化工行業(yè)建設(shè)期數(shù)字化建設(shè)交付實(shí)施方案

沈志洵

（神華工程技術(shù)有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

1 概述

工程項(xiàng)目交付的介質(zhì)載體一直以紙質(zhì)文件為主，這種傳統(tǒng)的交付方式不僅交付過(guò)程繁雜，可視化效果差，并且整體效率也很低。隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，紙質(zhì)載體上的信息難以復(fù)用或被計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接獲取，由此推動(dòng)工程項(xiàng)目交付形式隨之發(fā)生演變，以電子化文件為主，包含電子圖紙、數(shù)據(jù)表格、掃描文件等的電子化拷貝交付方式很大程度上提升了數(shù)據(jù)的復(fù)用性及整體交付效率，但實(shí)施過(guò)程中，數(shù)據(jù)交付的完整性、準(zhǔn)確性和一致性三個(gè)方面的信息質(zhì)量要求，以及數(shù)據(jù)的多次更新迭代，對(duì)交付模式提出了更高的要求。

工廠數(shù)字化交付指的是通過(guò)數(shù)字化集成平臺(tái)，將設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、調(diào)試等階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)資料和成果間建立關(guān)聯(lián)關(guān)系形成有機(jī)的整體后進(jìn)行交付，作為單一的數(shù)據(jù)源提交給業(yè)主的交付方式。這種交付方式提升了數(shù)據(jù)復(fù)用性及標(biāo)準(zhǔn)化程度，避免了因信息孤立造成的交叉查詢困難，解決了工程數(shù)據(jù)在運(yùn)維期能夠被有效利用的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)工程項(xiàng)目交付的要求也從傳統(tǒng)紙質(zhì)文件交付轉(zhuǎn)向數(shù)字交付的方式。

2 實(shí)施依據(jù)

作為數(shù)字化交付的接收方，業(yè)主單位應(yīng)在項(xiàng)目實(shí)施前制定數(shù)字化交付的策略和交付基礎(chǔ)，協(xié)調(diào)和管理工程數(shù)字化交付工作，驗(yàn)收交付方所交付的信息；交付方應(yīng)按照交付基礎(chǔ)的要求收集、整合并移交交付信息。業(yè)主單位和交付方共同負(fù)責(zé)最終交付信息的完整性、準(zhǔn)確性和一致性，基于以上工作形成的作業(yè)規(guī)范便是數(shù)字化交付項(xiàng)目的實(shí)施依據(jù)。

2.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

2018 年發(fā)布的《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51296—2018）旨在為石油化工數(shù)字化工廠和智能工廠建設(shè)提供基礎(chǔ)，規(guī)范工程建設(shè)數(shù)字化交付工作。其主要適用于石油化工工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工直至工程中間交接階段的數(shù)字化交付。但除此之外，數(shù)字化交付工作應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.2 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

由于已發(fā)布的GB 類數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)目前僅適用于石油化工行業(yè)，隨著各類數(shù)字化交付項(xiàng)目的實(shí)施，建設(shè)單位為滿足自身項(xiàng)目的實(shí)際需要，通常會(huì)在項(xiàng)目實(shí)施前，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需要，在參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，制定符合項(xiàng)目要求的交付統(tǒng)一規(guī)定，此類統(tǒng)一規(guī)定一般具有比較明顯的行業(yè)特性和企業(yè)特點(diǎn)，未來(lái)通過(guò)總結(jié)歸納，能夠形成行業(yè)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 實(shí)施要求

3.1 實(shí)施基礎(chǔ)

（1）工廠分解結(jié)構(gòu)

工廠分解結(jié)構(gòu)是按照一定的分類原則和編碼體系，反映工廠各級(jí)分解對(duì)象的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)規(guī)劃應(yīng)充分考慮能夠在行業(yè)層級(jí)內(nèi)，依據(jù)不同工廠的分類方式快速建立工廠分解結(jié)構(gòu)，且便于對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，具備后期可添加、減刪和修改的調(diào)整空間。

（2）工廠對(duì)象與屬性定義

根據(jù)國(guó)標(biāo)定義，工廠對(duì)象是指為構(gòu)成工廠的設(shè)備、管道、儀表、電氣和建（構(gòu)）筑物等賦予編號(hào)，可獨(dú)立識(shí)別的工程實(shí)體，能夠滿足快速檢索和定位的要求。通常在數(shù)字化交付的執(zhí)行過(guò)程中，業(yè)主單位則會(huì)根據(jù)功能或結(jié)構(gòu)等特征對(duì)工廠對(duì)象進(jìn)行進(jìn)一步識(shí)別和分類，同類別的工廠對(duì)象歸納設(shè)定有相同的屬性定義。

完成對(duì)象識(shí)別后，工廠對(duì)象屬性定義用于表述該對(duì)象的典型特征，屬性定義工作的目的是保證其在規(guī)定的交付范圍內(nèi)具有明確的內(nèi)容定義、名稱唯一、易識(shí)別且無(wú)歧義。屬性定義的深度反映了工廠對(duì)象信息的詳細(xì)程度，其主要與信息使用要求、信息收集和處理能力及成本有關(guān)。

（3）類庫(kù)

類庫(kù)通常包含已定義屬性的工廠對(duì)象類以及屬性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，類庫(kù)的建立應(yīng)結(jié)構(gòu)合理、層次清晰、內(nèi)容完整和支持?jǐn)U展。

（4）編碼規(guī)則

數(shù)字化交付項(xiàng)目的統(tǒng)一規(guī)定中，要求編制項(xiàng)目組織、工廠對(duì)象、文檔、三維模型等編碼的統(tǒng)一規(guī)定，形成項(xiàng)目編碼標(biāo)準(zhǔn)體系，項(xiàng)目編碼標(biāo)準(zhǔn)體系中的編碼在執(zhí)行刪除、添加、更新、修改、擴(kuò)充、映射等管理時(shí)，體系的架構(gòu)不應(yīng)受到影響。

3.2 交付內(nèi)容

（1）按類型劃分

數(shù)字化交付的目標(biāo)是形成高質(zhì)量的數(shù)字資產(chǎn)。數(shù)字化交付內(nèi)容在根本上都是數(shù)據(jù)表現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)可分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指可以使用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)表示和存儲(chǔ)，表現(xiàn)為圖形的數(shù)據(jù)，如智能P&ID、三維模型等。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)則或不完整，沒(méi)有預(yù)定義的數(shù)據(jù)模型，不宜用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，如文本、圖表、圖像等。需要通過(guò)工具軟件從非結(jié)構(gòu)化文件中提取數(shù)據(jù)。

（2）按形式劃分

交付數(shù)據(jù)通常包含工廠對(duì)象的屬性值、計(jì)量單位、專業(yè)圖紙、技術(shù)文件等信息，交付的數(shù)據(jù)一般按類庫(kù)的要求進(jìn)行組織，工廠對(duì)象的數(shù)據(jù)內(nèi)容涵蓋設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工階段的基本信息。

工程建設(shè)期的二維圖形一般多為工程圖紙，此類工程圖紙如包含的信息經(jīng)過(guò)分析后可分解成多個(gè)互相關(guān)聯(lián)的組成部分，各組成部分間有明確的層次結(jié)構(gòu)，可通過(guò)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，并遵循一定的操作規(guī)范，此類二維圖形一般由智能工程軟件生成并管理，可以通過(guò)規(guī)定的方式進(jìn)行交付，如基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理的智能P&ID 就是這種通過(guò)二維來(lái)表達(dá)數(shù)據(jù)信息的代表。

采用統(tǒng)一格式的電子文檔必須保證與原版文檔保持一致，用于生成電子文檔的軟件，必須統(tǒng)一軟件型號(hào)與版本，保證最終交付物能夠滿足業(yè)主對(duì)文檔質(zhì)量的要求。同時(shí)內(nèi)容中應(yīng)包含各類協(xié)同工作的規(guī)定、手冊(cè)、修改單等。

三維模型信息應(yīng)通過(guò)工廠對(duì)象的工程位號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，與交付的數(shù)據(jù)、文檔中的信息形成一致關(guān)系，能夠在交付平臺(tái)中正確讀取和顯示。交付的三維模型應(yīng)使用統(tǒng)一的原點(diǎn)和坐標(biāo)系，應(yīng)包含必要的可視化碰撞空間。

3.3 交付處理

（1）技術(shù)文件發(fā)布

數(shù)字化交付的技術(shù)文件發(fā)布過(guò)程，應(yīng)支持多種模式完成交付信息的采集，對(duì)于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可采用信息集成完成采集，對(duì)于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可采用標(biāo)準(zhǔn)模板通過(guò)數(shù)據(jù)填報(bào)、文件上載等方式完成采集。

（2）信息提交

提交過(guò)程中，選定的交付平臺(tái)應(yīng)具備與主流設(shè)計(jì)工具、項(xiàng)目管理、采購(gòu)、施工等信息系統(tǒng)配套的接口或工具，支持各承包商交付的成果從數(shù)據(jù)庫(kù)或以工具提取后加載到交付平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)信息集成導(dǎo)入。如果信息需要進(jìn)行人工錄入或?qū)⑽募M(jìn)行批量導(dǎo)入的方式進(jìn)行提交，前期則需要根據(jù)平臺(tái)要求配置相應(yīng)的模板供錄入使用。

（3）關(guān)聯(lián)與校驗(yàn)

基于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模板所采集的關(guān)聯(lián)信息，應(yīng)用于交付平臺(tái)整合上載交付物之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成工廠對(duì)象與數(shù)據(jù)、文檔、三維模型及工廠分解結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)三維信息、二維圖紙、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的多維信息整合。關(guān)聯(lián)的范圍、形式要求在國(guó)標(biāo)中給予了明確規(guī)定，實(shí)際使用單位在項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程中也可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要，再次進(jìn)行規(guī)范和提升。

為了保證交付物的質(zhì)量，提交過(guò)程中需根據(jù)擬實(shí)現(xiàn)工廠對(duì)象、文檔編號(hào)和屬性等進(jìn)行合規(guī)性、完整性、準(zhǔn)確性和一致性的具體要求，制定相應(yīng)的校驗(yàn)規(guī)則，并且能夠根據(jù)規(guī)則配置相關(guān)檢驗(yàn)工具用于查驗(yàn)并形成報(bào)告。

4 交付技術(shù)

4.1 集成設(shè)計(jì)模式

（1）模式特點(diǎn)

集成化設(shè)計(jì)范圍涉及工藝、管道、建筑、結(jié)構(gòu)、自控、給排水、暖通、電氣及粉體等多個(gè)專業(yè)，專業(yè)之間以集成數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)據(jù)共享實(shí)現(xiàn)專業(yè)之間的線上信息傳遞，各專業(yè)人員能夠采用電子表格和數(shù)據(jù)庫(kù)資源管理器創(chuàng)建和修改數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制多用戶對(duì)數(shù)據(jù)的查看和變更權(quán)限。進(jìn)而達(dá)到一次輸入，多次使用的目的，實(shí)現(xiàn)從不連續(xù)的電子表格中提取工程數(shù)據(jù)，更有效管理、控制和挖掘數(shù)據(jù)。

在集成化設(shè)計(jì)模式下，專業(yè)間的數(shù)據(jù)傳遞能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行權(quán)限分配，而當(dāng)專業(yè)間交互的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的情況時(shí)，系統(tǒng)的一致性檢查功能能夠及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行直接修正，將問(wèn)題全部解決在設(shè)計(jì)階段，避免后期設(shè)計(jì)變更產(chǎn)生的數(shù)據(jù)混亂，確保了設(shè)計(jì)成品文件的最終質(zhì)量。

（2）實(shí)施的必要性

集成化設(shè)計(jì)的目的在于應(yīng)對(duì)工程建設(shè)期產(chǎn)生信息量大，涉及的數(shù)據(jù)量呈分散化、復(fù)雜化的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的EPC 項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式需各設(shè)計(jì)對(duì)象通過(guò)紙質(zhì)或電子文檔進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，再人工整合至設(shè)計(jì)文件中，降低了工作效率及準(zhǔn)確性。在這種情況下，基于高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理平臺(tái)的專業(yè)工程設(shè)計(jì)模式成為工程公司及最終用戶重點(diǎn)建設(shè)的方向。

通過(guò)提高工作效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，對(duì)于EPC 項(xiàng)目全生命周期而言，集成化設(shè)計(jì)為數(shù)字化交付工作奠定了工作基礎(chǔ)，也是數(shù)字化工程建設(shè)的源頭。集成化設(shè)計(jì)可以將工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)與工程設(shè)計(jì)平臺(tái)雙向集成，自動(dòng)生成中間資料和成品文件，自動(dòng)采集工程項(xiàng)目交付信息，為數(shù)字化交付創(chuàng)造條件。

4.2 信息采集

（1）數(shù)據(jù)類信息

針對(duì)數(shù)據(jù)類交付物，一般通過(guò)制定多種標(biāo)準(zhǔn)工作模板，要求各承包商和供應(yīng)商分別使用對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模板以人工錄入或批量導(dǎo)入的方式將工程數(shù)據(jù)進(jìn)行填報(bào)提交。標(biāo)準(zhǔn)模板也可配置到集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，通過(guò)數(shù)據(jù)批量發(fā)布的方式直接上傳到平臺(tái)中，模板庫(kù)則應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目要求進(jìn)行管理以及進(jìn)行必要的模板更新工作。

（2）圖形類信息

針對(duì)流程行業(yè)特有的工藝流程圖，基本上均要求使用專門開(kāi)發(fā)的工程軟件將數(shù)據(jù)以圖形圖像形式，即智能PID 進(jìn)行表達(dá)。智能PID 繪制后，圖形信息實(shí)際是將其關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提交發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了二維圖形中的信息能夠通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理的目標(biāo)。

而對(duì)于使用傳統(tǒng)的CAD 制圖軟件或轉(zhuǎn)化為PDF 格式的圖形文件，由于其圖形生成過(guò)程不是以數(shù)據(jù)為核心的，所以創(chuàng)建時(shí)還需要通過(guò)填寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)模板的方式將圖形所表達(dá)的信息作為元數(shù)據(jù)與圖形文件進(jìn)行綁定，并采用批量上傳的方式發(fā)布，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)此類圖形類文檔的數(shù)據(jù)上傳目標(biāo)。

（3）三維信息

三維信息是通過(guò)多專業(yè)協(xié)同建立的三維實(shí)體模型，是數(shù)字化交付的重點(diǎn)，它不僅反映了工廠對(duì)象的空間位置關(guān)系，而且通過(guò)工廠對(duì)象位號(hào)為關(guān)聯(lián)，承載工藝數(shù)據(jù)、儀表信息、設(shè)備屬性及各類工程文件。經(jīng)過(guò)智能PID 圖紙和三維模型的一致性檢查后，整體提交至交付平臺(tái)，也是各類交付信息的載體，是數(shù)字化交付信息采集的重點(diǎn)內(nèi)容。

4.3 交付平臺(tái)

交付信息宜采用數(shù)字化交付平臺(tái)進(jìn)行組織與存儲(chǔ)，工程公司在數(shù)字化建設(shè)過(guò)程中應(yīng)該提高數(shù)字化平臺(tái)使用意識(shí)。

（1）交付平臺(tái)類別

專業(yè)的數(shù)字化交付平臺(tái)是數(shù)字化交付的穩(wěn)定基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)外數(shù)字化交付平臺(tái)有很多，其中美國(guó)鷹圖公司的SPF 平臺(tái)和英國(guó)劍維公司的AVEVA NET 平臺(tái)是其中的典型代表，其工程軟件已在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中形成完整的工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，工程信息能夠依據(jù)ISO15926等通行規(guī)范，支持在整個(gè)工程生命周期中，對(duì)工廠虛擬資產(chǎn)進(jìn)行整合、管理和維護(hù)。

業(yè)主單位一般會(huì)根據(jù)自身的情況選擇專業(yè)的數(shù)字化交付平臺(tái)，但數(shù)字化交付平臺(tái)的共性還是在相關(guān)的交付標(biāo)準(zhǔn)框架下執(zhí)行和實(shí)施的。通用的移交平臺(tái)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及應(yīng)用需求逐漸明朗的前提下，通用型的數(shù)字化交付平臺(tái)將更多地結(jié)合業(yè)務(wù)需求的共性建立，同時(shí)也能兼顧定制開(kāi)發(fā)的方式滿足項(xiàng)目的具體需求。

（2）功能要求

數(shù)字化交付平臺(tái)同其他應(yīng)用系統(tǒng)一樣，需要具有權(quán)限、日志、流程等系統(tǒng)管理功能，并且能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)遷移。

平臺(tái)應(yīng)能夠?qū)ο到y(tǒng)中的所有對(duì)象與數(shù)據(jù)資源進(jìn)行權(quán)限控制，用戶可以訪問(wèn)而且只能訪問(wèn)查看獲得被授權(quán)的工程信息，并應(yīng)能夠?qū)Σ僮饔脩舻牟僮鞅３秩罩居涗?。系統(tǒng)使用過(guò)程中，各類業(yè)務(wù)流程也應(yīng)能夠滿足快速創(chuàng)建、配置、修改等需求。

平臺(tái)應(yīng)具有完整的數(shù)據(jù)備份機(jī)制，通過(guò)配置數(shù)據(jù)備份策略，確保備份數(shù)據(jù)的整體性、正確性和災(zāi)難恢復(fù)的可靠性。同時(shí)，為保證交付數(shù)據(jù)的質(zhì)量和管理效率，在交付總體管理中，設(shè)置預(yù)交付及整體數(shù)據(jù)遷移的方案應(yīng)能夠有相關(guān)功能支持。允許在不同批次的遷移過(guò)程中，支持遷移數(shù)據(jù)進(jìn)行整體打包，并在交付環(huán)境進(jìn)行配置后能夠執(zhí)行批量的導(dǎo)入工作。數(shù)據(jù)的持續(xù)更新，則能夠在維持配置不變的情況下，定期將數(shù)據(jù)順利打包存放導(dǎo)入。

5 結(jié)論

1）隨著業(yè)主單位對(duì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的需求日益明確以及工程公司數(shù)字化交付業(yè)務(wù)的發(fā)展，利用工程建設(shè)階段性成果為生產(chǎn)準(zhǔn)備期和運(yùn)營(yíng)期服務(wù)。工程企業(yè)作為基礎(chǔ)信息模型的主要提供者，在承擔(dān)工廠維修改造工程項(xiàng)目的同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)協(xié)助運(yùn)維方實(shí)現(xiàn)隨工廠運(yùn)維改造工程實(shí)施帶來(lái)的基礎(chǔ)信息模型的變更，工程企業(yè)也能夠更加高質(zhì)量地完成工廠運(yùn)維改造項(xiàng)目的實(shí)施，減少項(xiàng)目實(shí)施因原有信息不準(zhǔn)確造成的錯(cuò)誤。構(gòu)建裝置級(jí)“數(shù)字孿生”是工程建設(shè)單位下一階段數(shù)字化交付業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。

2）數(shù)字化交付是工程企業(yè)各專業(yè)在數(shù)字化模型中協(xié)同作業(yè)的結(jié)果，數(shù)字化交付實(shí)施效果，要求工程建設(shè)單位轉(zhuǎn)變工作模式，以滿足未來(lái)數(shù)字化交付乃至數(shù)字化工廠建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，工程建設(shè)單位要持續(xù)加強(qiáng)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)建設(shè)，逐步將種子文件與作業(yè)體系與數(shù)字化交付業(yè)務(wù)相統(tǒng)一；另一方面作為業(yè)主單位，也有責(zé)任和義務(wù)結(jié)合自身特點(diǎn)，盡早給出符合行業(yè)特點(diǎn)的規(guī)范技術(shù)文件。

3）工廠數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)都是基于數(shù)字化信息應(yīng)用的目的而產(chǎn)生的，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息應(yīng)用是完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，工程公司通過(guò)工程信息數(shù)字化管理和交付信息模型的建立，對(duì)物理工廠實(shí)際運(yùn)營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)工程信息資產(chǎn)的高效利用，是數(shù)字化工廠智慧工廠的必由之路。