数字图形化方法在石油天然气施工中的应用.pdf

EC T e c h n o l o g y I 工程技术 数字 方法在 张杰 四川石油天然气建设工程有限责任公司 四川成都6 1 0 2 1 5 摘要通过几个石油天然气建设施 工实例中数字 图形化方法 的引入 ， 简要描述 了此方法 的实施过程 ， 体现了此方法 技术 优势和效益优势。旨在通过数字化方法的应用为石油天然气建设施工引入更便利的技术途径， 减小劳动强度， 提高 施工精度。 关键词数字 图形数值模拟放样 中图分类号 TU1 7 文献标识码 B 文章编 号 1 6 7 2 9 3 2 3 2 0 1 1 0 4 0 0 8 8 0 3 1引言 随着计算机及相关软件的普及应用 ，数字化图形在石油天 然气建设中的辅助作用不仅在设计阶段得到应用，在施工过程 中 ， 数字化 图形 的辅 助作用也在各 个方面不断得到体现 。 根据石油建设施工的特点，数字化图形可以在以下方面对 施工的计算、 模拟提供较大帮助。 1 数值模拟计算， 可以较真实的基于施工过程实际状况进 行计算， 提供建设者所关注的特定情况下的应力应变状况。 2 图形辅助计算及施工方案模拟， 通过对实际尺寸图形的 模拟计算 ， 可以较直观 的得 出计算结果 ， 同时可 以通过 图形直观 体现施工方案 、 优化施工方案 。 3 通过三维图形辅助的方法， 在简化施工中的放样工作的 同时， 也能够提高放样精度， 同时也可以利用通过数字化放样结 果来校核 现场 传统 放样结果。 4 通过对 管道进行 3 D数字 化模拟 ， 使施工 人员更 加 明确 工艺管道的走向， 提前检查工艺部分是否存在管线撞线、 与钢结 构相撞等情况。 2数值模拟计算 通过数值模拟方法可以计算施工中的力学问题。利用有限 元方法 ，可基 于工程实 际尺 寸对 钢结构进行 前期三维建模如 图 1 所示。中期对模型各构件赋予其实际特性参数 即对结构赋予 材质特性 模拟实际载荷的加载。后期根据需要对结构吊点、 吊 件、 结构薄弱点进行有选择性的分析 ， 同时可以根据结构分析结 果对结构吊装部位、吊装方式及吊装重点部位的补强结构进行 8 8 l 石 油 化 工 建 设 2 0 1 1 ． 0 4 优化设 计。 对三维尾气烟囱塔架模型进行有限元单元建立、有限元单 元划分 、 材质 特性 赋值及边 界条 件建立后 ， 建立塔架 有限元模 型 如图2所示。 图 1万州净 化厂塔 架 3 D图 图 2塔架简 化单 元模 型 对塔架静止状态 即 吊装初始状态的静力分析如 图 3 所示 。 图3塔架结构吊装前结构位移图 图4塔架 结构底部加固后重力位移图 由此分析云图可以看出， 在合理布置的制作胎具的支撑下， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 结构整体变形不大。 说明制作胎具布置位置较合理， 最大变形处 发生在结构跨度较大的变坡尾部。 分析可知， 这部分结构跨距较 大， 质量分布离支撑较远 ， 导致此部分产生的钢架挠度最大。为 了改善此状况，防止塔架吊装时尾部变坡部分因溜尾吊力及自 身重力的影响发生颤振，本次施工采用了现场临时焊接无缝管 连接塔架四个基座点的措施 ， 以提高尾部的抗变形能力。 通过计 算分析， 由图 4可知， 此方法对于静止横卧状态的塔架变坡部分 的变形位移有部分改善， 但静卧时改善作用并不明显， 其改善作 用主要体现在塔架吊装的动态过程 中。 通过模拟塔架吊装过程中的各个关键时间点如图 5 ～1 0所 示。 可以动态掌握吊装过程中塔架结构各个部位， 尤其是关键结 构点的应力应变状态， 分析塔架在吊装过程的安全状态， 并基于 模 拟计算结 果 ，对 吊装方 案进 行优化 ，降低 吊装施 工的安全风 险。 图 5 3 0 。 吊装位移变形 图 图 7 6 0 。 吊装位移变形 图 f 图 6 3 0 。 吊装结构应 力云图 图 8 6 0 。 吊装结构应 力云图 图 9 9 0 。 吊装结构变形对 比图 图 1 0 9 0 。 吊装结构位移云 图 3图形辅助计算及施工方案模拟 利用三维数字 图形方法 ， 基 于工程施工 图纸的工程尺寸 ， 建 立全尺寸数字模 型 ，并根据施工方 案思 路全过程模拟整个施 工 过程。 通过各个施工步骤的模拟， 可以直观了解施工方案的可行 性 以及可能存在的问题 ，并可以很方便的对优化后的方案进行 对比分析。通过不断的调整， 得到最优的施工方案。相比较传统 的仅以文字和数字来对施工方案进行描述， 图形构建方法， 特别 是三维 图形模拟施工 过程 能更 加全面、 直观 。 如图 l 1 、 1 2 所示 ， 是我公司某个跨越工程的施工方案， 利用 三维模型模拟了整个工程施工的全过程，通过此方法体现出本 方案的每个细节 ，让参 与方 案评审的人员直观 了解 此方 案的操 作程序， 可为施工方案的优化及商务报价提供有利的信息。 图 1 1 某桁架 三维模 拟图 图 1 2 施工方案模拟图 如图 1 3所示 ，是我公司某个跨越 工程 的施工方案模拟 图 ， 通过模拟建立 的整个跨越工程 ，可 以让方 案评审人员方便直观 的了解整个工程的结构特点。如图 1 4所示， 是利用平面图形诠 释了本工程单跨钢结构桁架吊装过程，同时通过实体比例的图 形计算了吊装实施过程中的吊车位置、 角度、 吊臂伸出长度， 可 以更方便的选取吊装设备， 优化吊装方案。 图 1 3某跨越模拟乌瞰图 ． 哑 l 盔 一 图 1 4吊装 分析计 算平面 图 4 3 D数字化辅助放样 在石油天然气 建设 施工的过程 中，有 些结 构件 需要展开放 样后才能进行制作。放样的质量直接影响到产品的质量及加工 成本。展开放样是一种专业性很强的技能， 它要求操作者具有画 法几何基础知识、 空间想象能力和丰富的实践经验。 传统的展开 放样 是在平面上用作 图的方法来完成 的，很多放样 方法 是基于 简化方法进行， 存在一定的误差， 同时用这种方法要完成较复杂 的平面展 开 比较困难。 应用三维数字图形方法进行结构件展开的方法，使复杂结 构件的展开变得简单、 方便、 快捷。因为可在三维图形软件中生 成要展开的曲面， 各种几何关系便可一 目了然。 进一步对曲面进 行分解， 可获得展开放样所需要的数据。 图 1 5 、 l 6是按照万州净化厂尾气烟囱塔架工程节点图建立 石 油 化 工 建 设 2 o 1 1 ． 0 4 I 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m