JP2009054062A - プラント設計支援方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、３次元ＣＡＤを用いた、プラントの設計，調達、建設支援装置に係り、プラントの設計変更に伴う影響を判定する技術に関する。
【解決手段】
本発明のプラント設計支援装置は、施工物のレイアウトデータ，施工データ，輸送時配置データを格納するプラント設計情報格納装置と、設計，調達、及び施工に関して発生する、作業の工程計画、および進捗データを格納する工程進捗情報格納装置と、施工物のレイアウトデータと施工物の進捗データとから、設計に変更を加える場合の変更の影響範囲、及び影響コストを算出するモジュール評価手段とを備えたことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元ＣＡＤを用いた、プラントの設計支援方法及びその装置に関する。

プラントは、配管や、機器，電気等の設備や、建築構造物等の、各種のプラント構造物から構成される。プラントの建設業務は、通常、設計，調達，施工の順番にて行われる。設計では、配管の系統条件や、機器の基本仕様の設計の後、各施工物の選定，配置設計が行われ、必要施工物の仕様，物量が求められる。この情報に基づき、次に資材の調達が行われ、現地またはプレファブ工場では、資材の到着ののち、足場やクレーン等の仮設設備を設置して、作業員が施工を行い、プラントの建設を行う。

各業務の進め方は、本来、先行業務が完了した後、順番に後続の作業を行うことができれば、業務の進行管理は容易であるが、実際には、非常に大量のプラント施工物の設計，調達，建設を、限られた工期の中で行うために、各業務は同時並行的に、場合によっては、後続作業を見切りで開始することも行われる。このため、設計において変更が発生した場合には、関係する他の設計や、既に進行中の調達，施工のやり直し等の、無駄が発生することにより、コスト増となってしまうことがある。また、プラントの建設業務では、コストは、設計よりも、調達、さらに施工と、下流段階ほど多く発生する。このため、上流にて、より下流へのコスト影響を考慮した、設計、また設計変更を行う必要がある。

このように、同時進行的に進むプラント業務において、変更に伴う手戻り，無駄作業を削減するための技術としては、特許文献１に示された方法がある。これは、データベースに格納された設計情報に対して、確定情報か否かの指標をユーザが付与することで、下流側の設計部署が、影響度を判定して、残的情報にもとづいた先行設計を進めるかどうかを判断するというものである。また、上流工程における変更の、施工時点でのコスト増減影響を判定するための技術としては、特許文献２に示された方法がある。これは、資材の荷受日の変更に伴う、工事工数，仮設材物量の増減を、据付データより判定するというものである。

特開２００１−２９７１１６号公報 特開２００５−２４２５３１号公報

各業務が短期間に同時進行的に進むプラントの建設プロジェクトにおいて、トータルでのコストを低減し、効率を改善するためには、上流側の業務において、発生する変更、または各設計代替案の、各下流工程への影響範囲と、定量的な影響コストを、プロジェクトの進行状況に応じて出力し、判定することが必要である。

しかし、従来技術では、作業の接続関係、及び施工物の配置関係に基づいた、下流の影響工程に関連する施工物の判定、及び、影響に伴う定量的なコスト評価は、実現されていない。

本発明はこれの事項に鑑み、発生する変更、または各設計代替案の、各下流工程への影響範囲と、定量的な影響コストを算出するプラント設計支援方法及びその装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明はプラント設計支援装置において、施工物の配置データを格納するプラント設計情報格納装置と、施工物の設計，調達と施工作業の前後関係情報を含んだ作業進捗データを格納する工程進捗情報格納装置と、配置データから施工物間の接続関係と干渉を判定し、さらに作業進捗データから工程上の施工物の依存関係を判定することで、指定した施工物の設計情報を変更した際に影響を受ける他の施工物を判定し、出力する変更影響範囲判定，出力手段とを有することを特徴とするものである。

更に、本発明はプラント設計支援装置において、施工物レイアウト情報格納装置は、足場，クレーンを含む仮設物を含んだ施工物の配置データを格納し、変更影響範囲判定，出力手段は、施工物の移動に伴う足場，クレーンを含む仮設物の影響コストを判定し、出力することを特徴とするものである。

更に、本発明はプラント設計支援装置において、工程情報進捗情報格納装置は、作業の進捗情報を含んだ作業進捗データを格納し、変更影響範囲判定，出力手段は、指定した施工物の設計情報を変更した際に、再作業により発生する追加コストを、作業の進捗情報と、変更の影響を受ける施工物、及び作業から判定し、出力することを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するために、本発明はプラント設計支援方法において、記憶装置に格納している施工物レイアウトデータ中の配置データの入力を行うステップと、工程進捗情報格納装置に格納している作業進捗データの入力を行うステップと、配置データから施工物間の接続関係と干渉を判定し、作業進捗データから工程上の施工物の依存関係を判定することで、指定した施工物の設計情報を変更した際に影響を受ける他の施工物を判定し、出力するステップとを備えたことを特徴とするものである。

更に、本発明はプラント設計支援方法において、施工物の移動に伴う足場，クレーンを含む仮設物の影響コストを判定するステップをさらに有することを特徴とするものである。

更に、本発明はプラント設計支援方法において、指定した施工物の設計情報を変更した際に、再作業により発生する追加コストを、作業の進捗情報と、変更の影響を受ける施工物、及び作業から判定し、出力するステップをさらに有することを特徴とするものである。

本発明のプラント設計支援方法及びその装置によれば、指定された施工物部品の設計変更の際における、影響範囲、及びコストを算出，判定することが実現できる。

本発明の一実施形態を利用したプラント設計支援装置の一例を図１に示す。

プラント設計支援装置は、入力装置１０１と、プラント設計情報格納装置１０２と、工程進捗情報格納装置１０３と、施工物編集装置１０４と、変更影響範囲・コスト判定を出力する装置１０５と、表示装置１０６とを備えている。以下に、これらの詳細について説明する。

プラント設計情報格納装置１０２は、施工物の形状，配置データを有する、施工物レイアウトデータと、施工物間の、施工上の親子関係である、アセンブリデータと、各種設計ドキュメント，パラメータを格納した設計ドキュメントデータを記憶する。

図２に、施工物レイアウトデータのデータ格納形式を示す。施工物ＩＤ列には、施工物の識別のためのＩＤ、種別列には、部品の種別、形状種別列には、施工物の形状種別，寸法データを格納する。配置列には、施工部品の配置位置，寸法の配置属性データを格納する。配置列に格納されるデータ内容は、形状種別列のデータに応じて異なる。

形状種別データのデータ値に対応する形状属性データのデータ格納内容、及び、形状属性データのデータ値に応じた、部品の描画形状は、部品形状ライブラリデータとして定義されており図３にその一例を示す。

図４には、アセンブリデータのデータ格納形式を示す。親部品ＩＤ列には、組立て，据付上の親部品の識別ＩＤ、部品種別列には、親部品の部品種別、子部品ＩＤ列には、親部品に組み込まれる、子部品の識別ＩＤのリストを格納する。これらの施工物レイアウトデータ、及びアセンブリデータは、入力装置１０１を介して、３次元ＣＡＤ等を利用した施工物編集装置１０４により、作成，編集を行う。

また設計ドキュメントデータには、作成されたファイルと、各種設計パラメータ値を、施工物部品毎に、仕様項目名と値のセットにより定義したテーブルを格納する。この設計ドキュメントデータは、ドキュメント、及びデータの公開登録を、ユーザが施工物編集装置１０４を通して行うことで、データの格納が行われる。

工程進捗情報格納装置１０３には、設計，調達、及び施工に関して発生する、作業の工程計画、および進捗情報を有する、工程データを格納する。

図５には、工程データのデータ格納形式を示す。作業ＩＤ列には、作業の識別のためのＩＤを格納する。作業名称列には、作業の名称を格納する。対象施工物ＩＤ列には、作業の対象となる施工物の識別ＩＤを格納する。先行作業ＩＤ列には、該当作業を行うために、前提として必要な作業のＩＤ値を格納する。親作業ＩＤ列には、作業の分類上の、親作業のＩＤ値を格納する。期限列には、該当作業の期限日付を格納する。進捗率列には、作業の進捗割合を格納する。必要コスト列には、作業を実行するために必要なコスト値を格納する。成果物列には、作業の結果として作成，提出される、ドキュメントまたはデータの名称を格納する。

これらの工程データは、工程編集ソフト等を利用して、施工物編集装置により、データの入力，編集を行い、ユーザによる入力が行われない場合でも、自動的にデータの編集を行うことができる。

先行作業は、設計フェーズの作業においては、該当作業を行う際に、ドキュメントのオープン、またはデータベースの検索によって参照，表示したドキュメント及びデータ、成果物とする作業ＩＤを、先行作業ＩＤとして設定することができる。進捗データは、設計フェーズの作業においては、成果物の作成が完了したか，未完かで、１００％，０％を区分し、さらに、作成されるデータのうちの、作業が完了し、入力済のものの割合を、設定することができる。

調達，施工フェーズにおいては、ベンダーまたは据付下請け業者の入力した、作業完了報告を用いて、設定し、または施工フェーズにおいては、写真，ビデオ等の映像情報と、同一視点，方向からのＣＡＤ画像との比較により、対象施工物の施工が完了したかどうかを設定することもできる。

変更影響範囲，コスト判定，出力装置１０５は、施工物レイアウトデータと、工程進捗データとから、設計に変更を加える場合の、変更の影響範囲、及び影響コストを判定し、出力する。

図６には、変更影響範囲，コスト判定，出力装置１０５の処理フローをブロック図により示す。ユーザコマンド等により指定された、対象施工物に対して、配置の移動を伴う変更である場合に、まず３次元配置情報に応じて、変更影響する施工物を検索する（ステップ５０１：以下、ステップを“Ｓ”と称す）。これは、施工部品の配置上の接続関係、及び移動に伴う干渉の判定により行う。接続関係の判定は、施工物レイアウトデータ中の配置情報を用いて行う。

対象施工物の種別が直管，エルボ等の配管部品である場合、接続部品は、配置位置情報の座標値から、同一の座標値を配置情報として有する配管部品を、連続して検索する。このとき、影響する部品範囲を、種別がエルボ，ベンド等である曲り部部品にとどめるか、機器ノズル等の末端部品までを対象とするかは、ユーザが指定する。さらに配管に付随するサポート等の部品の検索のため、配管表面と接する、または近傍にある、鋼材部品の検索を行い、その鋼材部品の所属する親部品を、配管と接触した関連部品として判定する。また、干渉の判定は、変更影響する各施工物に対して、対象施工物と同一の方向，距離への移動を行った後、移動後の位置において、他の施工部品が存在するかどうかを、各施工物の形状種別，配置情報を用いることで判定する。もし、移動後の位置に別の施工物が存在する場合は、その施工物も、変更影響の対象施工物として、さらに付随して変更影響する施工物の検索を、繰り返して行う。

次のステップでは、作業の接続関係に応じて、変更影響する施工物の判定を行う（Ｓ５０２）。このためには、工程進捗データから、対象施工物ＩＤ列に、ユーザにより指定された施工物、またはＳ５０１で判定された、施工物ＩＤを含むデータを判定し、さらにユーザの変更操作が、作業内容と対応している作業ＩＤデータの検索を行う。変更操作が移動の場合には、配置設定等の、施工物の位置決定を行う作業を対象とする。また変更操作が、パラメータ値変更である場合には、そのパラメータを成果物データとして含む作業データを対象とする。さらに判定された作業データに対して、その作業ＩＤを、先行作業ＩＤ列に含むデータの検索を再帰的に行うことで、変更影響する作業の判定を行う。このように全ての関連作業データの判定を行った後、それらの対象施工物ＩＤ列に格納された施工物ＩＤを、変更影響対象の施工物として判定する。

次のステップでは、Ｓ５０１，Ｓ５０２により判定された、変更影響対象の施工物を、３ＤＣＡＤ上で、色を変える等の処理により、区別表示を行う（Ｓ５０３）。

さらに次のステップでは、施工物の変更操作に伴う、物量増減を判定する（Ｓ５０４）。これは、Ｓ５０１で判定した、施工物の移動後の配置座標のうち、影響範囲の末端部品の、配置座標の増減を用いて判定する。例えば、図７に示すように、直管１を移動した際、変更影響範囲が曲り部１までの場合、直管２の点１から点１′までの延長分が、物量の増加分となる。

また、次のステップでは、施工段階における、足場，クレーン等の、仮設への影響を判定する（Ｓ５０５）。これは、変更操作により、新たな足場，クレーン等の仮設設備，機器が必要かどうかを判定する処理である。これは、足場，クレーンに対して定義した、作業可能領域内に、施工物があるかどうかにより、判定する。

作業可能領域は、足場，クレーン等の仮設設備を用いた場合の、作業可能な空間領域を定義したもので、例えば足場は、足場を中心として、Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれの方向に一定長さを延長した直方体領域によって定義する。またクレーンの場合は、クレーンの地面上の中心位置を底辺中心とした、円柱領域によって定義することができる。Ｓ５０１で判定した、各施工物の移動後の配置位置に対して、各仮設設備の作業領域内にあるかどうかを判定し、施工物の位置を内包する作業領域が無い場合には、新たな仮設設備が必要な施工物として判定する。

また、次のステップでは、変更発生時の影響コストを、作業進捗に合わせて判定する（Ｓ５０６）。これは、Ｓ５０１〜５０３で判定した、変更影響対象の施工物の、工程進捗データから、既に作業が開始しており、進捗率列が０で無い作業について、必要コストと、進捗率をかけた、手戻りコストを算出することで行う。次のステップでは、変更に伴うコストの合計値を算出する（Ｓ５０７）。これは、Ｓ５０４で求めた、増分物量に対応した、資材コスト、Ｓ５０５で求めた、仮設設備増加分のコスト、及び、Ｓ５０６で求めた、作業手戻りコストの合計値である。算出した変更影響コストは、Ｓ５０３で表示した、変更影響範囲とともに、３次元ＣＡＤ画面上に表示する。

表示画面例を、図９に示す。このように、設計変更に対する、影響範囲、及び発生コストを表示することで、設計者による影響の把握を容易にし、複数の変更案の中から、より変更影響範囲，コストの小さなものを選択することなどを容易化することで、トータルの建設プロジェクトのコスト低減を支援することが可能となる。

本発明は、３次元ＣＡＤを用いたプラントの設計支援方法およびその装置に適用することが可能である。

本発明の一実施形態におけるシステム構成の一例を示す全体ブロック図。 施工物レイアウトデータ格納装置の施工物配置データのデータ格納形式の一例を示す図。 施工物レイアウトデータ格納装置のデータの説明図。 施工物レイアウトデータ格納装置のアセンブリデータのデータ格納形式の一例を示す図。 工程進捗情報格納装置の工程進捗データのデータ格納形式の一例を示す図。 変更影響範囲，コスト判定，出力手段の処理フロー図。 変更影響範囲，コスト判定，出力手段の処理の説明図。 変更影響範囲，コスト判定，出力手段の処理の説明図。 変更影響範囲，コスト判定，出力手段の出力結果の一例を示す図。

符号の説明

１０１ 入力装置
１０２ プラント設計情報格納装置
１０３ 工程進捗情報格納装置
１０４ 施工物編集装置
１０５ 変更影響範囲，コスト判定，出力装置
１０６ 表示装置

Claims (6)

1. 施工物の配置データを格納するプラント設計情報格納装置と、
   施工物の設計，調達と施工作業の前後関係情報を含んだ作業進捗データを格納する工程進捗情報格納装置と、
   配置データから施工物間の接続関係と干渉を判定し、さらに作業進捗データから工程上の施工物の依存関係を判定することで、指定した施工物の設計情報を変更した際に影響を受ける他の施工物を判定し、出力する変更影響範囲判定，出力手段とを有することを特徴とするプラント設計支援装置。
2. 請求項１において、
   施工物レイアウト情報格納装置は、足場，クレーンを含む仮設物を含んだ施工物の配置データを格納し、変更影響範囲判定，出力手段は、施工物の移動に伴う足場、クレーンを含む仮設物の影響コストを判定し、出力することを特徴とするプラント設計支援装置。
3. 請求項１において、
   工程情報進捗情報格納装置は、作業の進捗情報を含んだ作業進捗データを格納し、変更影響範囲判定，出力手段は、指定した施工物の設計情報を変更した際に、再作業により発生する追加コストを、作業の進捗情報と、変更の影響を受ける施工物、及び作業から判定し、出力することを特徴とするプラント設計支援装置。
4. 記憶装置に格納している施工物レイアウトデータ中の配置データの入力を行うステップと、
   工程進捗情報格納装置に格納している作業進捗データの入力を行うステップと、
   配置データから施工物間の接続関係と干渉を判定し、作業進捗データから工程上の施工物の依存関係を判定することで、指定した施工物の設計情報を変更した際に影響を受ける他の施工物を判定し、出力するステップとを備えたことを特徴とするプラント設計支援方法。
5. 請求項４において、
   施工物の移動に伴う足場，クレーンを含む仮設物の影響コストを判定するステップをさらに有することを特徴とするプラント設計支援方法。
6. 請求項４において、
   指定した施工物の設計情報を変更した際に、再作業により発生する追加コストを、作業の進捗情報と、変更の影響を受ける施工物、及び作業から判定し、出力するステップをさらに有することを特徴とするプラント設計支援方法。

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