化工項(xiàng)目數(shù)字化交付與集成設(shè)計(jì)平臺(tái)應(yīng)用分析

李 剛

（賽鼎工程有限公司，山西 太原 030002）

引 言

近年來，越來越多的化工項(xiàng)目提出了工程設(shè)計(jì)數(shù)字化交付的要求，為了對(duì)工程建設(shè)數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51296—2018），已于2019 年 3月1 日起實(shí)施。此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)石化項(xiàng)目數(shù)字化工廠、智能工廠建設(shè)以及對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工過程數(shù)字化信息進(jìn)行了規(guī)范，有助于國(guó)內(nèi)化工項(xiàng)目數(shù)字化交付的健康發(fā)展。

數(shù)字化交付源于數(shù)字化工廠建設(shè)的需求，數(shù)字化工廠是基于工廠對(duì)象，對(duì)工程建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)信息，生產(chǎn)運(yùn)行階段產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)信息，依靠工廠綜合信息管理平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)信息關(guān)聯(lián)交互，以服務(wù)于運(yùn)維。數(shù)字化交付過程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、信息整合和校驗(yàn)、信息移交和信息驗(yàn)收。

基于數(shù)字化交付開展的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，設(shè)計(jì)過程中二維和三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已通過集成設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了基于位號(hào)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成及多專業(yè)協(xié)同，同時(shí)采用與數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)系統(tǒng)配套的文檔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于位號(hào)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)文檔、供應(yīng)商文檔關(guān)聯(lián)，在交付時(shí)向業(yè)主整體移交設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，極大地方便了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過程調(diào)用工程建設(shè)全過程的數(shù)據(jù)及文檔，使得工程設(shè)計(jì)信息更好的服務(wù)于工廠運(yùn)維。

數(shù)字化交付通過交付平臺(tái)集成了設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工過程的信息，同時(shí)也服務(wù)于設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工，直到完善竣工信息后交付業(yè)主，所以通過數(shù)字化交付可以較便捷地實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)不同階段、各參與方信息的傳輸、溝通、處理，有助于提升工程價(jià)值[1]。

1 化工工程設(shè)計(jì)與數(shù)字化交付

1.1 傳統(tǒng)化工工程設(shè)計(jì)與數(shù)字化設(shè)計(jì)的模式組織

化工工程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要多部門、多專業(yè)設(shè)計(jì)人員互相協(xié)作、互相支持、密切配合才能完成?；すこ淘O(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容是進(jìn)行工程計(jì)算，即以設(shè)計(jì)要求為基礎(chǔ)，對(duì)物料及能量進(jìn)行衡算，確定合理的設(shè)備尺寸、原材料消耗、管道規(guī)格等，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行其他相關(guān)專業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算。

化工工程設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)為：計(jì)算繁瑣、工作量大，各專業(yè)間設(shè)計(jì)信息以設(shè)計(jì)條件為載體進(jìn)行傳遞，隨著設(shè)計(jì)深度增加，各專業(yè)均存在設(shè)計(jì)信息變更的情況，這樣對(duì)各專業(yè)間的信息溝通管理要求較高，制度不完善或執(zhí)行不到位，會(huì)影響工程的設(shè)計(jì)進(jìn)度、質(zhì)量，也會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)的增加。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)按各專業(yè)分別設(shè)計(jì)的模式來組織，交付的內(nèi)容為各專業(yè)設(shè)計(jì)成品文件，專業(yè)信息較獨(dú)立并形成“孤島”。數(shù)字化設(shè)計(jì)以工廠對(duì)象為核心的模式進(jìn)行組織，交付的信息為工廠對(duì)象各專業(yè)全生命周期的信息，是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)組織模式的一種變革，各類工廠對(duì)象以各專業(yè)屬性集中匯總的形式提供，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)字化設(shè)計(jì)的模式組織見圖1。

圖1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與數(shù)字化設(shè)計(jì)的模式組織

從圖1 可以看出，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式的各專業(yè)信息的獨(dú)立性與數(shù)字化設(shè)計(jì)模式各專業(yè)信息屬性的交融性，建立以工廠對(duì)象為核心的數(shù)字化信息模型，能形成多專業(yè)互相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，為集成設(shè)計(jì)的應(yīng)用提供數(shù)字化基礎(chǔ)。

1.2 單一數(shù)據(jù)平臺(tái)的局限性及集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用

工程設(shè)計(jì)過程中會(huì)使用較多的設(shè)計(jì)軟件，如工藝專業(yè)的 ASPEN PLUS、HYSYS、PROⅡ、智能 P&ID 等專業(yè)軟件，工藝專業(yè)流程模擬計(jì)算、換熱器、塔器等設(shè)備單體計(jì)算過程產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)，智能P&ID 等軟件產(chǎn)生的二維圖形均帶有設(shè)計(jì)屬性，其他專業(yè)使用不同的設(shè)計(jì)軟件也會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)數(shù)量較大，關(guān)聯(lián)關(guān)系也比較復(fù)雜，而且由于來源不同，導(dǎo)致專業(yè)數(shù)據(jù)格式互不兼容，因而無法通過單一數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行維護(hù)管理，進(jìn)而會(huì)引起數(shù)據(jù)無法同步，同時(shí)不能有效共享，導(dǎo)致數(shù)據(jù)需要重復(fù)輸入、不斷校對(duì)，數(shù)據(jù)一致性無法保障，效率較低；同時(shí)，工程設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)的修改和設(shè)計(jì)條件的升版，單一數(shù)據(jù)平臺(tái)無法保證不同用戶同步獲取到最新且一致的數(shù)據(jù)。

集成設(shè)計(jì)平臺(tái)包含數(shù)據(jù)管理和文檔管理，可以實(shí)現(xiàn)與智能圖形設(shè)計(jì)軟件以及外部數(shù)據(jù)交互[2]。通過集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，打通不同專業(yè)間的數(shù)據(jù)接口，將各專業(yè)軟件產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)集成到同一個(gè)平臺(tái)上，可以打破信息的“孤島”，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)數(shù)據(jù)的高效傳遞和共享，并且可以對(duì)工程材料的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工進(jìn)行一體化管理，確保數(shù)據(jù)的一致性和可追溯性，提高工程建設(shè)質(zhì)量。通過集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，還可利用后臺(tái)數(shù)據(jù)追蹤和記錄，結(jié)合在線設(shè)計(jì)校審程序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文件版本的管理；同時(shí)，應(yīng)用電子簽名實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)成品的簽署，可實(shí)現(xiàn)無紙化辦公并且提升整體效率。集成設(shè)計(jì)平臺(tái)在數(shù)字化交付中的應(yīng)用見圖2。

1.2.2觀察組采用方法 本組研究對(duì)象采取CTA檢測(cè)，檢測(cè)方法：選擇64層螺旋CT掃描系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，于患者肘正中靜脈將非離子型對(duì)比劑注入，劑量為2mg/kg，注入速度為每秒3～4ml，延遲時(shí)間為15秒～23秒。掃描參數(shù)：300mA、120kV、螺距為3.5、層厚為1mm、重建間隔為0.5mm。

圖2 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)在數(shù)字化交付中的應(yīng)用

由圖2 可知，集成設(shè)計(jì)平臺(tái)融合貫通了多專業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、文檔管理和工作流管理等功能，最終進(jìn)行靜態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)字化交付。

1.3 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)助力數(shù)字化交付

集成設(shè)計(jì)與數(shù)字化工廠的關(guān)系見圖3。

圖3 集成設(shè)計(jì)與數(shù)字化工廠的關(guān)系

工程公司在工廠建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)數(shù)據(jù)、業(yè)主在工廠運(yùn)維階段產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和基于工廠三維可視化模型的相互關(guān)聯(lián)，形成數(shù)字化工廠。

集成設(shè)計(jì)平臺(tái)交付數(shù)據(jù)具有完整性、準(zhǔn)確性、高效性等特點(diǎn)，可助力數(shù)字化交付。

1.3.1 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)包含交付標(biāo)準(zhǔn)中的各類規(guī)定，可保證數(shù)據(jù)完整性

集成設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)有明確的規(guī)范定義，對(duì)工廠的分解結(jié)構(gòu)，類庫(kù)的定義以及工廠對(duì)象編號(hào)規(guī)定等，遵循《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51296—2018），項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期通過制定《工程信息編碼規(guī)定》《工廠對(duì)象分類及屬性規(guī)定》等基礎(chǔ)性規(guī)定，可保證交付數(shù)據(jù)完整性。

1.3.2 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、規(guī)范、集成，可保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

工程公司作為交付方，移交信息來源于工程公司設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工全過程的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文檔和模型。各專業(yè)按照管理要求統(tǒng)一提交到集成設(shè)計(jì)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)，可由集成設(shè)計(jì)平臺(tái)同步至交付平臺(tái)，通過分析整理，形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一標(biāo)識(shí)、有效關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)信息；并且多專業(yè)三維模型的協(xié)同設(shè)計(jì)，不僅是為了滿足數(shù)字化交付的需求，更能消除專業(yè)間的模型碰撞，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1.3.3 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)布具有高效性，能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)移交和竣工移交

數(shù)字化交付項(xiàng)目在初始階段就確定了以工程公司為工程數(shù)據(jù)匯總中心，搭建工程交付平臺(tái)的職責(zé)，制定階段性交付工程數(shù)據(jù)的收集和管理策略，這樣所有分包商在項(xiàng)目的執(zhí)行過程中、在項(xiàng)目逐步推進(jìn)過程中，就能夠?qū)⒚總€(gè)階段產(chǎn)生的各類工程數(shù)據(jù)收集起來，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)期信息的分階段、漸進(jìn)式交付。

1.3.4 集成設(shè)計(jì)平臺(tái)能對(duì)未來智能化工廠提供核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有利于工程項(xiàng)目EPC 的優(yōu)化管理

工程公司作為交付方，移交信息來源于工程公司設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工全過程的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文檔和模型。為保證移交信息的完整性、準(zhǔn)確性、一致性，工程公司需制定一系列基礎(chǔ)性規(guī)定和質(zhì)量審核規(guī)定等內(nèi)容，以便將交付信息應(yīng)用于采購(gòu)施工階段，使工程建設(shè)各參與方能便捷地獲取工程數(shù)據(jù)，提高工程建設(shè)質(zhì)量。

2 數(shù)字化交付及集成設(shè)計(jì)發(fā)展展望及建議

2.1 發(fā)展展望

當(dāng)今世界，信息技術(shù)創(chuàng)新日新月異，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化深入發(fā)展，結(jié)合面臨的新形勢(shì)和新技術(shù)應(yīng)用，化工行業(yè)應(yīng)以助力中國(guó)加快從制造大國(guó)轉(zhuǎn)向“智造”強(qiáng)國(guó)、早日實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”為重點(diǎn)，推動(dòng)新技術(shù)應(yīng)用；踐行節(jié)能環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)文明等綠色發(fā)展理念，廣泛應(yīng)用集成設(shè)計(jì)、三維設(shè)計(jì)、仿真模擬等技術(shù)，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能制造等新技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)勘察設(shè)計(jì)手段創(chuàng)新；深度推進(jìn)數(shù)字化工廠在工程建設(shè)運(yùn)營(yíng)全過程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)共享和信息化管理，提高工程建設(shè)綜合效益。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位在向總承包業(yè)務(wù)為主價(jià)值鏈延伸的同時(shí)，基本實(shí)現(xiàn)了向工程公司的轉(zhuǎn)型，未來應(yīng)繼續(xù)延伸價(jià)值鏈，向智能運(yùn)維方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)由“建工廠”到“管工廠”的延伸。數(shù)字化交付在以上發(fā)展過程中將發(fā)揮重大的推動(dòng)作用，使從源頭上掌握工廠運(yùn)行管理數(shù)據(jù)成為可能，并以設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建設(shè)數(shù)字工廠，在更高的基礎(chǔ)上開展現(xiàn)代化的工廠運(yùn)維管理及設(shè)備資產(chǎn)管理，從而實(shí)現(xiàn)工廠全生命周期的數(shù)字化管理。

未來化工項(xiàng)目數(shù)字化交付需結(jié)合化工工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)與未來智能化工廠的建設(shè)要求，引導(dǎo)傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方式的變革，通過集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，使得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從產(chǎn)生、專業(yè)間流轉(zhuǎn)到交付業(yè)主全過程，能高效發(fā)揮數(shù)字化平臺(tái)的數(shù)據(jù)提取、整合功能，更好地服務(wù)工廠后期運(yùn)維管理。

2.2 建議

化工行業(yè)正朝著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，智能工廠是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的必要手段之一。智能工廠建設(shè)貫穿項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理全過程，是一項(xiàng)非常復(fù)雜和艱巨的任務(wù)?；ば袠I(yè)智能工廠的建設(shè)并不是一蹴而就，其需要一個(gè)過程，應(yīng)在項(xiàng)目實(shí)施過程中分步實(shí)施?；ば袠I(yè)各工程公司，應(yīng)該承擔(dān)起在工程項(xiàng)目中推廣采用設(shè)計(jì)工具軟件，進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，完成數(shù)字化交付，最終實(shí)現(xiàn)把一個(gè)真正的數(shù)字化虛擬工廠交付給業(yè)主，為工廠數(shù)字化運(yùn)維做準(zhǔn)備。

3 結(jié) 語

數(shù)字化交付的建設(shè)目標(biāo)是與工程同步實(shí)施建設(shè)一個(gè)與實(shí)際工廠信息一致對(duì)應(yīng)的“數(shù)字化工廠”。數(shù)字化能驅(qū)動(dòng)物資采購(gòu)與供應(yīng)的精細(xì)化管理，更精準(zhǔn)地指導(dǎo)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、生產(chǎn)全過程的策劃和調(diào)度，形成企業(yè)的核心數(shù)據(jù)庫(kù)。通過高性能實(shí)時(shí)處理的數(shù)據(jù)平臺(tái)，廣泛采集、處理和分析數(shù)字化業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中的多樣化運(yùn)維數(shù)據(jù)，不僅能促進(jìn)企業(yè)推廣應(yīng)用信息化新技術(shù)，更重要的是可提升企業(yè)智能運(yùn)維的能力，做到科學(xué)決策、精準(zhǔn)實(shí)施。同時(shí)，也只有推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，通過數(shù)字化改善工程交付流程，才能提高工程項(xiàng)目的效率，縮短時(shí)間，降低成本。