煉化企業(yè)工程建設數(shù)字化轉型初探

仲俊松，龐修海，胡聯(lián)偉

（1.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司，浙江寧波 315207；2.石油化工工程質量監(jiān)督總站寧波監(jiān)督站，浙江寧波 315207）

近年來，隨著我國相關領域內的產業(yè)結構不斷優(yōu)化、關鍵技術不斷突破，中國已逐漸成為世界上規(guī)模最大的流程工業(yè)制造國之一。但是，我國在總體制造效能上與國際先進水平相比仍有差距，如資源和能源利用效率亟需提升、安全和環(huán)保問題日益突出等。以石油石化工業(yè)為代表，擬進一步推進流程工業(yè)向高端發(fā)展，實現(xiàn)高效化、綠色化和智能化制造的新目標。中國制造2025的核心，即制造業(yè)的數(shù)字化、網絡化、智能化，旨在通過數(shù)字化、智能化集成制造發(fā)展，推動信息技術、工業(yè)制造和生產性服務業(yè)全新融合，實現(xiàn)更大規(guī)模的創(chuàng)新發(fā)展。

隨著新技術的出現(xiàn)和大范圍應用，煉化企業(yè)將迎來管理模式變革和轉型的機會，中國石化已在鎮(zhèn)海、燕山、九江、茂名等4家企業(yè)嘗試了智能工廠試點建設，整體上行業(yè)也正在由數(shù)字化、集成化向智能化階段邁進。在傳統(tǒng)模式下，工程建設期間各參建方缺乏統(tǒng)一的管理標準、數(shù)據(jù)標準、協(xié)同平臺，有效信息傳遞時斷時續(xù)，無法滿足“數(shù)字孿生”工廠的建設。由于在工程建設期未進行數(shù)字化移交，相關試點建設單位均采用逆向建模及數(shù)據(jù)補錄的方式進行三維數(shù)字化工廠建設，因此建設過程普遍存在信息采集難度大、周期長、準確性不高，以及投資大等問題。基于此類問題，本文結合大型復雜性石油化工工程建設實踐，以物理工廠和數(shù)字化工廠同步建設為目標，創(chuàng)新探索“協(xié)同式”數(shù)字工程建設模式，深度融合信息化管理、數(shù)字化交付、數(shù)字化應用，創(chuàng)立以數(shù)字化集成為核心的“數(shù)字工程”一體化平臺，全面支撐“業(yè)務數(shù)字化、數(shù)字數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)資產化”。

1 內涵及主要做法

1.1 數(shù)字化工廠

數(shù)字化工廠是智能工廠建設的基礎，是由工程建設階段產生的數(shù)字化靜態(tài)信息、運行維護階段產生的數(shù)字化動態(tài)信息、基于工廠對象的關聯(lián)關系及信息管理平臺構成的綜合體，是建立在工藝設計（E）、工程設計（E）、工程采購（P）、工程施工（C）、項目開車（C）及項目管理（M）的綜合數(shù)字化集成平臺（簡稱EPCCM平臺）上的，涵蓋項目全生命周期的數(shù)字化產品，是物理意義的石油化工工廠的數(shù)字化體現(xiàn)。

工程建設數(shù)字化具有工廠、工程雙重屬性。工廠屬性，是指各層級的數(shù)字化信息集成后，按照工藝裝置、物流系統(tǒng)、公用工程、輔助設施各部分進行劃分，實現(xiàn)在各部分中每個竣工產品和系統(tǒng)單元的EPCCM數(shù)字化信息檢索功能，同時以多媒體方式展示出來。工程屬性，是指各專業(yè)的工作軟件與大平臺無縫對接，并在此平臺上完成設計信息的導入導出、同源數(shù)據(jù)采集、資料互提、設計文件雙向校驗、設計成品輸出和歸檔，完成設計、采購、施工、開車之間的作業(yè)聯(lián)接，完成項目執(zhí)行全過程的項目管理。這兩種屬性，不僅為工程建設奠定了堅實基礎，也為工廠后續(xù)的操作運行、檢修維護、改造擴建提供了數(shù)據(jù)支撐。

在大型復雜性工程項目建設過程中，建設單位或項目管理單位可通過信息技術，建立數(shù)據(jù)組織模型，將工程的技術信息、管理信息轉變?yōu)榻Y構化或非結構化數(shù)據(jù)，經由信息流進行表達、傳輸和處理，這一過程也被稱之為“工程建設數(shù)字化”。通過數(shù)字化管理可為工程建設集約、協(xié)同、集成和過程管控賦能，確保項目整體化管理過程數(shù)據(jù)同源和信息同根，實現(xiàn)精益工程管理，提高工程質量，縮短建設周期。從物理工廠工程建設開始，既開展數(shù)字化中心建設、業(yè)務流程優(yōu)化、信息系統(tǒng)整合，同步實現(xiàn)對應數(shù)字化工廠建設，通過管理數(shù)字化和業(yè)務數(shù)字化扎實抓好標準化、模板化、模型化、集成化、智能化工作，對項目全生命周期管理和智能工廠建設都具有重要意義。

1.2 管理信息化

工程建設管理信息系統(tǒng)既要與國際慣例接軌，也要適應國情工程?；诓煌奈幕尘昂晚椖勘尘?，國內工程項目無法直接套用國外工程項目的管理模式；國內現(xiàn)有的項目管理系統(tǒng)又多服務于工程公司，功能上各有側重，無法完全適用。中國石化為較好地解決大型復雜性項目建設進度、質量、投資、安全、合同等“五大控制”信息集成問題，進一步提升項目管理水平和效率，利用企業(yè)試點項目自主開發(fā)了中國石化工程建設管理信息系統(tǒng)（試點項目）。該系統(tǒng)不僅體現(xiàn)了“五大控制”管理核心，而且融合工程管理制度及內控管理要求，集成ERP、CMIS、HSE、BPM、EB等信息系統(tǒng)，打通了業(yè)務全流程，在項目全過程標準化管理和系統(tǒng)集成等方面進行了有效探索，初步實現(xiàn)了企業(yè)工程項目管理與信息技術充分融合，數(shù)出一源，高效協(xié)同。

1.2.1 促進標準化管理

該信息管理系統(tǒng)基于《中國石化項目管理手冊》、內控制度、ERP業(yè)務流程等管理要求，對工程建設項目管理業(yè)務全面梳理，并結合其他煉化企業(yè)項目管理經驗提煉整合共性功能，逐漸形成業(yè)務標準、數(shù)據(jù)標準和技術標準，固化了158個標準流程和相應的業(yè)務表單。主要梳理步驟如下：

第一步，梳理業(yè)務分類。以中國石化項目管理手冊及程序文件為依據(jù)，結合工程建設項目的實際情況，分級劃分項目管理業(yè)務分類。第二步，梳理業(yè)務流程及表單。在項目管理業(yè)務分類基礎上，定義業(yè)務單元流程，明確業(yè)務管理需要的業(yè)務表單信息。第三步，形成業(yè)務標準。對比程序文件中相關表單與系統(tǒng)實現(xiàn)功能的相關差異，形成業(yè)務表單及管理流程的業(yè)務模板，作為程序文件修訂的參考內容。第四步，形成數(shù)據(jù)標準。梳理項目管理系統(tǒng)所涉及的主數(shù)據(jù)，明確輸入輸出數(shù)據(jù)及外圍系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)，并根據(jù)標準業(yè)務表單和主數(shù)據(jù)字典規(guī)范，形成數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)流標準。第五步，形成技術標準。提煉系統(tǒng)共性功能，作為業(yè)務解決方案的技術標準。

1.2.2 實施全面管控

通過以上數(shù)據(jù)梳理、歸集和標準信息化系統(tǒng)建設，試點項目單位成功實現(xiàn)了對大型復雜性項目建設全過程、全方位管控，貫穿項目前期、項目定義、執(zhí)行實施、生產準備與竣工驗收、后評價等各個階段，全面覆蓋進度、質量、投資、安全、合同等“五大控制”，以及綜合管理、風險及變更管理、溝通與文檔管理等項目管理體系各個領域，同時針對項目管理重難點還設立了分包管理、管道施工管理等專項管理模塊，建成了工程建設橫向到邊、縱向到底的一體化綜合管控平臺。系統(tǒng)應用架構見圖1。

圖1 工程建設管理信息系統(tǒng)應用架構

一體化綜合管控，貫穿了工程建設全部階段的作業(yè)過程，聯(lián)接項目前期、設計、采購、施工、生產準備、竣工驗收各個階段，實現(xiàn)項目全過程精細化管理、高效協(xié)同及作業(yè)間信息無縫流轉。例如，在設計管理方面將管理顆粒度進一步細化為計劃（含圖紙交付計劃、技術交流計劃）、準備、協(xié)調、評審、變更、服務、物料清單、圖紙文件、人工時管理等更小的底層環(huán)節(jié)。在施工階段，系統(tǒng)管理覆蓋開工、計劃、實施、工序交接、中間交接全過程，以及調度協(xié)調、分包管理、變更簽證、考核考評、會議記錄等管理細節(jié)。

1.2.3 實現(xiàn)系統(tǒng)集成

管理信息化的另一個建設目標是，通過集成總線技術，與以ERP為主的經營管理系統(tǒng)、CMIS合同系統(tǒng)、智能工廠等中國石化統(tǒng)建系統(tǒng)，以及承包商項目管理系統(tǒng)、BPM系統(tǒng)等企業(yè)自建系統(tǒng)進行業(yè)務和數(shù)據(jù)集成，并掛接管道施工可視化管理、三維一體化平臺等專業(yè)工具，實現(xiàn)工程建設管理業(yè)務全流程貫通。系統(tǒng)集成圖見圖2。

1.3 數(shù)字化交付

2018年9月11日，住建部和市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了GB/T 51296《石油化工工程數(shù)字化交付標準》，并于2019年3月1日起實施。國家標準明確了項目數(shù)字化交付的流程、范圍等內容，但在更加具體的交付數(shù)據(jù)深度、交付文檔范圍、交付階段、交付控制等方面，尚需進行項目化。

工程建設期，試點項目依據(jù)《石油化工工程數(shù)字化交付標準》，結合企業(yè)相關智能化應用的數(shù)據(jù)需求，率先在新建渣油加氫、POX等裝置過程中進行了數(shù)字化交付應用試點，打通了設計、采購、施工等工程數(shù)據(jù)流，確保數(shù)據(jù)的準確性和唯一性，并對工程項目數(shù)字化交付的原則、過程控制方法、管理與業(yè)務標準、交付內容與數(shù)據(jù)標準等方面進行深入分析。在數(shù)字化交付過程中積累經驗，通過對問題的歸納、分析、研究和解決形成了符合自身需求的數(shù)字化交付解決方案與應用方案，進一步探索數(shù)字化交付與工程建設數(shù)字化、三維數(shù)字工廠的有機融合，優(yōu)化了石油化工工程數(shù)字化交付標準。

1.3.1 結合資產域管理需求，對交付內容要求進行補充細化

目前，中國石化已經建立了成熟完備的資產管理平臺，對資產域管理中工廠對象分類結構和各類工廠對象功能位置、主數(shù)據(jù)、特征值的內容形成了較為成熟的數(shù)據(jù)需求。試點項目結合中國石化的資產域管理需求，對數(shù)字化交付的工廠對象分解結構、包設備拆分要求、工廠對象屬性數(shù)據(jù)范圍、文檔資料關聯(lián)關系等進行細化和完善，以支撐EM（資產管理）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息準確獲取、支撐生產期運維應用的要求。

1.3.2 完善數(shù)字化交付的過程控制，形成質量和進度管控和檢測方法

為確保及時準確地獲取數(shù)據(jù)信息，支撐其在不同階段的智能化應用，整個數(shù)字化交付過程“事前、事中、事后”均要圍繞工廠對象開展。因此，試點項目進一步探究了有效提高交付質量控制、交付進度控制的方式方法，明確數(shù)字化交付涉及各方的職責分工和工作界面，建立相應的業(yè)務流程和工作規(guī)范，明確需要控制并達到的階段性成果目標，提出相關系統(tǒng)平臺的技術要求。

“事前標準”包括管理標準（包括職責分工、業(yè)務流程、工作程序等）、業(yè)務標準（包括交付內容、交付深度、交付形式等）、技術標準（包括軟件使用、平臺建設等）。

“事中控制”包括交付進度控制、交付質量控制兩方面的管理和控制。交付進度，應包括總體進度、各類交付內容進度、各單位交付進度等；交付質量，主要指合規(guī)性、完整性、一致性等。

“事后驗證”主要內容為建設單位對交付內容的接收、審核和確認，并根據(jù)實際項目反饋對標準進行補充、完善和提升。交付物主要分為五大類，主要包括竣工三維模型、智能P&ID、非結構化文件、關聯(lián)關系、工廠對象屬性等。

1.4 數(shù)字化交付應用

數(shù)字化交付的直接目的是滿足建設單位工廠全生命周期的管理要求。為了盡可能發(fā)揮數(shù)字化交付的應用價值，創(chuàng)造更大效益，試點單位在工程建設期、生產運維期進行了多項應用探索和實踐。

1.4.1 工程建設期

工程建設期，試點項目在進度管理、管道施工管理、大件吊裝方案審查、施工協(xié)調，以及模型協(xié)同及聯(lián)合審查等方面開展了一系列數(shù)字化交付應用或可視化應用等相關實踐。

以管道施工為例。管道施工包括管道預制設計、預制、安裝、檢測檢驗等內容，過程參與方包括施工單位、檢測單位、監(jiān)理、建設單位、監(jiān)督等。試點項目通過管道施工可視化協(xié)同管理系統(tǒng)，以管道施工質量和進度管理為核心，實現(xiàn)管道施工從準備到試壓驗收整個過程的數(shù)據(jù)采集、存儲、分析和可視化，輔助管道焊接施工進度和質量管控，有效提高了管道施工精細化管理水平。

1.4.2 生產運維期

生產運維期關于數(shù)字化交付的應用實踐，按照“專業(yè)軟件＋三維可視”進行提升管理，如盲板管理，結合PCF、U&ID、P&ID、二維、三維聯(lián)動，進行系統(tǒng)性管理和應用。目前已實現(xiàn)功能主要有：支撐壓力容器、壓力管道分級管理，支撐盲板可視化管理，支撐資產（EM）可視化管理、支撐文檔資料與工廠對象的關聯(lián)查詢檢索等。

2 實施效果

試點單位在工程建設實踐中，搭建了一套企業(yè)級的數(shù)字化管控一體化體系，深度融合信息化管理、數(shù)字化交付、數(shù)字化應用，創(chuàng)新探索“協(xié)同式”數(shù)字工程建設模式，實現(xiàn)工程項目全過程、標準化監(jiān)管，基本實現(xiàn)了工程建設項目物理工廠與數(shù)字工廠“同步”完成，并取得以下成效：

一是初步構建了工程管理數(shù)字化標準體系，形成了業(yè)務標準、數(shù)據(jù)標準和技術標準。二是建立了以“服務工程建設”為核心的一體化“協(xié)同”平臺，讓“人少跑、數(shù)據(jù)多跑”，集中集成、數(shù)出一源，實現(xiàn)業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理、檢測、物資供應等主要參建單位和管理專業(yè)有效協(xié)同。三是實現(xiàn)了“移動化”現(xiàn)場管理，通過虛擬門禁、二維碼、射頻等技術應用實現(xiàn)項目人員及工機具的動態(tài)管理，并借助移動終端實現(xiàn)對關鍵質量、安全控制點的全過程監(jiān)控，有效提升施工現(xiàn)場的智能化管控水平。四是探索智能煉化工程建設數(shù)字化管理新模式，在管道施工專業(yè)管理、三維數(shù)字化交付等方面進行了有益的“項目化”實踐，使數(shù)字化交付標準在具體的項目中落地，率先實現(xiàn)了大型石油化工工程數(shù)字化交付全過程控制。

3 結語

工程建設數(shù)字化是一個集成的、平鋪的“面工程”和“網工程”，是數(shù)字工廠建設的重要組成部分。看向未來，我們將運用更加先進的技術和工具，結合更加精益的理論方法，進一步推動工程建設數(shù)字化轉型的深入發(fā)展，努力實現(xiàn)工程建設全過程、全要素、全價值鏈、全參與方的信息化、數(shù)字化、智能化。