大型化工項目數(shù)字化交付的實施

吳春暉

上海華誼集團(tuán)股份有限公司 上海 200040

近年來，國家相繼發(fā)布了《中國制造2025》[1]、智能制造發(fā)展規(guī)劃（2016- 2020 年）[2]、《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2018 年版）》[3]等，明確指出了我國智能工廠建設(shè)的迫切性和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，包括智能工廠設(shè)計、建造與交付，以及智能設(shè)計、生產(chǎn)、管理、物流和集成優(yōu)化等。明確智能工廠的建設(shè)重點是智能工廠設(shè)計、智能工廠交付、智能生產(chǎn)和集成優(yōu)化等標(biāo)準(zhǔn)。通過數(shù)字化交付，可以實現(xiàn)智能設(shè)計、建造和交付，為智能工廠建設(shè)提供強(qiáng)有力的支撐。數(shù)字化交付是以工廠對象為核心，對工程項目建設(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[4]。數(shù)字化交付從項目建設(shè)的源頭著手，在工程建設(shè)完成后，同步建設(shè)數(shù)字工廠，即完成竣工版的設(shè)計（E）、采購（P）和施工（C）數(shù)據(jù)交付整合，實現(xiàn)數(shù)字工廠和物理工廠一致，為后續(xù)生產(chǎn)運營、維護(hù)和安全管理等提供保障。通過數(shù)字化交付平臺的建設(shè)，可幫助企業(yè)接收和管理EPC 承包商移交的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為后期智能工廠建設(shè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。數(shù)字化交付不僅推動了工程公司未來業(yè)態(tài)的改變和進(jìn)步，更重要的是業(yè)主方將從源頭上掌握工廠運行管理數(shù)據(jù)，并以設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)工廠數(shù)字化，開展現(xiàn)代化的工廠運維管理及設(shè)備資產(chǎn)管理，從而實現(xiàn)工廠全生命周期的數(shù)字化管理。

1 項目概況

上海華誼集團(tuán)擬在廣西欽州石化園區(qū)建設(shè)華誼欽州化工新材料一體化基地，其中一期工業(yè)氣體島項目建設(shè)內(nèi)容包括粉煤氣化裝置、凈化及CO 分離裝置、甲醇合成及精餾裝置、乙二醇裝置、醋酸裝置，以及相關(guān)的配套輔助設(shè)施和公用工程。主要由7 個EPC 承包商負(fù)責(zé)裝置建設(shè)，總投資過百億。

2 數(shù)字化交付平臺的確定

目前，國內(nèi)外越來越多的項目開始探索數(shù)字化交付。對于化工項目而言，由于工藝流程較為復(fù)雜、各專業(yè)契合度較高，對數(shù)字化交付平臺提出了更高的要求。目前國外主流數(shù)字化交付平臺商同時也是知名的設(shè)計軟件提供商，如施耐德公司的AVEVA NET、?？怂箍倒镜腟P Foundation 和西門子公司的COMOS，這幾家公司同時提供三維和智能P&ID 設(shè)計軟件。近年來，國內(nèi)廠商也開始提供國產(chǎn)的數(shù)字化交付平臺，如中科輔龍、達(dá)美盛、北京綏通等。相比較而言，國外的軟件提供商有較多的應(yīng)用案例，國內(nèi)的產(chǎn)品正在逐步完善，市場占有率有待進(jìn)一步提高。本項目最終確定采用施耐德的AVEVA NET 作為數(shù)字化交付平臺，同時要求各EPC 承包商使用PDMS 進(jìn)行三維模型設(shè)計。

3 數(shù)字化交付內(nèi)容及要求的確定

本項目要求所有裝置都進(jìn)行數(shù)字化交付，交付內(nèi)容包括四部分：三維模型、智能P&ID、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和工程文件（非結(jié)構(gòu)化文件）。

3.1 三維模型

本項目規(guī)定各承包商采用施耐德公司的PDMS 軟件（軟件版本12.1SP5）進(jìn)行三維建模，繪制平面布置圖并抽取單線圖，原則采用業(yè)主提供的PDMS 標(biāo)準(zhǔn)種子文件，最終提交原始數(shù)據(jù)庫。

為了更好地整合各裝置，對三維模型工廠結(jié)構(gòu)和命名進(jìn)行了統(tǒng)一要求，對設(shè)備、管道、儀表、電氣、結(jié)構(gòu)、建筑、總圖、消防、暖通、地下管網(wǎng)及室內(nèi)給排水等的建模內(nèi)容、建模深度和顏色進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

3.2 智能P&ID

本項目規(guī)定采用?？怂箍倒镜腟martplantP&ID（軟件版本2014R1）進(jìn)行智能P&ID 設(shè)計，原則采用業(yè)主提供的種子文件，根據(jù)圖框模板定制標(biāo)準(zhǔn)圖簽?zāi)０濉?/p>

為統(tǒng)一智能P&ID 的規(guī)范要求，對圖紙的布局（包括細(xì)節(jié)、注釋）、智能P&ID 的深度、非智能圖形或文本、成套設(shè)備、管道、組件、儀表和屬性表達(dá)等進(jìn)行了統(tǒng)一規(guī)定。

3.3 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括工廠對象屬性、焊縫屬性等。本項目要求工廠對象分類與ERP 中的資產(chǎn)分類一致，即保證ERP 和AVEVA NET 中資產(chǎn)類別的一致性。對于每種資產(chǎn)的屬性，根據(jù)ERP 的要求和項目實際情況，制定了相關(guān)資產(chǎn)屬性填報要求。

為更好地管理焊縫信息，本項目將焊縫信息作為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳到數(shù)字化交付平臺。焊縫編號由所在管道號（從ISO 圖中獲取）和焊縫順序號（按照介質(zhì)流向編號）組成（確保全廠唯一性）。每個焊縫對應(yīng)相關(guān)的焊接信息，如焊接方式、焊接厚度、坡口方式、材質(zhì)、焊條牌號、焊條規(guī)格、熱處理報告、焊接氣體保護(hù)、焊工編號、無損檢測方式和焊工信息等，可以實現(xiàn)焊縫信息的多維度查詢和調(diào)閱。

3.4 工程文件

工程文件主要包括設(shè)計文件、采購文件和施工文件。為更好地管理工程文件，建立了文件目錄結(jié)構(gòu)體系，具體如圖1 所示，目錄結(jié)構(gòu)中的□表示文件夾，

圖1 工程文件目錄

表示文件。

為了更好地管理工程文件，對設(shè)計、供應(yīng)商、施工的文件命名也建立了編號規(guī)則。

3.4.1 設(shè)計文件編號

3.4.1.1 設(shè)計專業(yè)成品文件編號

設(shè)計專業(yè)成品文件編號：PPP—E—AAA—Y—BB—CCC—XXXX。其中，PPP 為項目代號，根據(jù)統(tǒng)一規(guī)定；E 為文件識別碼，代表設(shè)計文件，用于數(shù)字化交付平臺識別文件編號類型；AAA 為主項號，按照設(shè)計統(tǒng)一規(guī)定；Y 表示系列號，如果同一裝置多個系列，采用A、B、C……等表示，如果僅為單系列，則采用0 表示；BB 為專業(yè)代碼，詳見表1；CCC 為文件類型代碼，詳見表2；XXXX 為文件順序號，0001—9999。

表1 專業(yè)代碼表

表2 文件類型代碼表

3.4.1.2 設(shè)備專業(yè)成品文件編號

設(shè)備專業(yè)成品文件編號：PPP—F—AAA—Y—BB—CCC—DD—XX—ZZ。其中，PPP、F（代表設(shè)備專業(yè)文件）、AAA、Y、BB、CCC 的編碼原則與設(shè)計成品文件編碼規(guī)則一致。DD 代表設(shè)備類型代碼，按照設(shè)備分類代碼，詳見表3。XX 代表同一設(shè)備類型下不同設(shè)備的順序號；ZZ 代表同一設(shè)備的不同設(shè)備圖紙的順序號。

表3 設(shè)備分類代碼

3.4.1.3 常規(guī)管線軸測圖文件編號（設(shè)備Trim 管線除外）

常規(guī)管線軸測圖文件編號：PPP—I—BB—CCC—AAA—DDD—HHHHH—Y—XXX。其中，PPP、I（代表軸測圖文件）、BB、CCC、AAA、Y 的編碼原則與設(shè)計成品文件編碼規(guī)則一致；DDD 代表介質(zhì)代號（按照總體統(tǒng)一規(guī)定）；HHHHH 第1 位為系列號（無系列時為0），第2—5 位為同類管道順序號；XXX 表示相同管線下的文件順序號。

3.4.1.4 Trim 管線軸測圖文件編號

Trim 管線軸測圖文件編號：PPP—I—BB—CCC—AAA—DDD—BBXXXXSGG—Y—XXX。其中，PPP、I（代表軸測圖文件）、BB、CCC、AAA、DDD、Y、XXX的編碼原則與常規(guī)管線軸測圖文件編號規(guī)則一致；BBXXXXSGG 表示Trim 管線所連接的設(shè)備代碼（BB）、設(shè)備順序號和尾號（XXXXS）以及管口編號（GG）。

3.4.2 供應(yīng)商文件編號

3.4.2.1 設(shè)備類供應(yīng)商文件編號

設(shè)備類供應(yīng)商文件編號：PPP- PY- K- DD- ZZCCC- YYY。其中，PPP、DD、CCC 的編碼原則與設(shè)備專業(yè)成品文件編碼規(guī)則一致。PY 表示資產(chǎn)平臺采購文件識別碼，其中PA 表示單個文件對應(yīng)單臺設(shè)備（單位號）、PB 表示單個文件對應(yīng)多臺設(shè)備（多位號）、PC 表示單個文件對應(yīng)系統(tǒng)。K 表示承包商采購流水號（供應(yīng)商代號+ 流水號），如果是甲供設(shè)備，按照項目代號+流水號。ZZ：當(dāng)文件與單臺設(shè)備對應(yīng)時，為設(shè)備位號，當(dāng)文件與多臺設(shè)備或系統(tǒng)對應(yīng)時，直接用ZZ 表示。YYY表示文件順序號，001—999。

本項目要求壓縮機(jī)、汽輪機(jī)類設(shè)備供應(yīng)商提交設(shè)備的三維模型（采用機(jī)械設(shè)計軟件建模，裝配體建模，交付文件格式為SOLIDWORKS 或INVENTOR 模型文件），模型包含設(shè)備外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)（與現(xiàn)場檢維修相關(guān)的零部件的結(jié)構(gòu)）。文件命名按照設(shè)備類供應(yīng)商文件編號，同時填寫非結(jié)構(gòu)化文檔- 位號MAPPING表，將三維模型拆解圖與位號建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3.4.2.2 材料類供應(yīng)商文件編號

材料類供應(yīng)商文件編號：PPP- PD- K- MAT- CC C- YYY。其中，PPP、K、CCC、YYY 的編碼原則與設(shè)備類供應(yīng)商文件編碼規(guī)則一致；PD 表示采購文件資產(chǎn)平臺識別碼，代表大宗采購材料類型的采購文件；MAT 表示材料類文件。

3.4.3 施工類文件編號

3.4.3.1 施工冊文件編號

施工冊文件編號：PPP- B- EEE- BB- K- J- GG。其中，PPP、K 與設(shè)備文件編號規(guī)則一致；B 為數(shù)字化交付平臺識別碼（施工冊為S，材料冊為C，綜合冊為Z）；EEE 為單項工程編號；BB 為施工專業(yè)代碼，施工記錄冊代碼S0（S1、S2、S3、S4、S5、S6 分別代表土建、設(shè)備、管道、電氣電信、儀表、消防等專業(yè)）；J 為施工單位代碼，用大寫字母表示；GG 為工程代碼（需包含單位工程編號、分部工程編號及分項工程編號，編號規(guī)則遵照各承包商提交業(yè)主審批確認(rèn)后的“施工分部分項工程劃分表”執(zhí)行）。

3.4.3.2 材料冊文件編號

材料冊文件編號：PPP- B- EEE- BB- K- J- XXX X。其中，PPP、B、EEE、BB、K、J 與施工冊文件編號規(guī)則一致；XXXX 表示4 位順序號，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，0001—9999。

3.4.3.3 綜合冊文件編號

綜合冊文件編號：PPP- B- EEE- BB- K- J- CC C- XXXX。其中，PPP、B、EEE、BB、K、J、XXXX 與材料冊文件編號規(guī)則一致；CCC 表示文件類型編碼，與設(shè)計文件編號一致。

3.4.3.4 焊縫相關(guān)文件

焊縫相關(guān)文件的交付過程為：設(shè)計單位提供可編輯版的ISO 圖文件（DWG 格式），供施工單位根據(jù)現(xiàn)場管道實際焊接情況標(biāo)注焊點信息；施工單位在竣工后，提交可編輯版的帶準(zhǔn)確定位焊點的ISO 圖文件（DWG格式），以及審批完成的紙版文件的掃描版ISO 圖文件（PDF 格式） 給EPC 承包商或設(shè)計單位（E+PC 或E+P+C），上傳至平臺S00- ISO 文件中。

焊縫編號由焊縫所在管道編號+ 焊縫順序號組成。管道編號按照常規(guī)管線軸測圖文件標(biāo)號規(guī)則，焊縫順序號可跳號，但必須唯一。

4 數(shù)字化交付的方式

本項目EPC 承包商數(shù)量較多、交付數(shù)據(jù)量大，考慮到有一定的信息安全風(fēng)險（包括數(shù)據(jù)泄漏、移動存儲介質(zhì)將病毒傳給服務(wù)器等），結(jié)合AVEVA NET 平臺系統(tǒng)搭建的要求，最終確定采用FTP 遠(yuǎn)程傳輸模式，提供可靠、安全、高效的文件傳輸。

各家EPC 單位準(zhǔn)備好數(shù)字化交付資料后，采用FTP 遠(yuǎn)程方式將交付數(shù)據(jù)通過其FTP 客戶端傳輸?shù)綐I(yè)主指定的一臺FTP 服務(wù)器，并完成病毒掃描；再以FTP 服務(wù)器作為輸入，通過數(shù)據(jù)處理工作站進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、關(guān)系和屬性提取等工作；之后，將處理結(jié)果上傳到同一域中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）和可視化服務(wù)器（三維PDMS、智能P&ID 和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)），確保交付數(shù)據(jù)的安全和整個系統(tǒng)的安全。圖2 是完整的數(shù)字化交付系統(tǒng)架構(gòu)圖。為保證數(shù)據(jù)的安全，整個系統(tǒng)建立完善的權(quán)限配置體系。

圖2 數(shù)字化交付系統(tǒng)架構(gòu)圖

5 數(shù)字化交付內(nèi)容的檢查標(biāo)準(zhǔn)

本項目數(shù)字化交付內(nèi)容要求滿足統(tǒng)一規(guī)定要求，各EPC 承包商在正式交付以前要做好自檢，在自檢合格的基礎(chǔ)上按照交付方式進(jìn)行交付，平臺對交付質(zhì)量進(jìn)行審核并形成檢查報表。

考慮到本項目采用兩階段交付（設(shè)計完成交付、竣工交付），將質(zhì)量檢查點進(jìn)行了分類，總共有43 個交付質(zhì)量檢查點，其中設(shè)計交付檢查點30 個、竣工交付檢查點13 個。如果設(shè)計完成到竣工過程中有修改，需要修改后重新上傳進(jìn)行設(shè)計完成交付檢查。

6 數(shù)字化交付實施情況

截至目前，已經(jīng)有三個裝置完成了設(shè)計交付（包括三維模型、智能P&ID、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)），其余4 個裝置還在整改交付中。從交付中發(fā)現(xiàn)的問題來看，由于本項目的數(shù)字化交付要求從內(nèi)容的廣度、深度和標(biāo)準(zhǔn)都比較高，從表5 中可以看出每家單位在交付的次數(shù)、時間及完成情況方面存在較大的差距。本項目的EPC 承包商都是國內(nèi)知名的設(shè)計院，各家在交付過程中存在很多問題，數(shù)據(jù)量越大問題越多，很多設(shè)計人員還停留在慣性思維和習(xí)慣性工作中，對交付的學(xué)習(xí)和理解上還有很多欠缺。

以裝置1 的交付情況為例，對發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了匯總分析，主要有26 大類問題（表4），其他裝置的問題基本類似。大部分問題暴露了設(shè)計人員對數(shù)字化交付這個新要求的不適應(yīng)，沒有很好地理解數(shù)字化交付統(tǒng)一規(guī)定的要求。

表4 裝置1 設(shè)計完成交付問題分類

7 數(shù)字化交付平臺與智能工廠設(shè)備數(shù)據(jù)集成

數(shù)字化交付完成后，數(shù)字工廠的數(shù)據(jù)如何應(yīng)用是必須思考的問題。本項目要建成智能工廠，要求數(shù)字化交付平臺與智能工廠的數(shù)據(jù)必須集成，通過交付平臺、設(shè)備管理系統(tǒng)和ERP 系統(tǒng)的打通，實現(xiàn)設(shè)備主數(shù)據(jù)的集成。

數(shù)字化交付完成后，在AVEVA NET 中有一個與實物工廠一模一樣的數(shù)字工廠，有一套齊備的設(shè)備相關(guān)資料（包括設(shè)備主數(shù)據(jù)）。為了做到后續(xù)整個工廠運營管理過程中設(shè)備數(shù)據(jù)的唯一性，將數(shù)字化交付系統(tǒng)中的設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)作為設(shè)備主數(shù)據(jù)的唯一源頭，其他系統(tǒng)如設(shè)備管理系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)中的設(shè)備數(shù)據(jù)通過設(shè)備位號（唯一的識別號）與數(shù)字化交付系統(tǒng)建立連接，從數(shù)字化交付系統(tǒng)中自動獲取設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)（如設(shè)備名稱、規(guī)格型號、設(shè)備類型、制造商、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)等），并及時自送更新。

圖3 是設(shè)備數(shù)據(jù)流向圖，數(shù)字化交付平臺將設(shè)備數(shù)據(jù)推送給設(shè)備管理系統(tǒng)，后者再推送到ERP 系統(tǒng)；ERP 系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng)都對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗并反饋結(jié)果，當(dāng)兩者校驗都沒問題時，反饋給數(shù)字化交付平臺數(shù)據(jù)推送成功。工廠運營過程中設(shè)備的維修、更替換、拆除后，由專人在AVEVA NET 進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)工作，包括相關(guān)的三維模型、智能P&ID、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、工程文件（非結(jié)構(gòu)化文件）等，經(jīng)過相關(guān)審批確認(rèn)后同步推送設(shè)備管理系統(tǒng)、ERP 系統(tǒng)進(jìn)行更新，確保三者的數(shù)據(jù)實時統(tǒng)一。

圖3 設(shè)備數(shù)據(jù)流向圖

8 結(jié)語

目前，本項目有3 家EPC 完成設(shè)計交付，其余裝置在陸續(xù)收尾過程中。在數(shù)字化交付中，建立數(shù)字化交付統(tǒng)一規(guī)定是整個交付的關(guān)鍵。在對各家EPC 承包商各專業(yè)人員進(jìn)行宣貫和交付過程中，不斷地完善統(tǒng)一規(guī)定（本項目進(jìn)行了九次的升版），使其更加合理和可操作。由于各家EPC 單位在數(shù)字化交付方面的經(jīng)驗參差不齊，交付過程中遇到了很多問題，期間通過多次反復(fù)交流，使大家的能力都有了很大提升。從實際情況看，本項目的數(shù)字化交付能夠較好地推進(jìn)和實施，最終達(dá)到了預(yù)期效果。