基于多源数据融合的油田数字化交付平台应用研究

钟 华，黄 政

（中海油能源发展装备技术有限公司南海工程分公司，广东湛江 524057）

1 数字化交付平台

海上油田勘探开发及生产运行涉及油气、冶金、制造等多个产业，需要高价值的实物资产投入。在国家大力推动“互联网+”战略的推动下，石油企业开展了智能油田建设的热潮[1]。基于实体对象的数字化油田建设能够有效促进油气产业高质量发展，其实现离不开全产业链的数字化交付。

从广义角度看，数字支付可以看作是数据链节点与产业链间的数据交换。从狭义角度看，其本质是数字孪生体的交付，即在虚拟空间应用油田传感器、模型等数据进行多学科、多尺度的仿真模拟，并将其映射到对应的实体装备。数字化交付指的是以工程对象为核心，基于数字化集成平台搜集整理工程项目设计、建设阶段产生的各类数据并移交给企业。该支付方式区别于传统纸质文档交付方式，贯穿于企业建设的全生命周期，是提升企业建设效率及管理运维的重要方式。对于数字化油田建设来说，数字化支付能够为设计方、施工方等各个参与主体提供一个信息共享平台，实现施工建设、运维管理可视化模拟等功能。对于智能油田建设来说，其数字化交付分为纵向、横向两条途径。纵向支付是以设计、采购、施工建设、生产运行等产业链为基础，通过数据采集、存储、交付、管理使用等操作，实现产业链数据的纵向分层交付。横向支付以行业标准和业态模式为前提，数据通过异构软件协议接口实现跨平台的自动交付。无论是纵向还是横向角度，其面对的目标都是工程实体对象，数据格式、范围等受操作规程等约束，且需要专业的软件平台或中间件予以实现[2-3]。

2 多源数据融合

智能油田建设中存在不同来源、不同类型的多元数据，如环境信息数据、可视化模型数据、矢量标识文件、仿真运行及计算数据等，格式各异，数据量大。多元数据融合应用是目前快速发展的技术领域。数字化工厂全生命周期进程中，累积了大量设计、施工及运维不同阶段的三维模型。三维模型作为最直观可视化方式，承载了在模型基础上拓展的可视化应用场景，如果模型的融合和轻量化不够出色，会直接影响用户使用体验。因此，三维多源数据融合及轻量化无疑是智能油田建设的技术难点。三维模型的多源主要体现于模型是由不同的参与方、不同的设计软件所产生，例如工程公司各专业有专属的设计、分析软件，而作为参与方的施工单位、业主方都没有工程公司专属的设计、分析软件，导致其无法打开和查看工程公司的成果。此外，设备供应商提供的设备详细拆解模型细节丰富，导入到工程公司的设计平台会带来性能问题，如何高精度接入上述模型难度较大[4-5]。

3 海上油田数字化交付平台技术实现

3.1 工程信息集成

基于E5D Connector（数据连接器）平台建立多源数据和 E5D Datalaker（数据湖）的数据连接通道。涵盖项目范围内所有类型的工程数据或业务数据，如三维模型、二维图纸、结构化数据、非结构化数据等。从获取数据后数据所在的存储位置来看，数字化交付平台Connector 可以分为拷贝式和指针式，其中拷贝式Connector 是将数据完全复制到数字化交付平台数据库中，而指针式Connector 则是将数据的链接放在数字化交付平台数据库中，原数据仍然存在于原系统中。数据连接器可以直接通过配置进行数据解析，对于平台之外的数据解析需求，可根据客户具体的需求定制连接器，接入各种异构系统和数据，解析并入库。

3.2 三维多元数据融合

接入二、三维数据，对主流工程三维模型（如PDMS、SmartPlant 3D、Revit、Microstation 3D 等）、实景三维模型（如Bentley ContextCapture 等）、点云模型（如E57、Autodesk Recap 等）、二维P&ID（如AVEVA Digrams、SmartPlant P&ID 等）进行解析、转换（图1）。将特定的二、三维模型进行解析封装，作为现有ServiceFabric 平台的微服务输入信息，植入现有三维引擎平台，使其符合现有引擎的技术接口、技术规范、数据规范。

图1 二、三维数据接入架构

3.3 类库集成、信息整合及校验

（1）类库集成。E5D Datalake 数字化交付平台能够依据业主发布的项目类库定义系统的数据模型，包括工厂对象类、属性、文档类型、各类对象间的关联关系等，并使用特定工具来管理类库。根据实际需要灵活调整类库内容，使之满足数据交付需要。依据GB 51296—2018《石油化工工程数字化交付标准》、CFIHOS 等标准编制项目类库，满足工厂数字化交付和后期运维需要。

（2）信息整合。E5D 数据集成中心E5D DIC（Data Integration Center）作为数据采集的一体化框架，打通了数据从上载、处理、发布的完整业务路径。用户只需关注数据的整理和上载，调用E5D Connector 工作交由E5D DIC 自动完成，在数据采集过程中提供了丰富的数据质量检查报告，支持用户批量上载三维模型、智能P&ID 图、DWG 格式图纸、Office/PDF格式文档、Excel 工程数据表等各类数字化交付数据。数字化交付平台基于知识图谱进行对象化存储及关联关系管理。采用ISO 15926（Part2）行业标准构建工厂知识图谱，能够兼容CFHIOS和GB 51296—2018《石油化工工程数字化交付标准》、企业标准或项目标准等数字化移交标准规范，能够为不同的工厂建立共享或独有的知识图谱模型，并允许用户自定义扩展所采用的模型。

（3）信息校验。信息校验的依据是数字化交付平台数据标准管理模块所定义的数据模型。数字化交付平台解析结果验证分为入库前验证和入库后验证两部分。入库前解析结果验证包括对象类型、关联、属性类型及格式验证。入库后解析结果验证主要是依据预定义的数据模型进行完整性、一致性及准确性验证。

3.4 数据可视化

（1）三维模型。E5D 数字化交付平台提供了B/S浏览模式的三维模型浏览能力，支持DGN、VUE、RVM 等源格式的三维模型进行查看，并能够流畅地对三维模型进行移动、旋转及缩放等操作。数字化交付平台支持对原始三维模型格式进行高压缩轻量化处理，在不丢失原始模型图形、材质及属性的情况下，平台对国内外主流工程设计软件交付的模型、数据、拓扑关系等具备解析能力，解析准确度在99%以上。

三维可视化引擎支持模型对象化操作能力，支持对模型对象的选取、隐藏、透明及隔离操作。在资产目录树中点击任何一个与模型相关联的工厂对象，都能够在三维模型中高亮显示点击的工厂对象，同时打开该工厂对象的相关信息。通过控制基准横切面位置的移动和旋转，可实现对三维模型的平面剖切功能，展示装备设施的内部构造。数字化交付平台三维可视化引擎支持通过模型及地面进行透明度调整，调整地上装置及建构筑物的透明度，帮助用户确认地下管线及电缆的位置，以地面透明等方式漫游浏览地下部分，用以指导隐蔽工程施工等。

（2）图纸文档。使用数字化交付平台的图文档可视化功能，用户能够在网页浏览器（如IE、Firefox、Google Chrome 等）中直接浏览不同来源、不同格式的二维图文档（如DWG、Office、PDF 格式等），且不依赖源系统或其他软件的可视化功能。用户能够在不影响原图纸文件内容的条件下，使用云线段、自由线段、规则图形、文字等不同形式的标注工具，对图纸进行标注。

3.5 工厂分解结构导航

平台支持工程实体类型、文档类型、材料分类、承包商等任意维度的产品结构定义。可将数据资产真实的网络结构按照某一个特定的维度分解出来。可对模型目录树进行重新整理，提供多种形式的资产树结构，如设计阶段按功能结构、采购阶段按物料分类结构、施工阶段按装配结构、资产运维按工艺系统结构等。

3.6 数据管理

数字化交付平台工程数据管理包括对原始数据、标准数据和及应用数据的管理。原始数据指的是来自于设计、采购、施工及运维阶段，按照数据采集标准获取的未经加工的数据。数字化交付平台对原始数据的管理主要用于存档和数据质量溯源分析。标准数据指的是对原始数据库中的数据进行清洗、转换及加工后形成的对象化关联数据。应用数据指的是在业务管理和使用过程中产生的各种应用级数据。数字化交付平台数据管理模块通过对这3类数据的管理，能够满足如下需求：①按照数据组方式进行模型、文件及文档的信息分类管理和自动逻辑关联；②对工厂对象的属性、关联文档、三维模型、历史数据版本、相关审批流程及操作日志进行集中管理等。

3.7 接口和对外服务引擎

数字化交付平台提供开放的标准接口服务，具备集成企业常用信息系统的能力，包括但不限于实时数据库、设备管理平台、MES、视频监控等。数字化交付平台采用微服务架构构建了业务中台及数据中台，开发的接口服务可以注册到企业服务总线，实现统一的管理。第三方系统可以通过企业服务总线发现并调用相应的接口服务，也可以直接调用平台的微服务。平台基于数据中台的数据集成架构（图2），通过数字化平台Connector 模块，从企业信息系统数据库中获取各类业务数据，直观展示生产、经营、安全、设备等业务数据，以及文件、图像等内容。平台能够对外提供丰富的服务，可以提供从数据、服务、前端组件、页面应用各个层次的对外服务。

图2 基于数据中台的数据集成架构

4 结束语

随着信息技术的快速发展，油田数字化建设成为提升企业发展质量的重要手段。随着数字化交付技术的逐步成熟，数据格式的开发性不断增强，数字化平台解析能力不断提升，为数字化工厂的建设提供了有力支撑。基于多源数据融合的数字化交付平台应用成果显著，有效提升了油田建设的信息化水平。