Трехмерный завод

Трехмерный завод

Текст: Александр Алексеев

Создание информационных 3D-моделей позволяет повысить скорость и качество проектирования и строительства сложных производственных объектов, а также упростить их последующую эксплуатацию. Опыт полноценного использования такого подхода в «Газпром нефти» получен при реализации проекта завода комплексной подготовки нефти и попутного нефтяного газа на месторождении Бадра в Ираке

Информация в объеме

Термин 3D прочно связан в нашем сознании с индустрией развлечений: кино, компьютерными играми, виртуальной реальностью. Между тем трехмерные модели давно и успешно применяются при проектировании зданий, объектов инфраструктуры, машин, судов. И речь здесь идет не только о красивой визуализации и наглядной картинке для заказчика.

Особенно актуальны такие технологии на сложных объектах, в которых на небольшой площади сосредоточено множество разнообразного оборудования. На этапе проектирования модель позволяет быстро выявлять и устранять ошибки и нарушения нормативов. Возможные пересечения конструкций, упущенные элементы, недостаток пространства для перемещения грузоподъемной техники, наложение коммуникаций, соблюдение уклонов технологических трубопроводов, возможные препятствия для доступа обслуживающего персонала — все это бывает довольно трудно проконтролировать на двухмерном чертеже, и объемная визуализация предоставляет для этого значительно больше возможностей. Даже если человек пропустит какую‑то серьезную коллизию в проекте, программа предупредит его об этом.

Однако современные системы автоматизированного проектирования (САПР) создают не просто трехмерные картинки, а информационные модели (их еще называют BIM-моделями — от английского building information model), включающие массу разнообразных данных обо всех элементах объекта и характеристик размещаемого оборудования, получить которые можно, просто кликнув мышкой по объекту.

С помощью такой модели решаются различные задачи на всех стадиях жизненного цикла объекта — не только при проектировании и строительстве, но также при его эксплуатации, расширении, реконструкции и демонтаже. Она позволяет формировать любые необходимые чертежи и отчеты, выполнять анализ проекта, моделировать график выполнения работ, отрабатывать будущие процессы обслуживания. Удаленный доступ к актуальной версии обеспечивает всех участников процесса самыми свежими данными. Модель продолжает обновляться даже после того, как строительство завершено, ведь и сам объект может меняться в результате реконструкций и замен оборудования.

Еще одна важная задача, решаемая при информационном моделировании, — это контроль строительства. Регулярное лазерное сканирование стройплощадки дает возможность увидеть реальный объем выполненных работ и исключить отклонения от проекта или завышение объемов выполненных работ со стороны подрядчика. По окончании строительства объекта полученную со сканера модель сравнивают с исходной, и это помогает быстро найти все допущенные недоработки и исправить их, а также актуализировать модель для ее использования на последующих стадиях жизненного цикла.

На 3D-модели можно отрабатывать последовательность операций при запуске объекта, регламент его будущей эксплуатации, порядок действий операторов и обходчиков.

3D в России

Информационное 3D-моделирование востребовано в первую очередь в тех отраслях, где есть сложные инженерные сооружения, представляющие серьезную опасность. Однако, несмотря на то что ведущие проектные институты уже освоили модельный подход и используют в работе соответствующий софт, предоставление заказчику проекта в 3D в России рассматривается не как стандарт, а как дополнительная услуга, которая увеличивает стоимость проекта в среднем на 10 %. Со стороны заказчиков это тоже пока редкий запрос. Мало кто готов полноценно использовать возможности BIM-моделей: не хватает подготовленного персонала, необходимо адаптировать бизнес-процессы и т. п. Нередка ситуация, когда 3D-модель создается уже постфактум, по готовым чертежам или даже по построенному объекту, содержит информацию только о его геометрии и потому может применяться лишь для графической визуализации.

Между тем, используя информационные 3D-модели, можно существенно сократить сроки проектирования, а также избежать ситуаций, когда ошибки в проекте приводят к длительным и дорогостоящим корректировкам во время строительства. В управлении проектами существует универсальное правило десятикратного увеличения затрат (правило 1:10:100). Его суть в том, что устранение ранее совершенной ошибки обходится на каждой последующей стадии в 10 раз дороже. Для нефтяной отрасли, в силу масштабов и высокой стоимости проектов, это соотношение оказывается по факту на порядок выше. По данным компании «Неолант», одного из лидеров российского рынка решений для информационного моделирования промышленных предприятий, экономический эффект от использования BIM-моделей на стадии проектирования составляет 20–30 %, на стадии строительства — 3 %, а на стадии эксплуатации — 1 %. С учетом того что стоимость строительства таких объектов очень высока, а их эксплуатация может длиться десятки лет, абсолютные цифры экономии могут составлять десятки миллионов долларов.

Завод комплексной подготовки нефти и газа на Бадре

Завод будет занимать территорию площадью 1,5 км2, на которой разместятся электростанция, три технологические линии подготовки нефти, две технологические линии подготовки газа, в том числе линии сероочистки газа, резервуарный парк хранения нефти объемом 100 тыс. м3, резервуары хранения и терминал отгрузки СПБТ, экспортные компрессоры и насосы, эстакада отгрузки СПБТ, объекты водоподготовки и очистки, а также необходимые вспомогательные здания, сооружения и инфраструктура. На отдельной площадке строится склад хранения серы с установкой грануляции и отгрузки готовой продукции. Для экспорта нефти построен нефтепровод, строится экспортный газопровод.

Опыт Бадры

В «Газпром нефти» создание информационной 3D-модели впервые применили при проектировании завода комплексной подготовки нефти и попутного нефтяного газа на месторождении Бадра в Ираке. Разработка модели выполнялась в рамках реализации договора под ключ (ЕРС-контракта) компаниями Petrofac (фаза 1) и Samsung Engineering (фаза 2).

«Главная особенность проекта состоит в том, что проектирование с самого начала ведется в 3D. Такое условие было заложено в контракт еще на стадии подготовки к тендеру», — рассказал начальник управления организации ПИР департамента капитального строительства «Газпромнефть-Развития» Сергей Буторов. 3D-модель здесь не просто картинка, а среда, в которой ведется проектирование. Сначала на основе геодезических данных создается генплан объекта. Затем уже в 3D-модели на нем расставляются основные блоки оборудования, между ними рисуются необходимые связи — трубопроводы, достраиваются различные конструкции, опоры, эстакады. Производится проверка на соответствие нормам.

«Проект создается в несколько этапов, на каждом из которых детализация возрастает. Это так называемый метод набегающей волны», — пояснил начальник управления проектирования Gazprom Neft Badra B. V. Максим Новичков. На первом этапе разрабатывается 30 %-ная 3D-модель. На ней показана компоновка основного оборудования, эстакады и трубопроводы большого диаметра (более 250 мм). Оборудование представлено лишь условно, так как детальная информация от поставщиков еще не поступила.

ГЕНПЛАН ПРОЕКТА.
ГОТОВНОСТЬ 30%
Показано оборудование и критические трубопроводы в составе основных технологических блоков

ГОТОВНОСТЬ 60%
Детализировано оборудование на всех технологических блоках, доработана планировка завода

На втором этапе создается 60 %-ная модель. Здесь указываются уже реальные размеры оборудования (3D-модели отдельных блоков предоставляются поставщиками), трубопроводы диаметром более 50 мм, электрические кабельные каналы, площадки обслуживания. Определяются зоны доступа для обслуживания и замены оборудования. С помощью компьютерной симуляции проверяют, насколько удобно будет производить эти операции и достаточно ли места для установки грузоподъемных кранов. В результате компоновка оборудования корректируется.

На третьем этапе (90 %-ная модель) проект достигает максимальной детализации: изображаются все без исключения надземные и подземные трубопроводы и коммуникации (электроснабжение, КИПиА, газо- и пожарообнаружение, связь и телеком). После устранения всех замечаний и финальных доработок модель считается готовой на 100 %.

ГОТОВНОСТЬ 90%
Полностью проработаны основные технологические блоки, показана внутренняя планировка зданий

ГОТОВНОСТЬ 98%
Завершено проектирование всех технологических блоков, подрядчик сфокусирован на исправлении выявленных дефектов

По окончании каждого из трех этапов проектирования заказчик проводит сессию по рассмотрению получившейся модели. В них принимают участие как инженеры управления инжиниринга службы капитального строительства, так и представители службы эксплуатации. Задача последних — убедиться в том, что будет обеспечен доступ к оборудованию для его обслуживания и демонтажа.

По результатам первой сессии (30 % 3D) для модели завода на Бадре (фаза 2) было идентифицировано и устранено 1,5 тыс. замечаний. После второго этапа (60 % 3D) число правок составило 8,2 тыс. В ходе последней, третьей (90 % 3D) сессии все объекты разделили на семь потоков и рассматривали параллельно, благодаря чему работу удалось завершить в рекордно короткий срок — всего за три недели. На этом этапе было внесено 2 тыс. замечаний, по результатам устранения которых сформирована окончательная, 100 %-ная 3D модель.

«Такой подход позволил значительно повысить качество проекта, — объяснил Максим Новичков. — Мы добиваемся того, чтобы документация практически не содержала ошибок. Значит, подрядчик на стройплощадке не будет тратить время на их устранение и риск задержек строительства предельно снизится».

Модель будущего

Дополнительно к 3D-моделированию для управления проектированием на проекте месторождения Бадра была разработана собственная система документооборота «Армадо». Она содержит более 200 тыс. чертежей. Система позволяет любому специалисту на проекте (с соответствующим уровнем доступа) загружать документы на персональный компьютер или планшет и контролировать как качество проектных решений на стадии проектирования, так и сам процесс строительства в соответствии с актуальной версией документа (а при необходимости — и предыдущей версии).

3D-модель дает возможность выгружать изометрические чертежи, которые подрядчик использует для изготовления и сварки трубных заготовок (укрупнительная сборка) на заводе в Корее. Так будет сварено, окрашено, промаркировано и отгружено в контейнерах на строительную площадку больше 60 % из 310 км труб (для фазы 2). Это решение значительно повышает эффективность, так как производительность сварки в заводских условиях в 10 раз выше, чем на стройплощадке. Кроме того, доставка большого числа квалифицированных сварщиков в Ирак представляет собой непростую задачу. В России тот же подход может быть широко использован, особенно при реализации проектов на Крайнем Севере.

«Так как все изменения в проекте фиксируются, а готовый объект сканируется, по окончании строительства мы получаем его реальную модель, с которой впоследствии сможет работать служба эксплуатации, — добавляет Максим Новичков. — Она может быть интегрирована с системами ТОиР, управления запасами. Также на каждый из узлов, требующих контроля, может быть установлена радиометка, обеспечивающая их быструю идентификацию, геопозиционирование и отслеживание всей истории, связанной с его эксплуатацией. Специалист службы эксплуатации, подходя к каждому клапану или другой единице оборудования, считывает сканером радиометку. Это позволяет контролировать проведение работ в строгом соответствии с регламентом».

В настоящее время идет работа по созданию информационной 3D-модели для еще одного проекта «Газпром нефти» — «Новый Порт». По трем строящимся объектам разработаны 3D-модели со встроенным виртуальным туром на основе фотопанорам, выполняется привязка графика строительства и поставки МТР.

«В перспективе полученный опыт нужно масштабировать на всю компанию, — считает Максим Новичков. — У 3D-проектирования в России большое будущее». По мнению специалиста, уже сейчас необходимо обеспечить внедрение практики проектирования площадочных объектов со стадии «проект» (FEED). Для работы с моделью в компании необходимо готовить и стажировать соответствующий персонал и развивать корпоративную практику использования 3D-моделей на всех жизненных циклах объектов.

«По результатам работ на Бадре и в Новом Порту будут приниматься решения о том, какие проекты „Газпром нефти“ будут создаваться и реализовываться с использованием таких технологий. Впрочем, уже сегодня одним из критериев отбора подрядных организаций на проектирование в „Газпромнефть-Развитии“ становится возможность разрабатывать BIM-модели», — уточнил руководитель дирекции по крупным проектам «Газпром нефти», генеральный директор «Газпромнефть-Развития» Денис Сугаипов.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ