管道勘察设计一体化成图软件中国石油天然气管道局天津设计院一、开发背景随着中国石油天然气管道建设项目的扩大和发展，天津设计院以打造具有中国石油管道特色的油气上游业务高端技术咨询企业为目标，积极承担长输管道建设责任，拓展发展平台，进军国际市场。

在这样的大好形势背景之下，开发出一套具有管道行业特色的计算机辅助设计软件是很有必要的，能够对管道业务的开发产生很大的经济效益。

特此，管道局天津设计院组织开发了这套“管道勘察设计一体化成图软件”，英文名称“Pipe Suying Geology Design System”，简称“PSGDS”。

二、前景及意义目前国内外石油天然气长输管道工程项目不断增多，行业技术水平也越来越高，对勘察设计专业的要求也随之提高。

目前测绘、地质、管道设计这三个主专业都是各自用各自行业的软件分开工作的，导致不同专业间各种问题的产生。

纵观名目种类繁多的各种相关软件，虽然技术比较成熟，但是只具有各自专业的普遍性，各自为主，缺乏快速有效的跨专业互相衔接能力，不同软件间的兼容性较差，比如测绘专业提供的线路图中的某些元素不能直接由设计专业查看并使用，因此尚不能完全满足并适应油气输送管道行业的特殊性。

PSGDS软件将勘察（测绘、地质）和设计专业的工作整合到一个软件系统中，完全的解决了这些问题，并且实现了计算机智能化工作，在很大程度上节约了劳动力，提高了生产效率和工作的积极性，因此产生了显著的经济效益，使我院为我国管道事业的进一步发展奠定了基础，铺平了道路。

三、软件开发概述由于PSGDS软件所要解决的问题跨越测绘、地质、管道设计三个专业，涉及到的信息量大，故开发难度较大，研发也周期比较长。

3.1 信息前期采集开发前期我们积极的咨询了富有多年实际工作经验的老师傅们，获取他们实践中的经验知识，深入了解工作中实际存在的各类问题。

同时收集并研究了大量国内外常用的行业软件，并对这些成熟的软件进行了优点和缺点的分析归纳总结。

勘察行业包括南方测绘CASS系列、广州开思SCS系列、北京威远图SV系列、理正勘察CAD系列等，管道设计行业包括。

博采众家之长，经过不断的探索，不断的发现问题解决问题，终于完成了这套行业领先的全自动化、半自动化具有一定计算机智能的勘察设计成图软件。

3.2 过程具体开发过程我们分三个阶段实施：首先开发测绘工程及地质专业相关的内容，自2008年7月开始至2009年8月开发结束，再经过近半年的工程实际测试使用，能够确认软件的各项功能运行正常，结果正确无误，在“沈大输气管线1期工程“中正式投入使用，反映效果很好。

然后开发管道设计部分的内容，自2010年1月开始至2010.10月结束，再经过大量的对照验证，数据结果的比对，证实结果真实可靠，可用于实际的工程项目，目前在“南宁-柳州成品油管道工程”项目中投入使用，反响很好。

最后将前后开发的两部分内容整合成为一体，它们既互相独立又互相衔接，使之成为一套系统化的软件，能够独立快速的完成各类长输管道项目的勘察、设计任务。

3.3 遵循的国家规范本软件遵循的现行国家规范为：1、《油气输送管道工程测量规范GB/T50539-2009》；2、《油气田工程测量规范》GB/T 50537-2009；3、《国家基本比例尺地图图式第一部分：1：500 1：1000 1：2000 地形图图式》GB/T 20257.1-2007；4、《油气田及管道岩土工程勘察GB50568-2010》；5、《输油管道工程设计规范》GB50253-2003；6、《油气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2007；7、《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007。

3.4平台本软件开发采用目前国内外最流行的计算机高级开发语言Visual Studio C#.NET 2008与AutoCAD2008开发包Object ARX相结合的方式开发，利用模块化的体系结构实现与AutoCAD的无缝结合，使得软件具有后续的可扩充性和可兼容性。

可运行在Windows操作系统的各个版本平台上。

软件的整个开发过程由中国石油天然气管道局天津设计院总工程师周学深组织开展并监督验收。

四、核心主题及思想PSGDS软件以自动或半自动生成“三合一图“为核心主题，将测绘、地质、管道设计三部分的信息都融合到一张工程图框内，以图表、曲线、文字的方式显示出来，整张图的信息量较大。

如图4-1为南柳项目的线路施工三合一图，图4-2为定向钻穿越图，可直接用于施工。

4.1、软件运行流程首先由测绘专业按照工程指定的图框类型，生成三合一图的整体框架，包括4-1 线路施工三合一图实例 地面纵断面线 设计敷设线设计元素标注 线路地质信息图4-2 定向钻施工三合一图实例（局部）定向钻穿越管道敷设线平面地形图，线路走向纵断面线，以及地面里程和标高等信息。

其次按线路里程区间在指定图框位置填充对应地质信息，比如“管道沿丘陵敷设，地形起伏较大……该段覆盖层为残坡积的全风化泥岩，呈粘土状，棕黄色，硬塑-坚硬，干强度高，韧性高，有光泽，无摇振反应，表层含有植物根系。

该层在勘察深度3.50m范围内未揭穿，土石工程分级为Ⅲ级。

沿线勘察深度内未见地下水“等。

然后由设计人员读取测绘、地质专业在图形上提供的实地勘察信息，由本软件自动完成管线敷设趋势线的初步模拟、设计标注和工程量统计，提示能够自动在图面上标注各项设计参数信息（比如热煨弯头半径Rh、弯管角度X、切线长T、外矢距E等），并全自动的生成各种弯头的各种信息的统计工作。

此项工作包括线路施工图的绘制和任意形状定向钻的绘制两部分内容。

最后将图形稍加整理即可出版。

以上为软件整体运行的思想过程，下面总结本软件的一些特点，包括勘察和管道设计两部分。

4.2、软件关键点、难点、亮点及创新点4.2.1、软件关键点和难点：1、各类图框参数的预设置和共享处理问题（勘察部分）不同的工程所涉及到的信息不能统一，导致工程图框内包含的信息元素在种类、排列位置、样式等上的多样性。

比如水平比例尺与纵向比例尺的组合就有很多种，1:1000、1:500:、1:200、1:100等；2、平面地形图植入到三合一图框内时产生的旋转角平衡性问题（勘察部分）；3、线路中线地理点属性数据的智能识别和提取问题（勘察部分）为生成线路走向的纵断面图形所需要获取的必要信息；4、线路中线几何地理位置属性数据的计算（勘察部分）包括各个折点的平面转弯角、里程等；5、管道敷设设计参数的计算（管道设计）共包括十项参数：Rh ：热煨弯头半径/Prefabricated Bend radius；Rc ：冷弯弯管半径/Field bend radius；Rs ：叠加弯管半径/Combinated bendradius ；Re ：弹性敷设半径/Elastic bending radius ；D ：钢管外径/Pipe outside diameter ；DN ：公称直径/Nominal diameter ；X ： 弯管角度/bend angle ；T ：切线长/Tangent length ；L ：曲线长/Curve length ；E ：外矢距/External secant 。

6、管线敷设空间角的计算（管道设计） 即当线路中线平面折角与纵向弯曲角处于同一地理位置时，这两个方向角叠加产生的空间弯角。

采用空间几何学来解决；7、土石方量计算（管道设计） 线路实际敷设含有多个弯曲角，因此土石方的计算为了提高数据的准确性，采用微积分的思想，逐段求和计算。

8、图内敷设线路各项参数（设计标注）的关联更新（管道设计） 当敷设设计线在图内发生调整时，由软件智能性地更新对应位置点的各项参数值，并反映到最终的工程量统计表内。

9、任意转弯类型定向钻敷设各项参数的计算及转弯椭圆弧的绘制（管道设计）。

4-3弹性敷设角度标注实例4-4土石方计算剖面图4.2.2、软件亮点：PSGDS软件直接服务于油气长输管道工程项目，快速生成各类线路施工图、穿跨越图（三合一图），达到各专业间的无缝衔接，操作简洁。

将同一地理段的三个专业的大量信息整合到一张工程图形内，极大地方便了施工和资料的查阅保存等工作。

为安全使用和加强共享数据的保密性措施，关键信息存储采用显式存储和隐式存储两种方式，将要求保密性较高的信息直接用软件以AutoCAD数据字典的形式写入到DWG二进制文件内部，并且只能于特定的方式来读取或者编辑，其他人员或软件将无法查看。

4.2.3、软件创新点：1、多种格式测绘地形图的识别及图形绘制模式、比例尺等的智能化变换；地形图文字、高程点智能避让2、任意类型测绘线路图形的纵断面、横断面图的全自动化出图；3、任意长度带状地形图的全自动化分幅出图；4、图内地物、地貌、地形线的属性值的实时显示提示；5、按照预设值的各项工程参数（如管沟挖深、弹性敷设曲率半径等）自动生成管道敷设的初步模拟；6、实时智能化标注或者更新各项设计参数、土石方量、管线实长等信息；7、按照弯头角取舍阀值和里程区间范围全自动生成总体工程量各项统计表；8、可以绘制单曲线、双曲线定向钻穿越施工图，可以为任意角度、任意形状的管道敷设曲线。

五、软件结构为便于PSGDS软件的后续开发、版本升级和有效的维护，以计算机辅助设计软件AutoCAD为运行平台，勘察模块和管道设计模块独立在各自的环境下运行，利用预定义图框参数、共享数据来作为传递信息的纽带，如图5-1。

所有共享数据都存储在相应的AutoCAD 格式的DWG 文件中，伴随文件的持续性永久保存，且具有一定的保密性。

5.1、软件界面PSGDS 软件共有7个主菜单组成，由107个子菜单组成，3个主工具栏由43个常用功能命令组成，如图5-2、5-3所示。

图5-1 软件运行示意图图5-2 常用工具栏图5-3 菜单界面5.1.1 界面组成7个主菜单由5个勘察部分和2个设计部分组成。

5.1.1.1 勘察部分菜单包含：数据、绘制地物、等高线、图形处理、整饰出图。

数据包含11个功能：图形设置；加载环境；更改绘图比例并更新数据；展点；修改单个点的高程；批量修改高程；由文字修改高程点的Z值；高程点提取；高程点留点去文字；选对象赋属性值；形转为块；绘制地物包含18个功能：电力、通讯线类；围墙类；房屋类；公路类；坎、坡类；水系类；文字注记；等高线包括5个功能：其他展点；三角网；绘等高线；注记等高线；注记示坡线图形处理包括15个功能：弧度、角度互相转化；强力删除；CAD表格输出为Excel；块操作；对象对齐与均布；Z值归零；连续量距；标注坐标；窗口图形输出；PLine线操作；块填充；整饰出图包括18个功能：断面绘制(通用) ；图框制作；传统方式带状地形图全自动分幅；外部参照法带状地形图全自动分幅；断面图形的全自动绘制；草图拉直；图形自动美化；添加十字格网；标注十字格网坐标标注；标注百米公里；量算距离/面积；图形自动置平；Pline中线自动标注；成果表生成；5.1.1.2设计部分菜单包括：管道设计、绘定向钻。