煤礦水處理項目數(shù)字化交付實施路徑

鄭偉生

(中煤西安設計工程有限責任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

數(shù)字化,是以數(shù)據(jù)為核心生成要素,將企業(yè)中所有業(yè)務、生成、營銷、客戶等有價值的人、事、物全部轉換為數(shù)字存儲的數(shù)據(jù),形成可存儲、可計算、可分析的數(shù)據(jù)、信息、知識,并和企業(yè)獲取的外部數(shù)據(jù)一起,通過對這些數(shù)據(jù)的實時分析、計算應用來指導企業(yè)生產(chǎn)、運營等業(yè)務。

數(shù)字化交付讓企業(yè)從傳統(tǒng)要素轉向以數(shù)據(jù)為生產(chǎn)要素,從傳統(tǒng)部門分工轉向網(wǎng)絡協(xié)同的生產(chǎn)關系,從傳統(tǒng)層級驅動轉向以數(shù)據(jù)智能化應用為核心驅動的方式,讓生產(chǎn)力得到指數(shù)級提升,使企業(yè)能夠實時洞察各類動態(tài)業(yè)務中的一切信息,實時做出最優(yōu)決策,使企業(yè)資源合理配置,適應瞬息萬變的市場經(jīng)濟競爭環(huán)境,實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益。數(shù)字化交付是信息技術發(fā)展的高級階段,也是數(shù)字經(jīng)濟的主要驅動力[1]。

礦井水處理常用和有效的技術是使用沉淀池,從水中分離懸浮固體污染物,這些污染物包括沉積物、固體、金屬和化學品等。對于水中溶解的金屬和化學物質需要使用化學沉淀,或者反滲透、超濾納濾等深度處理方式解決[2]。

隨著國家對工業(yè)項目尤其是煤礦項目的環(huán)保要求日益嚴格,煤礦的污染防治措施也日趨完善。2022年,中煤西安設計工程有限責任公司相繼對門克慶煤礦等6個煤礦(含井工礦5個、露天礦1個)進行回訪和調查,根據(jù)調查報告,采用一般沉淀或化學沉淀的煤礦達到100%,但采用深度處理的則不足65%(包括在建的深度處理車間),而數(shù)字化交付則均處于研發(fā)階段。中天合創(chuàng)門克慶煤礦礦井水深度處理EPC項目(以下稱:門克慶煤礦水處理項目)是采用深度處理的煤礦之一。

1 門克慶煤礦水處理項目數(shù)字化交付

1.1 數(shù)字化交付的意義

在日趨智能化的時代,傳統(tǒng)的紙質提交模式基本不具備智能化的可能性。作為生產(chǎn)性能源企業(yè),主要任務之一就是以智能化模式逐步替代傳統(tǒng)管理模式,從而達到高效率、高效益、低風險等目的;作為工程設計公司,主要任務之一就是滿足業(yè)主日益增長的智能化需求。數(shù)字化交付從根本上改變了傳統(tǒng)以紙質為主體的工程設計,而通過數(shù)字化集成平臺(如達美盛的PIMCenter),將設計成品以標準的數(shù)據(jù)格式交付給業(yè)主,確保設計模型、信息最終能夠提供一份標準化的數(shù)據(jù),為建立工廠資產(chǎn)的可視化管理、全面運維保障,物資耗材與備品備件、IOT、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析等智能化管理提供基礎支撐。

目前,國外執(zhí)行數(shù)字化交付的項目比較多,主要集中在化工企業(yè),如BP、SHELL、Sabic等企業(yè)已具有較成熟的經(jīng)驗。國內在近幾年逐步快速發(fā)展起來,中海殼牌、萬華化學、茂名石化等企業(yè)陸續(xù)開展相關數(shù)字化項目的探索,逐步積累起豐富的經(jīng)驗。國內外數(shù)字化交付平臺主要有鷹圖、劍維、達美盛、中科輔龍等,國內平臺主要處于探索階段,成果雖斐然,但完整案例還比較少,有待進一步深化探索[3]。

就煤礦的水處理系統(tǒng)而言,潛在的改進領域是,提高水處理技術或效率,減少排放到環(huán)境中的污染物;可持續(xù)的技術有助于減少煤礦開采作業(yè)對環(huán)境的影響;便捷的檢測和智能化維護確保其最佳的性能和防止停機造成事故?；跀?shù)字化交付并建立智能化管理的水處理系統(tǒng)能夠較好的完成這些潛在改進領域,從某種角度講,水處理系統(tǒng)涉及設備、管道、工藝流程、物聯(lián)系統(tǒng),與小型油氣系統(tǒng)有類似之處。油氣行業(yè)作為能源數(shù)字化、智能化工廠開發(fā)的先行者,在數(shù)字化設計、數(shù)字化交付方面已經(jīng)積累了豐富經(jīng)驗,對研究煤礦水處理項目乃至煤礦項目的數(shù)字化交付具有借鑒意義。

1.2 數(shù)字化交付的內容

門克慶煤礦水處理項目數(shù)字化交付集成工程建設過程中產(chǎn)生的設計、采購、施工、試車和項目管理中的工程數(shù)據(jù),通過智能P&ID、三維模型和智能文檔建立數(shù)據(jù)的全關聯(lián),通過達美盛PIMCenter集成所有數(shù)據(jù)。如圖1所示。

圖1 工廠資產(chǎn)信息管理平臺Fig.1 Plant Assets information management platform

門克慶煤礦水處理項目數(shù)字化交付的內容包括數(shù)據(jù)、文檔、模型。

交付的數(shù)據(jù):包括工程對象的屬性值,如計量單位、設備規(guī)格性能、儀器儀表信息等,按照達美盛PIMCenter的要求進行組織,主要以工廠對象的分類屬性表呈現(xiàn)。項目按照工廠分解結構(PBS),以工廠對象位號為核心,把工程設計、建設階段的圖紙、模型、文檔等建立工程對象和屬性信息間的邏輯鏈接,從而實現(xiàn)整個項目的數(shù)字化數(shù)據(jù)的單一入口和基礎數(shù)據(jù)源[4]。如圖2所示。

圖2 工廠分解結構示意Fig.2 Diagram of plant breakdown structure

交付的文檔:涵蓋項目各階段的文件、圖紙、計算書,設備的安裝清單、各類說明書、合格證及質量證明文件,施工記錄、實驗報告、檢驗及驗收報告等。

該部分資料需要人工進行分類、分割或整合、重命名并建立關聯(lián),上傳至云平臺。如圖3所示。

圖3 非結構性文檔示例Fig.3 Example of non-structural files

該工作技術含量不高,但需要手動一個一個文檔進行修改,效率極低。為此筆者團隊自研開發(fā)了“CAD圖紙批量轉換PDF”“文件批量處理插件”等小軟件,經(jīng)匹配試用,確定可以進行批量修改,節(jié)約大概70%的工作時間。如圖4所示。

圖4 文件批量處理插件示意Fig.4 File batch treatment plug-in diagram

交付的模型:包括3D模型和P&ID模型。從視覺上,3D模型是數(shù)字化設計和傳統(tǒng)設計最根本的區(qū)別。門克慶煤礦水處理項目的3D模型以AVEVA的PDMS模塊為主進行構建。對于特別復雜的設備模型則采用達索3DE平臺創(chuàng)建,完成后按兼容的格式傳輸。在創(chuàng)建場地3D模型可發(fā)現(xiàn):PDMS構建自然地形(或設計地形)的能力很差,經(jīng)過多番的研究與實驗發(fā)現(xiàn),可采用其他軟件(如Civil3D或飛時達GPCAD)進行場地3D建模,完成后再按兼容的格式傳輸。如圖5所示。

圖5 脫鹽水站3D模型Fig.5 3D model of desalt water station

P&ID模型的傳統(tǒng)設計一般采用CAD繪制P&ID圖紙和SPPID圖紙,但基本無法實現(xiàn)智能化。智能P&ID圖需要根據(jù)制定的交付要求,將工廠分解結構、類庫,工廠對象的編碼、命名、標號等提前規(guī)定下來。門克慶煤礦水處理項目采用AVEVA的Diagram模塊進行繪制智能P&ID圖,完成后分別從二維指向三維、三維指向二維進行雙向二三維校驗,以檢索重復或缺失的工廠對象屬性,再進行修改,保證實現(xiàn)工廠對象在二維和三維中的有效的關聯(lián)和統(tǒng)一。二三維校驗,如圖6所示。

圖6 二三維校驗示意Fig.6 Diagram of 2D and 3D check

2 數(shù)字化工廠交付的實施路徑

數(shù)字化交付的內容龐雜,相對傳統(tǒng)交付手段工作量更大。并且作為一種新的模式,數(shù)字化交付的構成和內部邏輯并不清晰,或者行業(yè)內各方對其的理解有所差異,以上種種原因均增加了工作的難度。數(shù)字化交付如何開展,可以從以下5個方面著手。

2.1 制定交付統(tǒng)一規(guī)定

門克慶煤礦水處理項目從開始就制定了交付的目標和交付要求,這只是交付統(tǒng)一規(guī)定的一部分。

交付統(tǒng)一規(guī)定應包括(但不限于)交付目標、交付要求,各參與方的工作范圍、職責,數(shù)字化工廠的存儲方式、交付方式;驗收標準、質量管理方案、遵循的標準和規(guī)范,交付流程及云平臺的定制等。

以業(yè)主方為主導,各參與方共同協(xié)商制定項目的交付統(tǒng)一規(guī)定。此規(guī)定是數(shù)字化交付內容的綱領性文件,起統(tǒng)籌規(guī)劃的作用,只有在統(tǒng)一的規(guī)定下,才能保證各方的數(shù)據(jù)形態(tài)進行數(shù)據(jù)流通。

2.2 協(xié)同設計平臺及項目數(shù)據(jù)庫的搭建

搭建協(xié)同設計平臺由設計方聯(lián)合軟件提供方進行搭建。該平臺不同于最終交付給業(yè)主方的云平臺,屬于設計方內部功能平臺。

門克慶煤礦水處理項目采用劍維AVEVA軟件作為協(xié)同設計平臺,擁有獨立的數(shù)據(jù)庫和協(xié)同設計界面,各專業(yè)在協(xié)同設計界面擁有各自的權限,禁止越權操作,避免了誤操作,而且數(shù)據(jù)庫容量小,均有利于數(shù)字化交付工作的開展。

2.3 任務分解及協(xié)同設計

此任務由參與方各自完成,設計方為主導進行匯總。

設備供應方應提供設備模型以及相關的證書和說明書,施工和監(jiān)理方應提供施工過程的資料和文件,設計方匯總非結構性文檔、繪制智能P&ID圖、構建工廠三維模型,并生成工廠對象分類屬性表。

2.4 數(shù)據(jù)移交

設計方將匯總的非結構性文檔、繪制的智能P&ID圖、構建的工廠三維模型,以及生成的工廠對象分類屬性表,上傳至云平臺,初步完成交付工作。

一般情況下,工廠三維模型需要進行格式轉換再上傳,有利于數(shù)據(jù)的輕量化,并以便于云平臺的數(shù)據(jù)兼容。

2.5 數(shù)據(jù)驗收

業(yè)主方依據(jù)移交清單、移交方案、移交數(shù)據(jù)進行驗收,包括建設是否涵蓋項目管理過程的設計、采購、施工各階段的完成信息,工廠對象與信息之間的關聯(lián)關系是否準確,交付信息與實體是否一致等[5-6],最終出具驗收報告。如圖7所示。

圖7 數(shù)字化交付實施路徑Fig.7 Implementation path for digital delivery

3 數(shù)字化交付的應用價值

數(shù)字化交付通過數(shù)字化集成平臺,能夠有效收集、管理、共享工程信息,將設計、采購、施工、試運行等階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔、模型以標準的數(shù)據(jù)格式提交給業(yè)主方,是一種區(qū)別于傳統(tǒng)紙質文檔交付的新型交付方式。數(shù)字化交付貫穿于企業(yè)的建設階段、運維階段的全生命周期,是實現(xiàn)工程協(xié)同設計、工廠建設信息透明化、智能化的有力手段,能夠有效提升工廠建設效率和企業(yè)管理運維能力[7-8]。

在建設階段,數(shù)字化交付有利于做到設計變更信息及時共享,能使信息傳達及時、增強各方在項目實施中的協(xié)調性,能夠有效進行風險管控、減少返工、避免計劃外的人工及材料成本支出,有利于縮短施工周期,幫助企業(yè)按時投產(chǎn)。

在運維階段,通過數(shù)字化交付云平臺,業(yè)主接受和管理服務方的數(shù)據(jù)資產(chǎn)更加便捷。三維可視化和數(shù)據(jù)集成平臺等優(yōu)勢能夠幫助業(yè)主從源頭掌握工程運行和維護數(shù)據(jù),從全局掌控工廠運維管理及資產(chǎn)管理?？傊?數(shù)字化交付是提高企業(yè)精益化管理水平和生產(chǎn)力的重要途徑。

4 結語

門克慶煤礦水處理項目數(shù)據(jù)大部分已經(jīng)實現(xiàn)移交,整個數(shù)字化設計和交付工作的重點和難點是工廠資產(chǎn)信息管理平臺的搭建、數(shù)據(jù)二三維校驗、數(shù)據(jù)庫管理、工廠對象的分類屬性表生成、云平臺數(shù)據(jù)轉換及上傳等工作,且均嚴重依賴于軟件,而軟件大多由國外生產(chǎn)商供應;業(yè)內對于數(shù)字化交付的的態(tài)度偏于消極。另外,可視化靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心提供了便捷而強大的功能,但其管理和應用屬于業(yè)主方職責。目前這方面人才缺口較大,期待未來在數(shù)字化設計和交付工作中,各方敢于打破常規(guī)、接納數(shù)字化思維、運用多種手段破除制約數(shù)字化轉型的藩籬,早日形成體系化、標準化、制度化的數(shù)字化設計、交付統(tǒng)一規(guī)則。