信息化管理在石油化工項目管道預(yù)制中的應(yīng)用及未來發(fā)展

李 悅 陳 超

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司 山東青島 266100

管道工廠化預(yù)制既能將部分管道施工作業(yè)內(nèi)容前置從而縮短施工工期，又能消除現(xiàn)場環(huán)境對施工進(jìn)度和質(zhì)量的不利影響，在石油化工EPC 項目組織設(shè)計中已被普遍采用。在管道工廠化預(yù)制過程中應(yīng)用好信息化管理手段，可以實現(xiàn)上下游、各工序、多部門之間的高效協(xié)同，從而加大預(yù)制深度、加快預(yù)制進(jìn)度，為項目增值。阿布扎比BAB 油田綜合設(shè)施項目（以下稱BIFP項目）采用Amogh 系統(tǒng)作為管道預(yù)制的信息管理平臺，實現(xiàn)材料到貨驗收與發(fā)放、管道預(yù)制及與安裝、管道現(xiàn)場試壓、法蘭管理等管道施工全過程管理。

1 信息采集

信息采集是信息化管理的基礎(chǔ)，管道預(yù)制信息主要包括目標(biāo)管段信息、物料信息和過程信息。其中目標(biāo)管段信息和物料信息的采集方法一般包括上游數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入，過程信息手工錄入。BIFP 項目使用的Amogh平臺是一套完整的工業(yè)工程項目管理系統(tǒng)，文件導(dǎo)入和手工錄入均能便捷操作，已在中東地區(qū)的多個項目得到應(yīng)用。

1.1 目標(biāo)管段信息導(dǎo)入

目標(biāo)管段信息主要包括管道拆分信息、管段信息和優(yōu)先級信息，這些信息主要來源于工廠預(yù)制管段圖和預(yù)制進(jìn)度計劃。工廠預(yù)制管段圖是對設(shè)計單線圖深化設(shè)計的結(jié)果，其體現(xiàn)的是各管段的加工目標(biāo)。在系統(tǒng)中錄入管段信息和優(yōu)先級，相當(dāng)于在系統(tǒng)中明確了各管段預(yù)制的材料需求和目標(biāo)計劃。在BIFP 項目中，管道單線圖的深化設(shè)計采用的是Spoolgen 軟件，這是美國鷹圖公司基于Isogen 引擎的一款管道加工設(shè)計軟件，它能直接利用PDS、PDMS、AutoPlant 等三維建模成果，拆分出預(yù)制管段圖、標(biāo)注焊道并形成信息數(shù)據(jù)包。將數(shù)據(jù)包和各管道的預(yù)制優(yōu)先級直接導(dǎo)入Amough 系統(tǒng)，可快速完成目標(biāo)管段信息的導(dǎo)入工作。

1.2 物料信息導(dǎo)入

物料信息反應(yīng)的是管道主材在施工全過程中的狀態(tài)。其中采購和物管信息，如物料訂單狀態(tài)、到貨狀態(tài)、驗收狀態(tài)、存放位置、領(lǐng)用狀態(tài)、缺陷物料處置狀態(tài)等，主要來自相關(guān)主管部門報表。BIFP 項目的物料采購和到貨驗收信息是由平臺管理人員收集匯總后以Excel格式直接導(dǎo)入平臺的，收錄后的物料均通過信息管理平臺進(jìn)行調(diào)撥，材料狀態(tài)可以通過平臺快速查找。

1.3 預(yù)制過程信息錄入

預(yù)制過程信息主要包括管道預(yù)制進(jìn)度、焊口信息、現(xiàn)場見證資料、釋放許可等，這部分信息來自管段預(yù)制加工的各個工序，由專人收集整理。BIFP 項目在管道預(yù)制中還應(yīng)用了條形碼技術(shù)。各管段的條形碼在拆圖階段使用Spoolgen 軟件嵌入工廠預(yù)制圖紙，在預(yù)制過程中打印并粘貼在管段上。目前在預(yù)制車間的信息收集過程中，操作人員通過移動終端掃碼識別管段身份，大大提高了現(xiàn)場管道辨認(rèn)和數(shù)據(jù)錄入效率和準(zhǔn)確性。預(yù)制過程信息一般由專人采集整理后上傳Amogh 系統(tǒng)，通過提前導(dǎo)入的資料模板，報驗人員可通過系統(tǒng)直接導(dǎo)出并打印過程資料，用于現(xiàn)場報驗和資料交工。Amogh 系統(tǒng)信息采集流程示意圖見圖1。

圖1 Amogh 系統(tǒng)信息采集流程

2 信息分析

基于信息管理平臺和互聯(lián)網(wǎng)，所有錄入數(shù)據(jù)均在第一時間儲存并共享，各客戶端可以通過信息管理平臺對管道預(yù)制信息進(jìn)行模擬和分析，完成項目決策。

在過去，管道預(yù)制的很多工作是無法做到精細(xì)化的。比如在成品管道釋放過程中，由于無法快速知道每一個預(yù)制管段在現(xiàn)場是否具備安裝條件，通常是將所有預(yù)制完的管段分區(qū)域打包運(yùn)輸至現(xiàn)場后，由人工核對圖紙逐一挑選進(jìn)行安裝，這樣不僅耗費(fèi)大量人力，而且長時間占用現(xiàn)場場地，對施工組織造成不利影響。還有一種方案是相同線號管段同時排產(chǎn)、同時預(yù)制、同時進(jìn)入現(xiàn)場，此方案的缺點(diǎn)是經(jīng)常出現(xiàn)缺少單個管件而導(dǎo)致整個管線無法排產(chǎn)的情況。而應(yīng)用信息化管理平臺，決策者可以通過對已預(yù)制完成管段的模擬分析，結(jié)合現(xiàn)場信息得出具備安裝條件的管段清單和相應(yīng)的工程量，從而按需向現(xiàn)場釋放管段，這樣可以減少現(xiàn)場管段的積壓，減少人力和堆場方面的投入。在這一過程中，信息化管理平臺還可以根據(jù)現(xiàn)場安裝情況，對關(guān)鍵管道進(jìn)行分析，呈現(xiàn)關(guān)鍵管段，方便決策者調(diào)整預(yù)制優(yōu)先級。

在BIFP 項目管道預(yù)制過程中，管理者可以利用Amogh 系統(tǒng)對庫存材料和預(yù)制圖紙進(jìn)行匹配分析，快速得到具備預(yù)制條件的管段清單和焊接工程量；在預(yù)制過程中，Amogh 系統(tǒng)可以計算各區(qū)域、類型管道的預(yù)制進(jìn)度，并顯示每個管段的預(yù)制狀態(tài)；完成預(yù)制的管段通過Amogh 軟件向現(xiàn)場釋放，可以幫助實現(xiàn)分區(qū)分批，防止出現(xiàn)不具備安裝條件的管道進(jìn)入施工現(xiàn)場的情況。

此外，信息管理平臺也簡化了管道預(yù)制過程質(zhì)量管理的工作。傳統(tǒng)的焊接追溯性管理經(jīng)常出現(xiàn)錄入形式不統(tǒng)一、錯誤較難發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)質(zhì)量依賴錄入人員工作態(tài)度和水平、數(shù)據(jù)不能即時共享等問題。而Amogh 軟件的焊口追蹤功能和無損檢測分析功能大大方便了管道預(yù)制的質(zhì)量管理，一方面大部分錯誤數(shù)據(jù)在錄入時可以被系統(tǒng)甄別，另一方面質(zhì)量管理人員通過系統(tǒng)可以快速地調(diào)取或追蹤焊口信息、焊工合格率、現(xiàn)場焊接報告、質(zhì)量趨勢分析等，實現(xiàn)對管道預(yù)制質(zhì)量的總體把控。

3 信息交互

管道預(yù)制管理是一個動態(tài)管理的過程，不但圖紙和材料狀態(tài)會隨項目推進(jìn)不斷變化，而且預(yù)制各環(huán)節(jié)也相互影響和制約。利用好信息管理平臺能在對決策目標(biāo)進(jìn)行快速分解的同時，使參與各方高效完成信息交換，從而在在各工序之間、各決策方和執(zhí)行方之間、各管理主體之間形成良好的信息交互，避免多命令源相互干擾，有效降低信息流通的時間成本。

仍然以BIFP 項目為例，管道預(yù)制的信息管理流程涉及決策者、設(shè)計部門、采購部門、倉儲部門、預(yù)制工廠、運(yùn)輸隊和現(xiàn)場安裝隊等，各單位、部門在Amogh 系統(tǒng)設(shè)定的流程內(nèi)完成信息的輸出和輸入，完成整個預(yù)制的動態(tài)管理過程。

在各批管道的預(yù)制準(zhǔn)備階段，設(shè)計部門、采購部門和倉儲部門通過Amogh 平臺共享圖紙和材料信息，決策者根據(jù)圖紙和材料的匹配結(jié)果調(diào)整管道預(yù)制計劃，并下發(fā)“預(yù)制任務(wù)單”和“材料領(lǐng)用單”?！安牧项I(lǐng)用單”的信息反饋到倉儲部門完成材料鎖定，“預(yù)制任務(wù)單”的信息進(jìn)入到預(yù)制系統(tǒng)進(jìn)行排產(chǎn)。對于現(xiàn)場反饋的高施工優(yōu)先級管道，應(yīng)用Amogh 可以快速定位所缺的圖紙或材料，然后通知采辦部門或設(shè)計部門催交。在管道預(yù)制過程中，管道下料、組對焊接、熱處理、無損檢測、除銹、防腐等各環(huán)節(jié)信息均上傳Amogh 平臺，預(yù)制車間能迅速定位管道位置，作業(yè)人員能方便查詢管道信息，使得預(yù)制環(huán)節(jié)高效協(xié)調(diào)統(tǒng)一，防止不必要的窩工和資源浪費(fèi)。預(yù)制過程的主要信息流程見圖2。

圖2 預(yù)制過程主要信息流程

4 未來發(fā)展方向

工業(yè)管道工廠化預(yù)制帶來了預(yù)制深度和精度的提高，從而提升了整體施工效率和工程質(zhì)量。在未來，隨著預(yù)制廠異地化、自動化的發(fā)展，勢必會對工廠信息化管理提出新的要求。5G 通信技術(shù)，正切合了工業(yè)設(shè)備互聯(lián)和遠(yuǎn)程交互應(yīng)用需求。未來，基于企業(yè)自建專網(wǎng)和運(yùn)行商公網(wǎng)，通過5G 技術(shù)的超低延遲和超大帶寬，使高清晰工業(yè)攝像頭和大規(guī)模傳感器組群充分得到利用，從而實現(xiàn)管道預(yù)制過程中的信息自動采集、線上深度協(xié)同、移動終端有效應(yīng)用。此外，5G 通訊與智能AI的結(jié)合必然帶來自動化升級和信息技術(shù)的融合提升，使得數(shù)字孿生和信息一體化管理成為可能。圖3 為預(yù)制工廠5G 專網(wǎng)示意圖。

圖3 預(yù)制工廠5G專網(wǎng)示意圖

4.1 信息采集

受人工參與程度、設(shè)備接口差異、數(shù)據(jù)量巨大等特點(diǎn)的影響，目前管道預(yù)制過程中的大部分初始信息通過人工手動錄入。未來隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，包括光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏和濕敏等不同類別的工業(yè)傳感器組群將得到充分應(yīng)用，工廠設(shè)備、工器具、流水線運(yùn)輸系統(tǒng)、預(yù)制管道本身均接入工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，各種自動化設(shè)備參數(shù)、運(yùn)輸信息、物料狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)將在管道預(yù)制過程中自動被采集傳輸?shù)皆贫嘶蛘叻?wù)器進(jìn)行存儲分析，從而實現(xiàn)信息采集自動化。

管道預(yù)制過程信息自動采集的實現(xiàn)不僅能節(jié)省信息錄入的資源投入，還能實時獲取信息，消除自動化孤島現(xiàn)象，充分發(fā)揮工廠化預(yù)制的最大作用。

4.2 線上協(xié)作式管道交付

如今利用信息管理平臺可以完成指令傳達(dá)、文件審批和信息共享等工作，但要實現(xiàn)線上協(xié)作式產(chǎn)品交付仍有較大難度，其中最大阻礙就是線上質(zhì)量監(jiān)督驗收難以實現(xiàn)。因為線上監(jiān)視和測量需要實時調(diào)用超高清工業(yè)攝像頭和大規(guī)模傳感器組群信息，這對數(shù)據(jù)傳輸能力的要求非常高。

5G 通訊技術(shù)的發(fā)展使質(zhì)量檢驗由線下轉(zhuǎn)入線上成為可能。依托極低延時、超大帶寬、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸，質(zhì)檢人員在線上可以通過調(diào)用攝像頭實現(xiàn)對工件外觀的全面檢查，得到清晰可靠的產(chǎn)品影像和過程視頻；大規(guī)模傳感器組群的運(yùn)用，使各工序工件得到多維度識別，通過信息管理系統(tǒng)對識別數(shù)據(jù)與目標(biāo)模型對比，輔助完成質(zhì)檢工作。管道預(yù)制各參與方運(yùn)用線上信息管理平臺進(jìn)行交互協(xié)作，完成各環(huán)節(jié)的管道驗收與釋放，最終實現(xiàn)線上協(xié)作式管道交付。

4.3 移動終端的豐富使用場景

手機(jī)作為常見的移動終端設(shè)備，已經(jīng)在管道預(yù)制信息管理中得到應(yīng)用，比如在BIFP 項目可以通過手機(jī)APP 調(diào)取或錄入部分Amogh 平臺數(shù)據(jù)。但受限于手機(jī)運(yùn)算能力和網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，較大的數(shù)據(jù)模擬運(yùn)算或3D 圖形調(diào)取仍是在移動終端無法實現(xiàn)的。

隨著未來5G 網(wǎng)絡(luò)的普及和云計算的發(fā)展，信息化管理的移動終端設(shè)備將在更廣的場景里得到應(yīng)用。首先基于5G 核心網(wǎng)絡(luò)，云計算的設(shè)備接入規(guī)模大大增加，云計算的算力得到指數(shù)級提升；再者，通過5G 網(wǎng)絡(luò)大量數(shù)據(jù)也能實現(xiàn)低延時調(diào)取，云端計算結(jié)果可以快速傳輸?shù)浇K端設(shè)備；最后，5G 網(wǎng)絡(luò)還具備多個移動終端設(shè)備長時間穩(wěn)定在線的特點(diǎn)。所有移動終端實時在線，通過向云端發(fā)送請求后調(diào)取云端反饋數(shù)據(jù)，最終實現(xiàn)三維圖像可視、即時指令、信息數(shù)據(jù)模擬等，極大地豐富了移動終端設(shè)備在管道預(yù)制過程中的使用場景。

4.4 數(shù)字孿生和信息一體化

數(shù)字孿生（Digital Twin）也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像，簡單的說就是真實系統(tǒng)的虛擬化展現(xiàn)。通過數(shù)字孿生，可以在信息化平臺上直觀了解實體的真實狀態(tài)。管道預(yù)制過程中的“數(shù)字孿生”不同于一般的3D 建模圖紙，它是對實體對象的動態(tài)仿真，即能根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的動態(tài)變化。

在未來管道工廠化預(yù)制中，隨著5G 通訊技術(shù)和智能AI 的應(yīng)用和發(fā)展，數(shù)據(jù)能夠可靠采集和傳輸，管道建模的兼容性增強(qiáng)，數(shù)據(jù)和模型能夠高精度融合，影響數(shù)字孿生的技術(shù)瓶頸必然能被突破，從而使管道預(yù)制實現(xiàn)超精細(xì)化管理，虛擬環(huán)境下的過程檢測必將代替物理環(huán)境。與此同時，項目全壽命周期的信息化管理成為趨勢，管道工廠化預(yù)制必然與項目信息管理平臺高度兼容，真正實現(xiàn)全過程、一體化信息管理。項目決策者對管道預(yù)制評估的信息基礎(chǔ)也不限于預(yù)制環(huán)節(jié)本身，而是著眼于整個項目管理資源。管道預(yù)制過程中收集到的信息也不單在預(yù)制階段形成交互，而是可以參與到整個項目模擬和評估中，促進(jìn)項目施工、采購，以及施工的進(jìn)度、成本、質(zhì)量、合同的整體管控。

5 結(jié)束語

石油化工項目管道預(yù)制的信息化管理極大地拓展了管道預(yù)制管理的深度和廣度，使預(yù)制工作在充分考慮項目整體資源調(diào)配的同時，與其上下游緊密聯(lián)系。在BIFP 項目，得益于Amogh 信息管理平臺的使用，項目總體管道預(yù)制深度超過71%，極大降低了現(xiàn)場施工效率低下給項目帶來的影響。利用Amogh 系統(tǒng)，各相關(guān)部門高效配合、各預(yù)制環(huán)節(jié)緊密協(xié)調(diào)，使項目資源得到有效利用，充分發(fā)揮了管道工廠化預(yù)制應(yīng)有的作用。

展望未來，管道工廠化預(yù)制仍有很大潛力可挖。隨著5G 移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等領(lǐng)域取得新突破，基于信息物理系統(tǒng)的智能工廠、智能制造已經(jīng)開始引領(lǐng)變革。管道工廠化預(yù)制過程中的信息自動采集、線上深度協(xié)同、移動終端辦公等場景也將得以實現(xiàn)，預(yù)制質(zhì)量、進(jìn)度、成本控制水平將上升到新的高度。