Точно и эффективно: как 3D-моделирование работает при обустройстве нефтегазовых месторождений

Научный центр на юге России

ООО «НК «Роснефть» — НТЦ» — ведущий научно-технический центр на юге России. Старейший научно-исследовательский институт в структуре ПАО «НК «Роснефть», основанный в 1943 году, располагается в Краснодаре и сегодня выполняет весь спектр научно-исследовательских, инженерно-изыскательских и проектных работ для обустройства объектов нефтегазовой отрасли. Основные направления деятельности НТЦ — производство полного комплекса проектно-изыскательских работ, лабораторные исследования, научная и сервисная сферы.

Цели и задачи работы

Необходимо было выполнить комплекс проектно- изыскательских работ с использованием технологии 3D-моделирования в сочетании с проектным подходом, а также обеспечить возможности для своевременного и качественного строительства. Перед проектировщиками стояли следующие задачи:

• выполнение технического обследования установки подготовки нефти (УПН) с применением аэрофотосъемки (АФС) и воздушно-лазерного сканирования (ВЛС);

• разработка объемно-планировочных и конструктивных решений с уровнем детализации LOD400;

• актуализация цифровой информационной модели (ЦИМ) по итогам конкурсов на поставку оборудования длительного цикла изготовления;

• сопровождение объекта на стадии строительства с применением 3D-модели, актуализация ЦИМ в ходе строительства;

• передача ЦИМ по завершении строительства в эксплуатацию.

Объект: нефтеперекачивающая станция (НПС)

Для обоснования актуальности нового подхода применения трехмерной модели с целью повышения эффективности инвестиций на всех этапах (проектирование — материально- техническое обеспечение — строительство — эксплуатация) на предприятии была выбрана соответствующая НПС. В дальнейшем данная технология будет распространена на все крупные объекты.

Географическое местоположение проектируемого объекта — Крайний Север. Площадь застройки — 17,5 гектаров. Объект повышенного уровня ответственности, первого класса опасности. Количество объектов информационного моделирования составляет 2,8 млн шт.

«Проектируемая НПС является продолжением развития обустройства и внешнего транспорта нефти в регионе. Проект реализуется путем технологического присоединения к существующему объекту — УПН, к которой подключается система внешнего транспорта, — рассказал эксперт по проектно-изыскательским работам ООО «НК «Роснефть» — НТЦ» Владимир Четвериков. — Модель разрабатывалась четыре месяца, в настоящий момент ведется ее сопровождение».

Некоторые характеристики НПС:

• количество зданий/сооружений — 161 шт.;

• количество оборудования — 112 шт.;

• количество системных линий трубопроводов — 365 шт.;

• протяженность трубопроводов — 45,7 км;

• строительные конструкции — 9,2 тыс. шт.;

• объем энергоснабжения — 20,7 МВт.

Объект начинал проектироваться в конце 2021 года, выпуск рабочей документации состоялся в 2022-м. В 2024-м после актуализации схемы внешнего транспорта доработку рабочей документации было решено выполнить с использованием 3D-модели. Проектирование велось одновременно с подготовительными строительно-монтажными работами. Восстановление ИМ по чертежам показало целесообразность оптимизации принятых решений.

Отработка дополнительных требований к подключаемым сетям и сооружениям выполнялась на базе сформированной ЦИМ с использованием адаптивного проектного подхода в части постепенной и вариантной проработки решений.

Жизненный цикл ЦИМ

В ходе реализации проекта на этапе проектирования сформировалась цепочка работы с ЦИМ — ее жизненный цикл. Модель строится на этапе основных проектных решений, когда определяются эскизные схемы генплана, расстановка сооружений с анализом зон, критичных с точки зрения взрывной ударной волны (ВУВ) и в контексте дальнейшей эксплуатации. На этом же этапе происходит согласование ЦИМ с заказчиком.

На этом этапе также определяются:

• структура проекта;

• технологическая схема;

• схема электроснабжения;

• схема автоматизации;

• объемно-планировочные решения (схема 3D-ГП с зонами и коридорами эстакад);

• каталоги применяемых материалов;

• АФС и ВЛС.

Далее модель передается на этап формирования проектной документации, где она также согласовывается с заказчиком, а также с ЦЭП и ТР. Здесь в ЦИМ добавляются объемно- планировочные решения (ОПР) по зданиям и эстакадам, коридоры подключения сетей к зданиям и сооружениям. Также проводятся расчеты зон ВУВ, молниезащиты, составляется информационная модель технических требований (ТТ) для зданий и сооружений (RFQ).

На этапе рабочей документации (РД) формируются конструктивные решения сетей трубопроводов, проводится прочностной расчет и расчет строительных нагрузок. Также здесь проектируются конструктивные решения по эстакадам (ТХ, АС, КМ, ЭС, АТ, СС, ТИ, НВК), включая расчеты, и выполняется междисциплинарная увязка (менеджер коллизий). Кроме того, на этом этапе ведется анализ соответствия / адаптация проектных решений с конструкторской документацией закупаемого оборудования (RFP).

В ходе последних двух этапов ИМ РД проходит экспертизу, в ходе которой устраняются замечания и коллизии, а также осуществляются авторский надзор и сопровождение, когда модель дорабатывается по факту поступления конструкторской документации. Вся информация уже передана на этап строительства, и планируется, что затем она уйдет на этап эксплуатации.

Роль технического обследования

По словам Владимира Четверикова, роль технического обследования на этом объекте была весьма существенной. В ходе работ был проведен анализ возможности использования строительных конструкций как с текущей нагрузкой, так и с дополнительными проектными нагрузками.

АФС и ВЛС использовались для обеспечения точности проектирования при прокладке сетей по существующим конструкциям и с подключением к объектам имеющейся инфраструктуры. Также был проведен анализ необходимости демонтажных работ в местах прокладки сетей, принимались решения по переносу демонтированных сооружений.

«Поскольку НПС проектировалась как примыкающий объект, нам важно было понять, насколько построенная установка подготовки нефти соответствовала чертежам. Необходимо было учесть существующие чертежи, результаты обследования и анализа несущей способности строительных конструкций, свай с учетом дополнительной проектной нагрузки», — рассказал Владимир Четвериков.

Нюансы проекта

В проекте были углубленно проработаны кабельные трассы. По мнению эксперта, их проектирование с максимальной детализацией объемно-планировочных решений является залогом качественных электромонтажных работ с более точным учетом кабельной продукции, в том числе на существующих эстакадах. «По нормам достаточно провести трассы эскизно в осях, но, чтобы реально построить объект, следует прорабатывать и несущие конструкции, и сами кабельные трассы», — подчеркнул он.

В компании был разработан перечень технических требований на разработку информационной модели. В данном проекте, в частности, были выполнены следующие из них:

• структура ЦИМ определена с учетом проектируемых зданий и сооружений объекта обустройства;

• элементы ЦИМ отнесены к соответствующей проектной дисциплине;

• элементы модели классифицированы и идентифицированы в соответствии с проектными решениями;

• проектная рабочая документация выполнена на основе трехмерной модели в ПО Model Studio CS и полностью соответствует решениями ЦИМ;

• элементы ЦИМ содержат набор атрибутов и значений, принятых на основе проектных решений;

• элементы оборудования и блок-боксы заводской готовности содержат фиксированные точки подключения к инженерным сетям;

• инженерные трубопроводные системы обозначены различными цветами в зависимости от их функционального назначения;

• имеется возможность отключения общей визуализации объектов для просмотра каждой единицы оборудования как отдельной 3D-модели, визуализация остальных частей осуществляется средствами ПО CADLib Модель и Архив.

В ходе работ была выпущена рабочая документация в сочетании со схемами, расчетами и интеграцией ПО, в состав которого вошли ряд модулей Model Studio CS («Трубопроводы», «Строительные решения», «Кабельное хозяйство», «Генплан») и CADLib Модель и Архив.

«Если говорить об экономической эффективности, то она определяется стоимостью качества работ, ведь мы сами делаем выбор, на какой фазе предотвратить ошибку», — резюмировал Владимир Четвериков. По его словам, применение технологии трехмерного моделирования в сочетании с итерационным подходом к разработке проекта позволило специалистам НТЦ оптимизировать объемно- планировочные решения, а использование при техническом обследовании ВЛС — максимально точно выполнить проектные работы на застроенной территории.