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提出日:  

名前:  デビッド  ダンコ

職種:  フォークPLI社レーザースキャン部門プロジェクトマネージャ

見出し 

フォークPLI社(Falk PLI)が、現場での高度な現況モデルを完成


詳細 


世界の炭化水素処理市場は、供給の減少、増加する需要、および環境的な懸念の増大といった、多くの困難に直面しています。近年、石油価格の高騰と高い需要というダブルパンチによって、地域的および世界的な生産量の縮小と製造力の低下に同時に直面しており、状況はさらに困難になっています。


このような精製品の生産による長期的な利益率が5%以下で推移していること、また施設を完成させるためには15億~40億ドルにのぼる投資が必要であり、建設を始めるだけでも、政府による何百もの認可が必要であることから、このような施設が新しい設備投資としての優先度が低いことは、驚くべきことではありません。


これについて、米国では驚くべき例があります。米国内で最後に建設された、ルイジアナ州ゲイリービル(Garyville)の精製所は、30年以上も前となる1976年に建設されました。当時、米国内のガソリンの消費量は1日あたり6,978,000バレル(石油換算)でした。今日、米国でのガソリン消費量は、1日あたり9,159,000バレルに達しており、増加を続けています。さらに、このように消費されているガソリンの90%は、これまでと同じ精製所で精製されています(出展:「米国エネルギー省エネルギー情報局(Energy Information Administration)」)。


現在の市場の状況は、世界の精製所が、絶えず増大する需要、およびよりクリーンで環境への影響が低い製品の必要性に対応するために、更新、改修、および拡張という形で、絶えず流動的な状況になっていることを意味しています。たとえ精製所の更新と改修だけが、実行可能な選択肢であると考えられても、このような変更は可能な限り安全に素早く実施し、生産性の損失や予期せぬ供給停止を防止する必要があります。


このような施設の所有者/運営者にとって、施設の改修を可能な限り効率的に実施するには、以下を行う必要があります。

  • 最も正確な、現況の最新情報の収集

  • 現況の情報に対して最も正確な設計図の作成

  • 建設に最適な資材の調達と提供

  • 現場外での、可能な限りでの事前の組み立て

  • 現場での作業を最小限に抑えた、設計物の提供と設置

精製所と設備の改修のための、現況の情報の収集
一般的に現況図の作成作業は、100年前に最初の精製所が改修されたときと同じ方法で実施されています。ペアになった設計士が、巻尺、下げ振り、ペン、およびメモ帳を現場に持って行き、改修する部分を手で測定します。

あれ以来、ある程度は状態が変化しています。巻尺は今でも使用されていますが、携帯型レーザー測定装置によって機能が強化され、その結果として、超精密な直線がもたらされることになりました。現在でもあまり変わっていないのが、必要な情報を収集するために梯子に登ったり、特別に設置された足場に登ったりするといった危険な作業です。

レーザー – スキャナと追跡装置
これまでに記載したように、手作業で測定する方法と比較して、レーザーを使用した測定方法によって、ずっと正確な情報が収集できるようになりました。この方法をさらに改善する最適な方法は、レーザーの精度を維持する一方で、現場の人員が、現況の図面とモデルを作成するために設備に登る必要をなくすことです。

これが正に、レーザースキャナと追跡装置にとって利点となる部分です。このような技術を使用して収集したデータによって、最高に正確な情報とレポートがもたらされます。またレーザー追跡装置は、3D測定をより高速で実施し、1秒間に最大で10,000箇所での測定を、1,000分の1インチの単位で実施します。
これによって、統計の優れた冗長性と再現性を実現します。

レーザースキャンの基礎:はじめに
これによって何がもたらされ、それをどのように利用すればいいのでしょうか。

レーザースキャン技術に慣れていない利用者に対しては、通常のプロジェクトで必要な手順の概要を示すことが必要です。「現況の」データモデルを作成するには、レーザースキャナを使用して、プラントの特定の部分をスキャンします。これによって「点の集合体(point clouds)」として知られるものが生成されます。これは、スキャンされたすべての構造物の外形と一致する、何百万もの3Dデータの点です。

最初の作業は、プロジェクトのセットアップです。技術エンジニアが現場に到着してモデリングするシステムを特定すると、使用される座標が決定されます。これには、プラント内に固定された構造物によって、グローバル座標や任意座標が使用できます。

スキャナがセットアップされると、エンジニアは該当する部分のスキャンを開始します。該当する部分をスキャンしたら、機器を別の場所に移動してスキャンを継続します。この工程は、設備のサイズや複雑さによって、数日から数週間かかります。最終的に、サイトおよび配管システムを正確に表す、点の集合体のデータセットが作成されます。

点の集合体データの解釈
サイトでのスキャンが完了すると、エンジニアはそのスキャンデータを事務所に持ち帰り、そこで設計士はそのデータを使用して、現況の2D図面、3Dモデル、あるいはその両方を作成します。2D図面の場合、一般的に設備と配管は線、弧、円などで、また3Dの場合、それらは円筒、円環面、球体、およびオンとオフのブロックで表され、これによって設計が完了します。また一般的に、スキャンしたイメージを使用してさらに設計を行う場合には、3Dモデルが必要となります。

スキャンされた点の集合体のデータから、3Dのプラントモデルを作成することは容易ではありません。これは点の集合体のデータセットが正確であっても、その完全な点の集合体からは、すべての構造物が明らかにならないためです。一部の構造物が欠落している場合があります。あるいは、設計士が元のスキャンデータの矛盾の問題を解決する必要がある場合があります。残念なことに、このような場合にはたいてい、人員を派遣して現場を再度検証し、点の集合体のうちのどれが、実在している構造物のどれに当たるかを確認する必要があります。

また一般的に、ここで作成された3Dモデルは、それほど高度ではなく、継続して作業を開始するために必要な成果物は自動的には作成されません。せいぜい、構成要素を空間に配置するための「プレースホルダー」となる程度です。

より良い方法 – 高度な現状図面
レーザー技術は、大量の点の集合体データの収集には適していますが、未だ満たしていないニーズもあります。1つは、決められた数の配管および関連する設備に関する正確な情報が必要な状況、もう1つは、現在の建築や、今後のサイトの追加ならびに改修のための正確な成果物の作成が必要な状況です。

このようなニーズを満たすために、2005年にライカ・ジオシステムズ社(Leica Geosystems)とコード・エンジニアリング・ソフトウェア社(COADE Engineering Software)がチームを結成し、DTM(モデル直結型[Direct-To-Model])技術を利用するシステムを開発しました。この名前が示すように、これによってエンジニアや設計士は、完全な情報が記載された高度なモデルをサイトに残し、現場で構造化された成果物を作成できるようになりました。後処理の必要もありません。

これら両社が開発したCADWorx fieldPipe for Leica fieldProでは、コード社のCADWorx Plant Professionalの高度な配管設計およびモデリング機能と、ライカ社のLeica fieldPipe for Leica fieldProの実証済みのレーザースキャン技術が組み合わされています。この製品の特徴として、点を選択すると配管モデルが目の前で作成され、方向を変えるごとに自動的にエルボやベンド管が配置され、必要に応じて修正されます。

これが実施されると、設計士は、構造アイソメトリックスや部品表といった成果物から作成される、高度な3Dモデルを得ることができます。またこのパッケージには、業界で最も広く使用されている応力解析パッケージへのリンク機能も装備されています。

実践での応用
1995年に創業したフォークPLIエンジニアリング・測量社(Falk PLI Engineering & Surveying)は、インディアナ州ポーテージに事業所を有する非公開会社であり、米国内外の様々な規模での土地の測量、工業的な測定業務、および土木建築サービスに特化しています。この企業の理念は、顧客がその生産性と採算性を向上できるようなサービスを提供することです。また、このようなサービスには、多くの場合、既存の精製所およびその他の炭化水素処理設備の設置における、現況図とモデルの作成が含まれます。

フォークPLI社の技術エンジニアと工員は、トータルステーション、レーザースキャナ、およびレーザー追跡装置といった様々な測量機器を取り扱っています。熟練した測量技術者、エンジニア、および設計士のサポートスタッフは、その測量データを解析し、現場の顧客用に、3Dモデル、スプレッドシート、および伝統的な2Dや3Dの図面といった様々な形式にてレポートを作成します。

フォークPLI社は早い段階でこのレーザー技術を採用しており、今日では、そのレーザー機器の精密機能を、90%以上のプロジェクトで使用しています。

様々な顧客の要件
フォークPLI社は、橋梁、道路、商用施設、および歴史的建造物の修復プロジェクトなどの様々な経験を有しています。産業プロジェクトには、溶鉱炉、鋳造、ダクト配管、設備の調整、クレーンレール、構造済みの配管、設備の検証、衝突の検知、配管の配置と設計といった、鉄工、石油化学、海底油田業界のプロジェクトがあります。数多くの顧客のリストの中には、ダイヤモンド・オフショア社(Diamond Offshore)、ウェスタン・リファイニング社(Western Refining)、グローバル・サンタ・フェ・アンドBP社(Global Santa Fe and BP)、USスチール社(US Steel)、ミッタル・スチール社(Mittal Steel)、およびヌコール・スチール社(Nucor Steel)などがあります。

現場で完成できる3Dモデル
フォークPLI社のスタッフは、CADWorx fieldPipeによってシステムの測量担当者が、高度で完全な3Dモデルをサイトに現場に残すことができることを耳にすると、すぐに調査を開始しました。レーザースキャン部門のプロジェクトマネージャであるデビッド・ダンコ(David Danko)氏は、「もしこれが本当ならすごいことです。これは自分自身で調べる必要があると思いました。」と述べています。

作業効率が50%以上向上
フォークPLI社がこの新しいパッケージを使用して実施した最初のプロジェクトのうちの1つが、組み立て済みの配管スプールを検証することでした。このスプールはCADWorxを使用して、以前Leica 4500スキャナ使用してキャプチャされたスキャンデータから設計されました。このプロジェクトの目的は、圧力カラム上のオーバーヘッド蒸気配管を、炭素鋼から合金にアップグレードすることでした。合金配管の組み立てと設置には、準備、パージング、溶接、およびテストといった余分な作業が必要であったため、再作業の可能性をなくすか、最低でも低減することを目標としました。

上記に記載したように、この新しいパッケージを使用する以前は、エンジニアが現場でスキャンを行い、データを事務所に持ち帰っていました。その後で設計士が、点の集合体の情報から3Dモデルを作成しました。ダンコ氏は、「CADWorx fieldPipeを使用することによって、物事はすっかり変わってしまった。」と述べています。

フォークPLI社では、CADWorx fieldPipeソフトウェアがインストールされたラップトップコンピュータとリンクされたLeica 1103 TCRトータルステーションを使用する、2名から成るフィールドチームが従事していました。最初の8つのスプールを測量するのに、約3時間かかりました。担当したのは熟練した測量技術者でしたが、このソフトウェアの研修は受けておらず、その経験もほとんどありませんでした。これについてダンコ氏は、「当初3時間を要したのは、ソフトウェアの理解に時間を要したためです。その後私たちはこの新しいパッケージをすぐに習得し、以降はスプールあたり15分で作業を終えることができました。」と説明しています。設計士が現場を去るときには、モデルが完成しています。ダンコ氏は、「スプールあたり6~8時間も短縮されています。これは1日分の作業時間に相当します。通常よりも50%以上の節約です。」と述べています。

このことは、このパッケージが、配管を元の状態を維持して交換することに加え、現況の配管スプール、または組み立て工場にあるその他の構造物の確認にも使用できることを示しています。これについてダンコ氏は、「構造物が飛び出して正しく配置できなければ、顧客に対して最初から最後まで金銭的な負担を強いることになります。」と述べています。設計士は、設置のために工場を出る前に配管を確認することができます。ダンコ氏は、「これは顧客にとっても、組み立て業者にとっても利点となります。」と付け加えています。

高度なモデル作成という大きな進歩
レーザースキャン装置を使用して配管モデルを作成するには、大きな労力が必要ですが、これまで作成されたモデルは、高度なものではありませんでした。CADWorx fieldPipeが保証したことは、設計士またはエンジニアが現場での測量を実施すると、実際に構築されている配管システムを見ることができる、というものでした。そのため、設計士が現場を離れるときには、今測量した現場の完全で正確、かつ高度な3Dモデルを見ることができることが明らかでした。ダンコ氏は、このシステムの高度な機能について、「モデルには、必要な情報がすべて表されており、配管、エルボ、バルブなどのすべてのコンポーネントが識別可能な状態になっています。当社の設計士が構造物をクリックすると、そのすべての情報が入手できます。」と述べています。

高度な双方向リンク機能
ダンコ氏は、フォークPLI社のエンジニアは、コード社の配管応力解析プログラムであるCAESAR IIとの双方向リンク機能についても気に入っていると報告しており、また以下を付け加えています。「このソフトウェアの高度な機能によって、設計においてより多くの時間が節約できるようになりました。」

容易な使用開始
CADWorx fieldPipeは、配管の設計、および設計士とエンジニアがどのようにして現場で作業を行っているかについて熟知している者によって開発されました。ダンコ氏は当初、このシステムを自分自身で使用し、30分ですべての使用方法を理解しました。続いて測量機器をセットアップし、測定点のスキャンを開始しました。これについてダンコ氏は、「セットアップと使用が容易なため、このパッケージの開発者は、私たちがどのようにして配管、フランジなどを測量しているかを理解していることが分かります。このパッケージが自然で直感的であり、使用が容易であることが、測量作業の開始時点から感じられます。」

レーザーの精度
この新しいパッケージの精度は、そのレーザーベースの測量技法に由来しています。スキャン中、モデルは実際の状態で作成されるため、設計士は現場を去る前に図面を見て、すべての構造物が正確に配置されていることを確認することができます。ダンコ氏は、「この新しいパッケージを使用すると、設計士が事務所に戻って、1個のフランジまたはその他の構造物をスキャンし忘れたことに気付く、ということがありません。」と付け加えています。

安全性の向上
レーザーの自動焦点式アプローチにより、安全面に関して2つの面での安全性が追加されました。まず、フィールドを測定するために足場に登る必要性が、実質的に解消されました。これについてダンコ氏は、「人員を足場に登らせるリスクや、またこれを解体する必要性が解消されました。」と付け加えています。最終的に時間と費用が節約され、安全性も向上しました。 一般的なプロジェクトにとって最も利点となったことは、おそらく配管、ダクト配管、または構造鋼材が、最初の段階で簡単に結合できることでしょう。プロジェクトのスケジュールが短縮され、現場での合わせ作業と再作業が削減されたか、あるいは解消されましたが、ダンコ氏はこれについて、「各構造物が、1度操作するだけで最初の段階から結合されることによって安全性が向上したことが、最も大きな節約へとつながりました。」と述べています。

業界初の製品
このCADWorx fieldPipeを使用することによって、現場で測量された通りに配管作業が進行できます。ダンコ氏は、結論として以下のように述べています。「これまで、市場にはこのような製品はありませんでした。当社にとって最も利点となったことの1つは、顧客が、当社が作成した図面、およびそれを成果物として還元したことに感銘を受けたことです。顧客にとって利点となった。それが最も重要なことです。」


商品名

  • CADWorx FieldPipe


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