淺談在煤化工工廠建設(shè)中三維數(shù)字化移交的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

梁銀蟬

(國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)集團(tuán)信息技術(shù)中心，寧夏 銀川 750011)

隨著國(guó)能寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油化工(以下簡(jiǎn)稱煤化工)的建設(shè)與發(fā)展，在煤化工廠區(qū)的建設(shè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“三維數(shù)字化移交”，提高煤化工的信息管理水平，建設(shè)數(shù)字化工廠已經(jīng)越來(lái)越重要。

“三維數(shù)字化移交”有別于傳統(tǒng)交付模式，是業(yè)內(nèi)新興的一種交付方式。傳統(tǒng)交付是按照專業(yè)交付各自生成的圖紙或文件(可包括三維模型)，交付物相互之間是孤立的，很難保證數(shù)據(jù)的一致性?！皵?shù)字化移交”以“工廠對(duì)象”為核心，依托"數(shù)字化移交平臺(tái)"，將各專業(yè)產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)、文檔、三維模型，相互之間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成一個(gè)有機(jī)的整體(數(shù)字化工廠模型)進(jìn)行交付。

煤化工廠區(qū)在建設(shè)期間到投產(chǎn)運(yùn)行期間，煤化工需要從各參建方移交大量的數(shù)據(jù)，比如圖紙、設(shè)備參數(shù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)、文檔記錄、數(shù)據(jù)記錄等，但是多數(shù)這樣的數(shù)據(jù)提交還是只停留在紙質(zhì)的施工資料移交的舊模式下，并且由于廠區(qū)建設(shè)各階段是孤立的，導(dǎo)致各種數(shù)據(jù)信息也是分散的，不能在圖紙與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際建立起有效的融合，遠(yuǎn)不能滿足集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化管理的需求。

“三維數(shù)字化移交”，利用三維可視化技術(shù)、信息系統(tǒng)集成技術(shù)，結(jié)合工程數(shù)據(jù)和位置信息，以三維數(shù)字化的形式，將工廠的建設(shè)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)開(kāi)始到煤化工工廠全生命周期信息的三維化、可視化和在線管控，達(dá)到滿足集約化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化管理的需求。

本文將以國(guó)能寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴二分公司廠區(qū)建設(shè)為例，淺談數(shù)字化移交在煤化工廠區(qū)建設(shè)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1 三維數(shù)字化移交目標(biāo)

依托工廠的工程項(xiàng)目信息，建設(shè)一個(gè)三維數(shù)字化工廠平臺(tái)。同時(shí)，集成工程管理、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、設(shè)備管理、環(huán)保安全的各種動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)。通過(guò)利用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，將物理工廠與數(shù)字工廠的完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)開(kāi)始工廠全生命周期信息的三維化、可視化和在線管控。為企業(yè)生產(chǎn)、安環(huán)、培訓(xùn)、設(shè)備管理、工程管理等業(yè)務(wù)的數(shù)字化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)、三維模型、應(yīng)用服務(wù)的支撐。

2 數(shù)字化移交內(nèi)容與關(guān)鍵環(huán)節(jié)

數(shù)字化移交項(xiàng)目，主要依托AVEVA NET軟件，從設(shè)計(jì)、交付、集成三個(gè)方面入手，將工廠的建設(shè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、過(guò)程數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、展示、應(yīng)用，最終搭建一個(gè)數(shù)字化工廠平臺(tái)，為企業(yè)數(shù)字化、智能化運(yùn)營(yíng)管理模式提供支撐。

數(shù)字化移交，為一次性整體交付，交付內(nèi)容包括數(shù)據(jù)、文檔、模型。交付范圍內(nèi)容由交付物清單進(jìn)行約定，主要包括智能P&ID、三維模型、文檔資料和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，依托平臺(tái)建立起相互關(guān)聯(lián)，方便數(shù)據(jù)檢索，查找，關(guān)聯(lián)和信息共享。

2.1 建立移交規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字化移交項(xiàng)目首先要建立工作內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)約束設(shè)計(jì)單位、供應(yīng)商單位、施工安裝單位、監(jiān)理單位產(chǎn)生的文件數(shù)據(jù)，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)和實(shí)際需要進(jìn)行數(shù)字移交規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè)。

主要包括對(duì)三維模型層級(jí)劃分要求，主體裝置編碼規(guī)定、設(shè)備編碼要求、儀表編碼要求、建構(gòu)筑物編碼要求，設(shè)計(jì)圖紙編碼要求，文件編碼要求，文件清單要求，材料清單要求等要求和合規(guī)性要求；設(shè)備供應(yīng)商和主要材料供應(yīng)商的供應(yīng)代碼要求，設(shè)備部件清單要求，設(shè)備安裝圖紙編碼要求，設(shè)備維護(hù)檢修編碼要求，備品備件清單要求和合規(guī)性要求；建設(shè)單位的相關(guān)施工方案，施工管理，安裝過(guò)程記錄等文件和數(shù)據(jù)要求和合規(guī)性要求；監(jiān)理單位的技術(shù)監(jiān)督，HSE監(jiān)督，監(jiān)理報(bào)告等文件和數(shù)據(jù)要求和合規(guī)性要求。

圖1 流程發(fā)布圖

2.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)

數(shù)字化設(shè)計(jì)，是數(shù)字化移交的數(shù)據(jù)源頭設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行工程資料梳理、智能P&ID圖紙繪制、工程數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建、工廠三維建模等內(nèi)容，設(shè)計(jì)平臺(tái)主要采用AVEVA公司的AVEVA Plant組件完成實(shí)施，包括Diagrams、Engineering、Schematic-3D-Integrator模塊。軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 aveva net平臺(tái)軟件架構(gòu)

2.3 智能P&ID圖紙繪制

整個(gè)數(shù)據(jù)集成設(shè)計(jì)階段，智能P&ID圖紙的繪制是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)將圖紙中對(duì)象的位號(hào)信息熱點(diǎn)化，將對(duì)象的數(shù)據(jù)信息同時(shí)保存在圖紙上面和工程數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)與工程數(shù)據(jù)庫(kù)的交互及圖面數(shù)據(jù)的智能傳遞。

2.4 三維模型建模

采用PDMS(PlantDesignManagementsystem)即工廠三維布置設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)軟件進(jìn)行三維建模。通過(guò)建立獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，將元件和設(shè)備信息全部存儲(chǔ)在參數(shù)化的元件庫(kù)和設(shè)備庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獨(dú)立性，拜托對(duì)第三方數(shù)據(jù)庫(kù)的依賴。同時(shí)，通過(guò)元件和各專業(yè)設(shè)計(jì)之間自動(dòng)地三維碰撞檢查，保證了整體上設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.5 二三維校驗(yàn)

三維模型依據(jù)P&ID來(lái)完成，主要通過(guò)人工比對(duì)的方式，往往會(huì)有偏差，二三維數(shù)據(jù)的檢查，是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要一項(xiàng)工作任務(wù)。完成對(duì)智能P&ID的審核后，通過(guò)Sechmatic 3D工具，結(jié)合三維模型，進(jìn)行二三維數(shù)據(jù)的校驗(yàn)，檢查二三維數(shù)據(jù)的不一致性(校驗(yàn)報(bào)告)，并根據(jù)檢查結(jié)果，修改和完善相應(yīng)的二維或三維數(shù)據(jù)，保證交付數(shù)據(jù)的一致性，提升交付成果質(zhì)量。

3 數(shù)字化過(guò)程交付

將工廠的工藝流程圖、管道軸測(cè)圖、設(shè)備布置圖、三維模型、供應(yīng)商資料、施工圖、結(jié)構(gòu)預(yù)制圖等相關(guān)工程資料和數(shù)據(jù)，按照一定的規(guī)則進(jìn)行收集、組織、校驗(yàn)和管理，經(jīng)過(guò)PDF或者SVG格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，移植到數(shù)字化移交平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工廠基礎(chǔ)信息的數(shù)字化，整體進(jìn)行交付。

數(shù)字化交付的關(guān)鍵技術(shù)是，通過(guò)Getway將PDMS中的三維模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為XML文件，導(dǎo)入到數(shù)字化交付平臺(tái)。

交付流程參見(jiàn)下圖3。

圖3 交付流程

4 數(shù)字化移交的應(yīng)用

在國(guó)能寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴二分公司數(shù)字化移交項(xiàng)目中，主要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能主要包括三維可視化、二維圖紙可視化、文檔資料可視化、報(bào)表可視化、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化、用戶管理等。

數(shù)字移交項(xiàng)目中的 3D 模型，可以直接在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器來(lái)瀏覽，不依賴源系統(tǒng)(軟件)的可視化功能。能夠執(zhí)行查看、測(cè)量裝置的三維模型等一系列可視化操作，查看方式比較豐富，主要有飛行、行走、繞中心旋轉(zhuǎn)、平移、滑行等方式，既可以查看裝置整體模型，也可以隔離查看單個(gè)設(shè)備模型。模型示例見(jiàn)圖4。

圖4 模型示例

4.1 二維圖紙可視化

二維圖紙包括布置圖和智能P&ID圖紙，智能P&ID可視化圖紙中的位號(hào)是帶熱點(diǎn)的，在圖紙中點(diǎn)擊位號(hào)可以打開(kāi)位號(hào)的相關(guān)信息，點(diǎn)擊任何一個(gè)與圖紙相關(guān)聯(lián)的對(duì)象，將在可視化圖紙中高亮(粉紅色)顯示點(diǎn)擊的對(duì)象，同時(shí)打開(kāi)該對(duì)象的相關(guān)信息，見(jiàn)圖5。

圖5 智能P&ID示例

4.2 文檔資料可視化

普通文檔資料包括OFFICE、PDF、圖片，直接通過(guò)瀏覽器對(duì)文檔進(jìn)行查看，實(shí)現(xiàn)文檔的圈閱、縮放、打印、拷貝、放大鏡查看等功能，通過(guò)關(guān)聯(lián)的位號(hào)信息可以直接打開(kāi)相應(yīng)的而三維模型等其他關(guān)聯(lián)信息，見(jiàn)圖6。

圖6 文檔可視化示例

4.3 報(bào)表可視化

根據(jù)實(shí)際的需求，將用戶關(guān)心的設(shè)備通過(guò)自定義組合的方式，以不同的顏色顯示不同的設(shè)備，DIY自己的可視化報(bào)表，方便查看調(diào)用。

4.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化

通過(guò)數(shù)據(jù)接口的方式，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、設(shè)備檢維修信息、實(shí)時(shí)報(bào)警信息進(jìn)行接入，實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)查看，見(jiàn)圖7。

圖7 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)示例

4.5 用戶管理

以域控服務(wù)器為基礎(chǔ)進(jìn)行服務(wù)器的搭建，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登陸，通過(guò)Admin Tool工具完成普通用戶、管理員用戶、控制組等設(shè)置，達(dá)到不同權(quán)限用戶具有不同訪問(wèn)操作權(quán)限的功能。

5 總結(jié)

化工行業(yè)在工廠建設(shè)階段實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付，已經(jīng)是一項(xiàng)新型領(lǐng)域和發(fā)展方向，一般意義上的交付按照專業(yè)劃分，資料分別交付，交付成果是分散的，沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系的，很難保證數(shù)據(jù)的一致性。用戶很難進(jìn)行維護(hù)和再利用，而“數(shù)字化交付”將各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并將它們之間建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證交付信息的完整性，一致性和正確性。通過(guò)數(shù)字化移交的應(yīng)用，能大幅提升工作效率，降低經(jīng)營(yíng)成本。

就化工行業(yè)來(lái)說(shuō)，還未形成統(tǒng)一的數(shù)字化移交標(biāo)準(zhǔn)，就增加了數(shù)字化移交的困難，因此，需要建立起統(tǒng)一的移交標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)指導(dǎo)數(shù)字化移交的規(guī)范性。