(shù)字可視化

2.1.1 海床三維模型

海床三維數(shù)字可視化是海洋管道路由三維可視化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和先行條件。網(wǎng)格化的計(jì)算機(jī)海床虛擬仿真成像技術(shù)是海床三維成像展示的主要手段。海洋管道作為海底表層工程，選線設(shè)計(jì)及計(jì)算分析受海底地形地貌影響最大，用面網(wǎng)格技術(shù)手段對(duì)海床進(jìn)行三維建模更為合理，網(wǎng)格主要分為不規(guī)則三角網(wǎng)與規(guī)則格網(wǎng)[13-15]。規(guī)則網(wǎng)格結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小，但網(wǎng)格間距需自行判斷，插值計(jì)算量大，容易造成模型邊界不規(guī)則拉伸。三角網(wǎng)在同樣簡(jiǎn)單的情況下，能克服規(guī)則網(wǎng)格的缺陷。設(shè)計(jì)平臺(tái)顯示界面形成的海床三維模型采用三角網(wǎng)的原理進(jìn)行構(gòu)建。

為了在海洋管道路由設(shè)計(jì)時(shí)能有較為直觀的海底地形作為參考，更具有真實(shí)感，更能表現(xiàn)地形的起伏變化，需對(duì)網(wǎng)格狀的高程模型進(jìn)行渲染和面域化處理。從豐富顯示顏色種類(lèi)，精確控制顏色分布的原則出發(fā)，用三波段的方法對(duì)其進(jìn)行了處理：①將地形高程均分成 [min，h1]、[h1，h2]、[h2，h3]、[h3，max]4個(gè)色塊區(qū)間，min為（0，0，25）色塊，max為（255，0，0）色塊；②將[min，h2]區(qū)間紅色色塊設(shè)為0，將[h2，max]區(qū)間藍(lán)色色塊設(shè)為0；③將[min，h1]區(qū)間藍(lán)色色塊設(shè)為255，綠色色塊隨高程增加而增加；④將[h1，h2]區(qū)間綠色色塊設(shè)為255，藍(lán)色色塊隨高程增加而減少；⑤將[h2，h3]區(qū)間綠色色塊設(shè)為255，紅色色塊隨高程增加而增加；⑥將[h3，max]區(qū)間紅色色塊設(shè)為255，綠色色塊隨高程增加而減少。

海床三維模型建立時(shí)一般以離散的水深點(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可通過(guò)勘察測(cè)量獲得，也可以從海圖中獲取?？睖y(cè)的水深數(shù)據(jù)在建模時(shí)一般已經(jīng)處理好，但從海圖獲取時(shí)，要對(duì)海圖進(jìn)行預(yù)處理以獲取建模所需的水深點(diǎn)數(shù)據(jù)。海圖格式為S57格式，由特征對(duì)象和空間對(duì)象組成，水深節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)存儲(chǔ)在空間對(duì)象中。提取過(guò)程：①識(shí)別S57文件頭結(jié)構(gòu)體，定位空間對(duì)象數(shù)據(jù)集向量層；②用ISO/IEC 8211標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)解碼海圖文件經(jīng)緯度、水深點(diǎn)要素，提取經(jīng)緯度及水深數(shù)據(jù)；③經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化，建立大地坐標(biāo)系下水深點(diǎn)與坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成海床離散點(diǎn)數(shù)據(jù)文本[16]。

2.1.2 海洋管道三維模型

海洋管道路由需通過(guò)關(guān)鍵點(diǎn)、彎曲半徑等確定，為了滿足參數(shù)化的設(shè)計(jì)要求，建立海洋管道三維模型時(shí)主要分以下幾步進(jìn)行：

1）定義關(guān)鍵點(diǎn)的北—東坐標(biāo)與彎曲半徑，創(chuàng)建平面視圖下在海底地形上的掃掠路徑，然后通過(guò)設(shè)置路由單元長(zhǎng)度及埋設(shè)深度創(chuàng)建包含高度值的海洋管道中心線。

2）根據(jù)管線數(shù)據(jù)確定海洋管道中心線對(duì)應(yīng)里程管道截面的幾何樣式。

3）三角條帶法建立相鄰截面間管道實(shí)體模型。

管線數(shù)據(jù)主要包含具體節(jié)點(diǎn)處管道截面幾何特征信息（表1）。管線編號(hào)（plineNo）區(qū)分具體管道；KP值（kpValue）表示該點(diǎn)到起點(diǎn)的距離，有效值保留小數(shù)點(diǎn)后3位，單位為km；內(nèi)、外管徑（innerDiameter、outDiameter）有效值保留小數(shù)點(diǎn)后3位，單位為cm，單層管時(shí)只需要定義內(nèi)管徑，雙層管時(shí)需要同時(shí)定義內(nèi)、外管徑。

表1 管線數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

由于海洋管道較長(zhǎng)且存在一定的曲度，為減少建模計(jì)算量，有曲度發(fā)生的管道外表面能在程序語(yǔ)言下實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的光滑處理，管道實(shí)體模型采用了三角條帶法的原理進(jìn)行創(chuàng)建[17]。

海底管道沿線地形復(fù)雜多變，管線及海床多為空間分布的狹長(zhǎng)帶狀模型，為了降低處理內(nèi)存壓力，后臺(tái)將海底管道、海底地形分別在獨(dú)立的模塊進(jìn)行建模后進(jìn)行在客戶端的融合顯示。根據(jù)某一項(xiàng)目具體數(shù)據(jù)，海洋管道與海床擬合后在客戶端顯示的模型如圖3所示，海洋管道可以根據(jù)地勢(shì)的高低起伏很好地依附于海床上。

圖3 管道與海床擬合后模型圖

2.2 海洋管道路由三維可視化設(shè)計(jì)

海洋管道路由三維可視化設(shè)計(jì)是海洋管道結(jié)構(gòu)計(jì)算、總布置圖和路由圖自動(dòng)繪制等的前置任務(wù)，主要包含海洋管道路由三維選線、三維定量評(píng)估。首先在形成的三維海床的基礎(chǔ)上，通過(guò)人機(jī)交互對(duì)海洋管道路由進(jìn)行三維選線設(shè)計(jì)，然后將選定的路由、海床數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成SAGE Profile可識(shí)讀格式，對(duì)三維可視化下設(shè)計(jì)的海洋管道路由合理性進(jìn)行三維定量評(píng)估。

2.2.1 路由三維選線

海洋管道路由三維選線主要分為三維路由初選和定性評(píng)判兩大功能。三維路由初選時(shí)除了需要建立海底三維地形等較為直觀的虛擬圖像外，還會(huì)將海洋功能區(qū)劃及規(guī)劃、海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)、海底構(gòu)筑物、航道等決定路由選擇的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以手動(dòng)添加數(shù)值、導(dǎo)入路由文件、三維視圖直接繪制的方式添加到海床三維模型上。進(jìn)行三維路由初選時(shí)定義海床、路由等關(guān)鍵參數(shù)時(shí)的平臺(tái)操作窗口如圖4所示。

三維數(shù)字可視化確定初選路由后，可從定性的角度評(píng)判路由是否合理，對(duì)遇到的不合理路由可在三維可視化界面上通過(guò)鼠標(biāo)拖拽、添加、修改數(shù)據(jù)點(diǎn)的方式進(jìn)行局部或整體改動(dòng)。設(shè)計(jì)平臺(tái)在三維海床底圖上形成的初選路由數(shù)據(jù)見(jiàn)圖5-a，通過(guò)三維海床色差變化直觀地發(fā)現(xiàn)黑色橢圓內(nèi)存在凹坑，需對(duì)海洋管道路由進(jìn)行調(diào)整，用管道中心線生成技術(shù)提取出的路由高程數(shù)據(jù)見(jiàn)圖6-a，進(jìn)一步評(píng)判后，要對(duì)200 m里程點(diǎn)附近的路由進(jìn)行調(diào)整。利用本設(shè)計(jì)平臺(tái)的人機(jī)交互技術(shù)，經(jīng)拖動(dòng)鼠標(biāo)將黑色橢圓內(nèi)路由微調(diào)到色差變化不太明顯的右側(cè)以躲避凹坑后形成的路徑如圖5-b所示，經(jīng)過(guò)對(duì)高程數(shù)據(jù)的輸出，結(jié)果見(jiàn)圖6-b，200 m里程點(diǎn)附近的路由凹坑得到了很好的 改善。人機(jī)交互下的海洋管道路由三維可視化設(shè)計(jì)可快速直觀地避免路由過(guò)大的突起或凹陷。

圖5 三維海床路由圖

圖6 路由調(diào)整前后高程比較圖

2.2.2 路由三維定量評(píng)估

定量評(píng)估是將定性評(píng)判合理的路由、海床數(shù)據(jù)自動(dòng)填充到海洋管道路由三維定量評(píng)估模塊，進(jìn)行全路由三維數(shù)值模擬后從最小曲率半徑、在位強(qiáng)度、懸跨等方面對(duì)海洋管道路由進(jìn)行確定性評(píng)價(jià)的一種技術(shù)，主要用在項(xiàng)目前期的路由比選階段。本平臺(tái)實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)的執(zhí)行邏輯如圖7所示。

圖7 路由三維定量評(píng)估流程圖

對(duì)于最小曲率半徑，充分考慮了彎曲、鋪設(shè)殘余張力[18]等因素的影響。懸跨分析前，引入了渦激振動(dòng)評(píng)判準(zhǔn)則[19]，懸跨長(zhǎng)度評(píng)判采用的許用懸跨長(zhǎng)度由自由懸跨規(guī)范確定，該值可由自由懸跨計(jì)算模塊計(jì)算后自動(dòng)填入，也可手動(dòng)錄入。分析中需要的溫度、壓力（內(nèi)、外）、波浪、流等基本數(shù)據(jù)可由數(shù)據(jù)錄入模塊自動(dòng)代入，在海洋管道路由三維可視化選線任務(wù)完成后，海床數(shù)據(jù)、路由數(shù)據(jù)信息會(huì)自動(dòng)填充至此，經(jīng)校核完成后的結(jié)果會(huì)顯示在平臺(tái)中。

針對(duì)某一項(xiàng)目，對(duì)路由三維可視化選線設(shè)計(jì)形成的調(diào)整前后路由的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)海洋管道路由三維定量評(píng)估后，輸出的懸跨長(zhǎng)度如圖8所示，經(jīng)過(guò)路由在6 000 m里程點(diǎn)附近的調(diào)整，發(fā)現(xiàn)此部分的懸跨長(zhǎng)度明顯減小，但在20 000 m里程點(diǎn)附近并沒(méi)有完全避免管道過(guò)大懸跨，是因?yàn)榇硕温酚晌凑{(diào)整，不作調(diào)整的原因是三維可視化選線界面下此段路由穿過(guò)的海床色差變化不明顯。因此，發(fā)現(xiàn)路由三維可視化選線能很好地避開(kāi)較為明顯的不利地形，卻不能很好地辨別細(xì)微的路由起伏，而三維數(shù)值分析，則很好地提前預(yù)計(jì)到可能出現(xiàn)的懸跨，對(duì)于復(fù)雜地形條件下的路由數(shù)值分析非常重要。

圖8 路由懸跨計(jì)算分析結(jié)果圖

經(jīng)過(guò)路由調(diào)整到滿足許用懸跨長(zhǎng)度后，用三維定量評(píng)估計(jì)算得管道不同狀態(tài)下的組合應(yīng)力，結(jié)果如圖9所示?？梢酝ㄟ^(guò)數(shù)值判斷設(shè)計(jì)路由是否合理，可準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)管道受力較大及調(diào)試、運(yùn)行階段管道重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的管段。

2.3 海洋管道結(jié)構(gòu)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算

海洋管道項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)涉及使用DNV[20]等規(guī)范進(jìn)行壁厚、穩(wěn)定性、自由懸跨、在位強(qiáng)度等結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。為保證海洋管道規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算需要的各項(xiàng)因子選取的合理化和快速化，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算輸入?yún)?shù)選取的一致性以及海洋管道規(guī)范計(jì)算過(guò)程在不同項(xiàng)目中的重復(fù)應(yīng)用性，設(shè)計(jì)平臺(tái)采用調(diào)取Mathcad的方法進(jìn)行海洋管道規(guī)范計(jì)算。設(shè)計(jì)平臺(tái)調(diào)用Mathcad進(jìn)行海洋管道規(guī)范計(jì)算能及時(shí)根據(jù)規(guī)范的更新而修正計(jì)算方法或計(jì)算過(guò)程，可有效降低設(shè)計(jì)平臺(tái)后期維護(hù)成本?；贛athcad編寫(xiě)海洋管道規(guī)范計(jì)算方法時(shí)，需要梳理各計(jì)算的先后邏輯、迭代關(guān)系，對(duì)輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)、計(jì)算關(guān)聯(lián)參數(shù)做統(tǒng)一規(guī)范，使計(jì)算參數(shù)在不同計(jì)算間準(zhǔn)確傳遞、調(diào)用，確保數(shù)字化平臺(tái)能夠精細(xì)、高效地實(shí)現(xiàn)海洋管道分段、分工況自動(dòng)計(jì)算。設(shè)計(jì)平臺(tái)中選用DNV規(guī)范進(jìn)行海洋管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范計(jì)算。

2.4 圖紙自動(dòng)繪制技術(shù)

依據(jù)CAD可二次開(kāi)發(fā)的技術(shù)特點(diǎn)，按照基于圖框定位技術(shù)下的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)索引技術(shù)對(duì)總布置圖的自動(dòng)繪制技術(shù)進(jìn)行了開(kāi)發(fā)；按照路由出圖原則匯編成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，對(duì)設(shè)計(jì)平臺(tái)的海洋管道路由圖的自動(dòng)繪制功能進(jìn)行了開(kāi)發(fā)。三維可視化選線形成的路由數(shù)據(jù)可自動(dòng)代入自動(dòng)繪圖中。繪圖中需要的圖例等標(biāo)準(zhǔn)圖形可從提前制定好的XML格式文件直接調(diào)用。

路由圖自動(dòng)繪制的過(guò)程中，遵循了以下基本原則：①路由圖數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，將路由圖數(shù)據(jù)根據(jù)繪制方式和數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行分類(lèi)；②圖幅設(shè)置及模板定制，統(tǒng)一路由圖出圖的圖紙尺寸、分區(qū)和分區(qū)尺寸；③分幅規(guī)則及出圖比例，設(shè)定分幅規(guī)則和出圖比例；④圖層劃分，根據(jù)內(nèi)容類(lèi)別劃分圖層；⑤符號(hào)標(biāo)注與文字標(biāo)注，規(guī)范標(biāo)注符號(hào)尺寸，不同分區(qū)文字的字高和寬度系數(shù)；⑥圖框圖章，統(tǒng)一圖框尺寸，圖框邊距，圖章類(lèi)型，圖章內(nèi)容及文字尺寸；⑦縱斷面信息表動(dòng)態(tài)生成，縱斷面信息表在不同的項(xiàng)目中內(nèi)容行數(shù)會(huì)有差異，因此，采用動(dòng)態(tài)生成的方式，生成表頭和表體內(nèi)容。

路由圖自動(dòng)繪制時(shí)需要的平面圖自動(dòng)分幅技術(shù)則采用了矩形窗口搭接旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行[21-22]。路由圖自動(dòng)繪制時(shí)需要的管道縱斷面圖以最小埋深和彈性敷設(shè)為主控制條件，以曲線平移，轉(zhuǎn)角用圓抹平的方式對(duì)管道縱斷面曲線進(jìn)行了自動(dòng)繪制和調(diào)整[23]，其關(guān)鍵步驟為：①平移地面線至最小埋深，形成參考線；②參考線小轉(zhuǎn)角拉直；③參考線大轉(zhuǎn)角處畫(huà)圓，判別圓與參考線交點(diǎn)，若滿足條件，形成彈敷數(shù)據(jù)，并移到下一處繼續(xù)處理；若不滿足則調(diào)整轉(zhuǎn)角角度或埋深至滿足條件。

根據(jù)某一項(xiàng)目，對(duì)本軟件自動(dòng)繪制的總布置圖和路由圖進(jìn)行測(cè)試，整幅圖布置合理，無(wú)重合，標(biāo)注內(nèi)容齊全。此項(xiàng)目路由長(zhǎng)度大約為70 km，總布置圖及路由圖在人工及自動(dòng)化繪制下的時(shí)間比值如表2所示，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)繪圖功能較為合理地解決了路由出圖質(zhì)量和效率不可調(diào)和的矛盾。

表2 人工及自動(dòng)化出圖時(shí)間對(duì)比表

3 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)平臺(tái)在管道路由三維設(shè)計(jì)及展示、管道結(jié)構(gòu)計(jì)算、計(jì)算書(shū)編制、圖紙繪制、圖紙修改等方面能夠有效地提高工作效率，降低出錯(cuò)率，能很好地滿足鋪設(shè)在海底的海洋管道路由和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)。

2）設(shè)計(jì)平臺(tái)的海洋管道路由三維可視化選線可以直接觀察到地形、已有管線、附屬建筑物、航道等多種因素的共同影響，以更為直觀的方式實(shí)現(xiàn)路由的快速選擇，路由選擇不受水深限制。設(shè)計(jì)平臺(tái)全路由數(shù)值模擬下的路由定量評(píng)估可以基于計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)海洋管道路由進(jìn)行比選分析，由于定量評(píng)估采用了全路由數(shù)值模擬的方法，故而不受水深限制。

3）設(shè)計(jì)平臺(tái)自動(dòng)化的圖紙繪制技術(shù)減小了繪圖的零散性、繁瑣性，提高了路由總布置圖和路由圖的設(shè)計(jì)效率，保證了設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量，海洋管道路由總布置圖和路由圖的繪制不受水深限制。

4）設(shè)計(jì)平臺(tái)的海洋管道結(jié)構(gòu)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算實(shí)現(xiàn)了一次定義基本輸入數(shù)據(jù)后可全面實(shí)現(xiàn)壁厚、穩(wěn)定性、自由懸跨、在位強(qiáng)度等基于DNV規(guī)范的海洋管道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度自動(dòng)計(jì)算及報(bào)告的自動(dòng)生成。