某EPC項(xiàng)目尿素裝置數(shù)字化交付探索與實(shí)踐

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430233)

隨著信息技術(shù)的發(fā)展， 化工行業(yè)各單位在生產(chǎn)實(shí)踐中采用越來越多的數(shù)字化手段，但隨著信息化的深入，信息孤島效應(yīng)和數(shù)據(jù)重復(fù)建設(shè)的情況也越來越明顯。數(shù)字化移交工作收集了大量項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在分類整理、全面整合、根據(jù)指定的規(guī)范和流程完善數(shù)據(jù)關(guān)系模型后，即可將各類數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，有效消除信息孤島，避免數(shù)據(jù)重復(fù)建設(shè)[1]。數(shù)字化交付是以工廠對象為核心，對工程項(xiàng)目建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)建，直至移交的工作過程，其中涵蓋信息交付策略制定、信息交付基礎(chǔ)制定、信息交付方案制定、信息整合與校驗(yàn)、信息移交和信息驗(yàn)收[2]。

1 項(xiàng)目背景

1.1 數(shù)字化交付現(xiàn)狀

數(shù)字化交付作為一個(gè)先進(jìn)的交付模式，國內(nèi)各大工程公司都進(jìn)行了一定的嘗試和探索，目前，設(shè)計(jì)院牽頭來做的數(shù)字化交付基本都定位于接收設(shè)計(jì)和采購階段的既有成果，即“有什么交什么”，形成具備三維可視化能力的“工程數(shù)字檔案系統(tǒng)”后再移交給業(yè)主，便于其信息查詢，尚處于數(shù)字化交付的初級階段。相較傳統(tǒng)交付來說，當(dāng)前的數(shù)字化交付僅僅是對文檔進(jìn)行了電子化，同時(shí)提供了一套設(shè)計(jì)的Review模型。

1.2 發(fā)展趨勢

隨著化工企業(yè)業(yè)主對數(shù)據(jù)需求的明確以及工程公司IT和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，深度數(shù)字化交付的概念逐漸明確。深度數(shù)字化交付模式是一個(gè)系統(tǒng)性工程，定位于利用工程建設(shè)階段性成果為生產(chǎn)準(zhǔn)備期和運(yùn)營期服務(wù)，提高生產(chǎn)準(zhǔn)備工作效率和質(zhì)量，為運(yùn)營期構(gòu)建高質(zhì)量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和IT架構(gòu)基礎(chǔ)。其范圍覆蓋設(shè)計(jì)、采購、施工和試運(yùn)行，在集成、結(jié)構(gòu)化組織和關(guān)聯(lián)各階段的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)、模型精細(xì)化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和發(fā)布以及工程建設(shè)過程的數(shù)字化管理形成持續(xù)交付，最終形成數(shù)據(jù)范圍和內(nèi)容完整，且具備高質(zhì)量數(shù)據(jù)和可訪問性的裝置級“數(shù)字孿生”。

在簡化模式基礎(chǔ)上，深度交付模式還能夠直接助力生產(chǎn)準(zhǔn)備期和運(yùn)營初期的多項(xiàng)工作，如認(rèn)知培訓(xùn)、操作培訓(xùn)、基礎(chǔ)資料梳理、轉(zhuǎn)資、第三方系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)錄入等，同時(shí)為運(yùn)營期智能應(yīng)用構(gòu)建良好的數(shù)字底座和IT基礎(chǔ)平臺。

2 數(shù)字化交付目標(biāo)

通過數(shù)字化交付的實(shí)施，形成以工廠對象為核心，模型、智能P&ID、數(shù)據(jù)及文檔互相關(guān)聯(lián)的數(shù)字化工廠，為企業(yè)運(yùn)維提供信息支撐，滿足企業(yè)精細(xì)化管理需求。

(1)以多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的三維模型為基礎(chǔ)，并依據(jù)項(xiàng)目要求補(bǔ)充缺失模型以及智能P&ID重繪等工作，將最終的模型及智能P&ID數(shù)據(jù)移交到數(shù)字化交付平臺，存儲和管理數(shù)字化交付的模型及智能P&ID數(shù)據(jù)。

(2)對重要設(shè)備的模型進(jìn)行升級，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備精細(xì)化外形以及設(shè)備內(nèi)件的查看，輔助施工以及運(yùn)維階段的方案編制，更可以幫助新員工直觀地了解設(shè)備構(gòu)造。

(3)對數(shù)字化交付的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理、重新組織和完善，參考GB/T 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》及業(yè)主提供的數(shù)據(jù)收集模版，實(shí)現(xiàn)模型分類及屬性字段的標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)通過標(biāo)準(zhǔn)模版移交數(shù)據(jù)，為工廠運(yùn)營提供信息支持，大幅降低業(yè)主在數(shù)據(jù)錄入上耗費(fèi)的時(shí)間和精力，提高生產(chǎn)效率，讓高質(zhì)量的數(shù)據(jù)唾手可得。[3]

(4)通過文檔整編和關(guān)聯(lián)文件構(gòu)建等工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化平臺中文檔的便捷查閱。

3 數(shù)字化交付實(shí)踐

筆者結(jié)合某公司完成的EPC尿素裝置的數(shù)字化交付工作，介紹使用 iTwins平臺、進(jìn)行數(shù)字化交付載體、存儲和管理數(shù)字化交付的探索和實(shí)踐，交付的簡易流程見圖1。

圖1 交付的簡易流程

3.1 統(tǒng)一規(guī)定編制

統(tǒng)一規(guī)定作為整個(gè)項(xiàng)目的共識及指導(dǎo)，需要能夠讓項(xiàng)目有序、高效進(jìn)行，通過各專業(yè)以及與業(yè)主間的討論，從實(shí)際需求出發(fā)，推導(dǎo)對數(shù)字化交付的要求[4]，同時(shí)考慮規(guī)定的易實(shí)施性，確保參與項(xiàng)目的人員理解各項(xiàng)規(guī)定。

3.2 定義工廠對象類庫

工廠對象類庫是對工廠對象組織結(jié)構(gòu)的描述，包括工廠對象分類、屬性、量綱、屬性規(guī)則、文檔分類、文檔屬性等內(nèi)容，用以規(guī)范數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)定義，確保按要求交付。

3.3 模型構(gòu)建

采用多個(gè)設(shè)計(jì)軟件，對相應(yīng)的工廠對象進(jìn)行建模，并采用iTWins的工具進(jìn)行相應(yīng)的模型替換工作，保證模型的唯一性，模型構(gòu)建流程見圖2。

3.4 多源模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入

將不同來源的模型導(dǎo)入平臺，主要指對裝置設(shè)計(jì)、采購所應(yīng)用的不同格式軟件的模型進(jìn)行解析，包括PDMS、Tekla、SolidWorks、3Dmax等軟件。前文提到，多個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用在給設(shè)計(jì)帶來方便的同時(shí)，也給數(shù)字化交付帶來了龐雜不一的分類體系、海量的屬性字段以及不同的幾何信息表達(dá)方式。如何采用軟件工具對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并翻譯，成為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵。

圖2 模型構(gòu)建流程

iTwins配套的工具——收集數(shù)據(jù)庫具備解析以及翻譯的功能，能夠?qū)⒍嘣磾?shù)據(jù)進(jìn)行解析并翻譯相同數(shù)據(jù)格式：首先通過讀取器的無損解析，將全部數(shù)據(jù)讀入收集數(shù)據(jù)庫中，再通過屬性映射或者數(shù)據(jù)表導(dǎo)入的方式，實(shí)現(xiàn)不同模型分類及屬性與類庫間的匹配，數(shù)據(jù)解析轉(zhuǎn)換過程見圖3。

圖3 數(shù)據(jù)解析轉(zhuǎn)換過程

3.5 智能P&ID繪制

智能P&ID繪制包括4個(gè)階段：準(zhǔn)備階段、資料收集階段、智能P&ID繪制階段和校核階段。智能P&ID繪制流程見圖4。

圖4 智能P&ID繪制流程

(1)準(zhǔn)備階段：繪制人員根據(jù)整個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)內(nèi)容，分析項(xiàng)目對智能P&ID數(shù)據(jù)的具體要求，列出資料收集清單表，交付資料收集人員進(jìn)行現(xiàn)場收集。

(2)資料收集階段：資料收集人員根據(jù)收集清單與各專業(yè)人員溝通，收集相應(yīng)電子資料。

(3)智能P&ID繪制階段：根據(jù)收集的資料，按照繪圖流程進(jìn)行具體的繪制工作。

(4)校核階段：圖紙校核包括兩部分，即繪圖人員自校核和專門的審核人員校核審核，如果審核不通過，則返回給繪圖人員再次修改、再審核，直到滿足繪圖要求。

3.6 屬性數(shù)據(jù)交付

基于項(xiàng)目類庫構(gòu)建屬性表模版，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行各類數(shù)據(jù)錄入工作，對象屬性表完成后，將最終數(shù)據(jù)提交上傳至iTwins，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的相互關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)交付流程見圖5。

圖5 數(shù)據(jù)交付流程

3.6.1定義屬性

按照國標(biāo)要求進(jìn)行數(shù)據(jù)的重新組織，制定要求交付數(shù)據(jù)模板，根據(jù)要求交付數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)制定原始數(shù)據(jù)表與要求交付數(shù)據(jù)模板間的映射關(guān)系，并提供每類數(shù)據(jù)表的自動提取工具。

3.6.2交付屬性

工廠對象屬性數(shù)據(jù)模板中的數(shù)據(jù)來源于不同設(shè)計(jì)專業(yè)及采購、施工階段，利用自動化工具對大量的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理(提取、整合、剔除)，在交付給業(yè)主完整屬性數(shù)據(jù)的同時(shí)，減少了EPC人員處理數(shù)據(jù)的工作時(shí)間，提升了工作效率。

3.6.3校驗(yàn)屬性

基于類庫中的數(shù)據(jù)規(guī)則，在iTWins中對模型數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，包括數(shù)據(jù)飽和度、合規(guī)性、準(zhǔn)確性等。

3.7 文檔整編關(guān)聯(lián)

文檔整編關(guān)聯(lián)包括文檔的拆分、文檔分類調(diào)整、關(guān)聯(lián)文件編制等，具體流程見圖6。

圖6 文檔整編關(guān)聯(lián)流程

對于復(fù)雜文檔，如供應(yīng)商文檔，由于存在組織較亂的情況，需根據(jù)統(tǒng)一規(guī)定進(jìn)行一定拆分工作。

對不同類型的文檔，按照統(tǒng)一規(guī)定要求，進(jìn)行分組存放，確保文檔結(jié)構(gòu)樹清晰合理。

文檔的關(guān)聯(lián)文件編制工作包括設(shè)備、管線和儀表閥門等位號關(guān)鍵詞提取，設(shè)計(jì)文檔關(guān)聯(lián)的清單整理等。

3.7.1構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系

基于業(yè)主交付要求，在EPC交付文檔和工廠對象之間自由建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，方便業(yè)主在裝置運(yùn)營時(shí)，通過工廠對象便可以找到與其有關(guān)聯(lián)的全部文檔，降低數(shù)據(jù)檢索時(shí)間，提升工作效率。

(1)將相應(yīng)的位號規(guī)則及文檔放入指定位置，運(yùn)行iTWins的PowerShell工具。

(2)運(yùn)行完成后，即可自動提取文檔中的工廠對象位號，生成關(guān)聯(lián)關(guān)系文件。

3.7.2校驗(yàn)文檔關(guān)聯(lián)性

校驗(yàn)文檔關(guān)聯(lián)性指對已交付的文件與工廠對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行校驗(yàn)，主要包括：①關(guān)聯(lián)工廠對象位號與模型位號是否一致；②已交付的文檔是否與計(jì)劃關(guān)聯(lián)的工廠對象建立關(guān)聯(lián)；③模型中的工程對象是否有與之關(guān)聯(lián)的文檔。

3.7.3交付文檔

在設(shè)計(jì)-采購-施工階段交付的大量文檔，通過批處理方式進(jìn)入系統(tǒng)，支持用戶通過關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行查看。

3.8 iTwins交付平臺建設(shè)

(1)模型整合。基于交付平臺對多源模型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，此次項(xiàng)目實(shí)踐應(yīng)用涉及模型數(shù)據(jù)源、PDMS設(shè)計(jì)模型、TEKLA設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)模型、solidworks構(gòu)建的精細(xì)化模型含內(nèi)件和3Dmax模型。

(2)智能P&ID加載。通過智能P&ID可對二維PID圖元上的所有信息進(jìn)行工程屬性的查看，并支持二維、三維模型間的聯(lián)動跳轉(zhuǎn)。

(3)屬性信息展示。對工廠對象的工程屬性進(jìn)行展示，并支持對設(shè)備設(shè)施的零部件屬性進(jìn)行查看。

(4)關(guān)聯(lián)文檔查看。對工廠對象的相關(guān)文檔進(jìn)行查看。

(5)機(jī)泵拆解視頻在線播放。對于機(jī)泵的拆解視頻支持在線播放瀏覽。

(6)精細(xì)化模型剖切瀏覽。剖切精細(xì)化模型設(shè)備，支持從任意角度剖切、查看設(shè)備內(nèi)構(gòu)件。

(7)模型抽離。對于復(fù)雜場景或者隱蔽場景下的設(shè)備設(shè)施，可以對其進(jìn)行抽離查看，通過調(diào)整其透明度，了解其位置及周圍環(huán)境狀況。

(8)收藏。對重點(diǎn)關(guān)注的工廠對象建立集合，進(jìn)行收藏，在收藏欄進(jìn)行管理。

(9)視角管理。通過視角建立，可以快速訪問到用戶關(guān)注的某一視角下的工廠對象的位置。

(10)三維場景漫游?？梢酝ㄟ^自由漫游、行走漫游、飛行漫游這三種方式對裝置進(jìn)行瀏覽。

(11)測量工具。提供多種測量工具以及測量方式，對長度、面積進(jìn)行測量。

(12)批注。可以對工廠對象的狀態(tài)進(jìn)行批注，直觀醒目地提示給相關(guān)用戶。

4 重點(diǎn)解決的問題

4.1 可落地的統(tǒng)一規(guī)定

GB/T 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》，已于2019年3月1日起實(shí)施，作為推薦標(biāo)準(zhǔn)，主要進(jìn)行了框架性的指導(dǎo)，但沒有相關(guān)的具體細(xì)則，無法指導(dǎo)實(shí)際工作。為了項(xiàng)目實(shí)施順利開展，項(xiàng)目基于GB/T 51296—2018制定了詳細(xì)的交付規(guī)定，包括模型精細(xì)度要求、模型配色要求、智能P&ID要求、分類屬性字段要求、文件命名要求、文檔關(guān)聯(lián)要求等。

為了讓數(shù)字化交付規(guī)定能夠落地易實(shí)施，對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)要求，以文檔為例，細(xì)化到哪些工廠對象關(guān)聯(lián)哪些文檔，對于一些重點(diǎn)關(guān)注的文檔，對其頁面包含同樣內(nèi)容的情況作出了規(guī)定，例如管架/彈簧/調(diào)節(jié)閥等數(shù)據(jù)表，應(yīng)獨(dú)立存放，數(shù)據(jù)表頁面中應(yīng)只包含一條位號，方便業(yè)主運(yùn)維人員查閱。

4.2 關(guān)鍵工廠對象的精細(xì)化建模

在本次項(xiàng)目之前，設(shè)備設(shè)計(jì)主要采用以二維為主的方式進(jìn)行，設(shè)備的模型僅通過PDMS軟件完成，設(shè)備內(nèi)部細(xì)節(jié)無法進(jìn)行表達(dá)，內(nèi)部零部件的詳細(xì)屬性信息無法在相應(yīng)的位置展示，且與之相應(yīng)的文檔只能關(guān)聯(lián)在設(shè)備上，后期使用相對較麻煩。本次項(xiàng)目通過SOLIDWORKS對主要設(shè)備進(jìn)行精細(xì)化建模工作，相應(yīng)的屬性和文檔都在零部件本身進(jìn)行表達(dá)，直觀明了。

4.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

當(dāng)前，工程公司在數(shù)字化設(shè)計(jì)方面已經(jīng)較為成熟，各種專業(yè)的工程設(shè)計(jì)軟件靈活運(yùn)用于各類工廠對象設(shè)計(jì)過程中，如工藝專業(yè)SP P&ID，DIAGRAM，管道專業(yè)的PDS、PDMS、SP3D，結(jié)構(gòu)專業(yè)的TEKLA，建筑專業(yè)的REVIT等，在給設(shè)計(jì)帶來方便的同時(shí)，也給數(shù)字化交付帶來了龐雜的分類體系、海量的屬性字段以及不同幾何信息的表達(dá)方式。本項(xiàng)目采用軟件工具對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并翻譯，成為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目通過各項(xiàng)軟件工具解決了當(dāng)前數(shù)字化交付過程中的幾個(gè)棘手問題，為以后的項(xiàng)目積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)數(shù)字化交付項(xiàng)目有序高效地開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

由于本次數(shù)字化交付項(xiàng)目開展時(shí)間較晚，整個(gè)項(xiàng)目對數(shù)字化建設(shè)支撐不足，后續(xù)項(xiàng)目應(yīng)從更高的起點(diǎn)著手，讓數(shù)字化交付成果成為從設(shè)計(jì)開始到工程建設(shè)以及開車、運(yùn)維等階段全生命周期的數(shù)據(jù)支撐。