淺析數(shù)字化交付中的交付物管理

沈斌

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

GB/T 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》[1]的發(fā)布在石油化工工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域開啟了數(shù)字化交付的新時(shí)代。數(shù)字化交付構(gòu)建了以工廠對象為核心的信息組織和管理模式，通過工廠對象的唯一性特征，自動(dòng)關(guān)聯(lián)與該工廠對象相關(guān)的各類交付物，包括數(shù)據(jù)、文檔、三維模型等，實(shí)現(xiàn)對工廠對象及其相關(guān)交付物的高效、便捷查詢，瀏覽和處理。數(shù)字化交付通過建立數(shù)字化交付平臺，將工程建設(shè)過程的數(shù)據(jù)、文檔和三維模型作為交付內(nèi)容，為企業(yè)數(shù)字化工廠和智能工廠的建設(shè)提供可靠的信息來源和可視化的信息載體，為企業(yè)ERP等管理系統(tǒng)提供資產(chǎn)全生命周期的信息，提升了企業(yè)的資產(chǎn)管理水平，助力企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。筆者通過參與中石化幾個(gè)大型項(xiàng)目的數(shù)字化交付工作的實(shí)踐，從介紹數(shù)字化交付的交付物內(nèi)容出發(fā)，分析了數(shù)字化交付過程中交付物管理的難點(diǎn)問題，提出了解決應(yīng)對的主要方法和建議。

1 數(shù)字化交付的交付物

1.1 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指應(yīng)用信息技術(shù)將項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購、施工階段產(chǎn)生的各類信息轉(zhuǎn)變而成的數(shù)據(jù)，交付的數(shù)據(jù)包括： 工廠對象類及其屬性的數(shù)據(jù)，計(jì)量類及計(jì)量單位的數(shù)據(jù)，專業(yè)文檔類型的數(shù)據(jù)，以及工廠對象類與屬性、計(jì)量類與計(jì)量單位、工廠對象類與專業(yè)文檔類型之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)等，它們構(gòu)成了描述工廠對象的信息組織結(jié)構(gòu)，即類庫，類庫的邏輯結(jié)構(gòu)和層級關(guān)系如圖1所示。

圖1 類庫的邏輯結(jié)構(gòu)和層級關(guān)系示意

交付的數(shù)據(jù)還包括項(xiàng)目工廠分解結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，如描述工廠、裝置、分區(qū)等數(shù)據(jù)元素；工廠分解結(jié)構(gòu)與工廠對象關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)；工廠分解結(jié)構(gòu)和文檔關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)；以及工廠對象和文檔關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)。數(shù)字化交付數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖2所示。交付的數(shù)據(jù)一般按照預(yù)先定義的數(shù)據(jù)模板進(jìn)行編制。數(shù)據(jù)接收方分階段對設(shè)計(jì)、采購和施工承包商交付的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、審核和確認(rèn)工作，形成最終的數(shù)據(jù)交付內(nèi)容，滿足項(xiàng)目不同階段對數(shù)據(jù)的需求和數(shù)字化交付驗(yàn)收的要求。

圖2 數(shù)字化交付數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系示意

1.2 非結(jié)構(gòu)化文檔

非結(jié)構(gòu)化文檔是在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購、施工階段產(chǎn)生的各類資料性文件。這些文件一般為PDF，TIF等非可編輯格式的電子文件，交付版本為最終竣工圖版，并具有相應(yīng)的簽署和蓋章。交付文檔多為項(xiàng)目交工技術(shù)文件要求的資料，也可以根據(jù)建設(shè)單位要求調(diào)整范圍并在相關(guān)合同中予以明確。除了交付文檔外，還需要提供該電子文件可編輯的目錄清單。

1.3 三維模型

三維模型需要按照數(shù)字化交付平臺要求的格式交付模型文件和屬性文件，包括： 設(shè)備、管道、儀表、電氣和建構(gòu)筑物等工廠對象，石油化工行業(yè)主流三維設(shè)計(jì)軟件數(shù)字化交付的模型文件格式見表1所列。同時(shí)，還要提供質(zhì)量證明文件，如： 碰撞檢查報(bào)告、二三維校驗(yàn)報(bào)告、設(shè)計(jì)檢查報(bào)告等[2]。有些項(xiàng)目需要交付整個(gè)項(xiàng)目的備份文件，包括： 生成包含管道焊口信息的IDF文件[3]和設(shè)計(jì)成品文件，如： 管道平面布置圖和單管圖等。

表1 三維模型交付的格式

1.4 智能P&ID

智能P&ID一般需要交付P&ID全部備份文件，包括圖形文件、數(shù)據(jù)庫、相關(guān)參考數(shù)據(jù)、自定義的格式(formats)、規(guī)則(rules)和模板(report templates)等。

1.5 智能儀表

智能儀表一般需要按照數(shù)字化交付規(guī)定要求編制儀表索引表和儀表規(guī)格書的數(shù)據(jù)模板，并提供儀表管路連接圖(hook-ups)等設(shè)計(jì)成品文件。有些項(xiàng)目需要交付完整的數(shù)據(jù)庫，包括符號和模板文件等。

2 交付物管理的難點(diǎn)

2.1 交付物的內(nèi)容和形式不同

數(shù)字化交付和傳統(tǒng)的文檔管理在本質(zhì)上是相互關(guān)聯(lián)的，但是數(shù)字化交付擴(kuò)展了傳統(tǒng)文檔管理的范疇[4-6]。從交付內(nèi)容上，除了文檔外，還包括數(shù)據(jù)和三維模型等，另外，數(shù)字化交付提出了全生命周期的信息移交，內(nèi)涵上的范圍更廣；從形式上，數(shù)字化交付需要將紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)化成PDF等有唯一編號的電子文件，數(shù)據(jù)需要填寫在預(yù)定義的數(shù)據(jù)模板中，三維模型及P&ID等圖形文件限定使用智能軟件的類型，甚至軟件版本，并規(guī)定了詳細(xì)的模板或種子文件。較傳統(tǒng)方式對紙質(zhì)文檔的收集、分類、整理和編目的管理而言，數(shù)字化交付的交付物管理要求更高，顆粒度更精細(xì)。而且從組織形式上也由卷冊管理轉(zhuǎn)向關(guān)聯(lián)關(guān)系管理，組織結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，更需要信息技術(shù)的有力支撐。此外，可視化的三維模型是數(shù)字化交付的亮點(diǎn)之一，但是卻存在著文件如何歸檔的問題，傳統(tǒng)文檔管理中對該類文件無明確規(guī)定。

2.2 交接雙方對工廠對象的分類不同

工廠對象是數(shù)字化交付提出的概念，是指構(gòu)成石油化工工廠的可獨(dú)立識別的工程實(shí)體。工廠對象是數(shù)字化交付的核心，數(shù)字化交付的交付物管理都是圍繞它來展開的。其信息顆粒度直接決定了數(shù)字化交付中數(shù)據(jù)、模型的詳細(xì)程度，以及與工廠分解結(jié)構(gòu)和文檔之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的復(fù)雜程度。因此在項(xiàng)目最初階段就需要定義清楚，并以此為基礎(chǔ)在工程建設(shè)各個(gè)階段以及運(yùn)營維護(hù)階段對其數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行更新、維護(hù)，如果定義有問題，將會(huì)導(dǎo)致不同階段的數(shù)據(jù)共享困難，從而需要增加額外的成本對數(shù)據(jù)重新建立或再整理。

工程項(xiàng)目的交接雙方從各自對數(shù)據(jù)供給或需求角度都闡述了對工廠對象的不同分類方式[7]，造成交付結(jié)果的不統(tǒng)一、不完整或不準(zhǔn)確。例如： 設(shè)計(jì)階段大型機(jī)組、成套設(shè)備一般都按照包設(shè)備由供應(yīng)商提供，作為獨(dú)立工廠對象管理；而運(yùn)維階段它被分解為設(shè)備、管道、儀表、電氣等不同種類的多個(gè)對象進(jìn)行管理，按照獨(dú)立工廠對象的交付物信息顆粒度無法滿足運(yùn)維階段管理的需求。

2.3 不同階段對數(shù)據(jù)的需求不同

工廠對象在全生命周期的不同階段會(huì)產(chǎn)生不同類型的數(shù)據(jù)，同時(shí)使用者對其需求也各不相同。項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)階段關(guān)注工廠對象的工藝數(shù)據(jù)、機(jī)械數(shù)據(jù)和涉及安全、環(huán)保方面的數(shù)據(jù)等，還關(guān)注布置信息和設(shè)備材料的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；項(xiàng)目施工階段有大量的管道施工工作，需要記錄和管理管道預(yù)制、焊接、無損檢測等信息，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目施工進(jìn)展情況等；項(xiàng)目試車完工階段需要提交完整的交工技術(shù)資料，滿足對如壓力容器、壓力管道和安全附件等特種設(shè)備監(jiān)督檢查所需信息，分系統(tǒng)完善試車、開車系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)；項(xiàng)目運(yùn)維階段主要關(guān)注設(shè)備的通用屬性信息，如： 名稱、型式和外形尺寸等，以及物資管理所需的供應(yīng)商提供的信息。不同階段不同專業(yè)對數(shù)據(jù)和屬性的細(xì)致程度也有很大的差別，因此要定義全面的數(shù)據(jù)集合，并且明確數(shù)據(jù)類型和編制規(guī)則是十分困難的事情。

2.4 關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立不足

數(shù)字化交付的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是關(guān)聯(lián)性的建立，它體現(xiàn)在工廠分解結(jié)構(gòu)、工廠對象和文檔三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立上。顯而易見，精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立是高效、便捷查詢的前提條件，尤其是對于非結(jié)構(gòu)化文檔。盡管2016年起住建部全面實(shí)施“白圖替代藍(lán)圖”，推廣數(shù)字化交付技術(shù)，但是現(xiàn)階段的交付仍然以非結(jié)構(gòu)化文檔為主，并且相當(dāng)多的是由紙質(zhì)文件掃描而來，需要通過OCR(optical character recognition)識別和轉(zhuǎn)換才能與工廠對象建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果工廠對象和文檔沒有按照工廠分解結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分并標(biāo)識，它們的關(guān)聯(lián)關(guān)系就會(huì)缺失或不準(zhǔn)確。例如： 工廠對象編號中未體現(xiàn)裝置號，就不能與工廠分解結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，也不能通過自動(dòng)識別工具與文檔建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。由于設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)習(xí)慣上的原因，工廠對象編號常常存在錄入錯(cuò)誤，使得工廠分解結(jié)構(gòu)、工廠對象和文檔三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系無法自動(dòng)建立起來。

2.5 工程設(shè)計(jì)的三維模型內(nèi)容深度不足

石油化工工程設(shè)計(jì)使用的三維模型軟件是一種設(shè)計(jì)輔助工具，最初主要目的為管道布置設(shè)計(jì)。模型元件一般較為簡單并未真實(shí)地反映實(shí)物的細(xì)節(jié)和材質(zhì)，像法蘭的螺栓、螺母和墊片并未實(shí)際顯示在模型里面，一些細(xì)節(jié)構(gòu)造，如動(dòng)設(shè)備的電機(jī)、靜設(shè)備的內(nèi)件和保溫結(jié)構(gòu)等，都需要按照“搭積木”的方式一點(diǎn)點(diǎn)的在三維模型中建立才能滿足運(yùn)維使用者對這些細(xì)節(jié)內(nèi)容的需求，但這樣做既降低了設(shè)計(jì)的工作效率，又影響了模型的實(shí)際運(yùn)行速度，難以滿足信息瀏覽和查詢的需求。

2.6 交付物的質(zhì)量檢查缺乏系統(tǒng)性

盡管數(shù)字化交付在項(xiàng)目初始階段會(huì)制定統(tǒng)一規(guī)定，編制種子文件和數(shù)據(jù)模板，但是面對海量的交付物信息，各種不同的信息來源和途徑，信息的導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)和加工處理仍需要有系統(tǒng)性的手段來保證這些信息與數(shù)字化交付規(guī)定的符合性，同時(shí)還要保證工作效率，否則信息的完整性、一致性和準(zhǔn)確性就無法落地。

3 交付物管理的對策

3.1 健全編號編碼體系

數(shù)字化交付首要工作是數(shù)字化，數(shù)字化是應(yīng)用信息技術(shù)手段將工程建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)階段各種信息轉(zhuǎn)換成便于計(jì)算機(jī)表達(dá)、傳輸和處理的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化文檔的過程。計(jì)算機(jī)軟件不是可以自動(dòng)識別信息的系統(tǒng)，也不能自動(dòng)校驗(yàn)信息的質(zhì)量，因此，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的過程，就需要對這些數(shù)據(jù)和文檔賦予編碼和編號，并建立和健全編號編碼體系。數(shù)字化交付策劃階段需要根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目情況制定交付物的統(tǒng)一規(guī)定，如設(shè)計(jì)單體或工廠對象編號規(guī)定、項(xiàng)目文件編號規(guī)定、材料等級規(guī)定等，包含包設(shè)備內(nèi)部工廠對象的編號規(guī)定，分別對數(shù)據(jù)、文檔和模型中的編號和編碼做出統(tǒng)一性要求，并在項(xiàng)目執(zhí)行過程中對編號編碼的符合性做校驗(yàn)，從而滿足驗(yàn)證交付物質(zhì)量的要求。

編號的編制規(guī)則應(yīng)具有唯一性、實(shí)用性、系統(tǒng)性和擴(kuò)展性。無論是工廠對象編號，還是專業(yè)文檔編號都應(yīng)符合唯一性的編制原則，不同的編號系統(tǒng)之間應(yīng)該建立映射關(guān)系；編號一般為英文或拼音的首字母縮寫，直觀、易用，便于數(shù)據(jù)的采集和處理；編號較為復(fù)雜時(shí)可分層級建立，同時(shí)適宜的編號結(jié)構(gòu)也支持編號的擴(kuò)展，滿足信息顆粒度的要求，解決數(shù)據(jù)分類不同、需求不同帶來的影響。健全編號編碼體系，做好頂層設(shè)計(jì)，是交付物管理的基礎(chǔ)。

3.2 完善文檔管理平臺

為實(shí)現(xiàn)文件創(chuàng)建、發(fā)布、分發(fā)、歸檔和交付的文檔全生命周期管理，消除不同信息系統(tǒng)帶來的信息孤島問題[8]，項(xiàng)目需要建立文檔收集、轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)、批量處理、編目統(tǒng)計(jì)、綜合查詢和移交等多功能于一體的統(tǒng)一的文檔管理平臺，并在項(xiàng)目執(zhí)行過程中，強(qiáng)化文檔管理制度，規(guī)范工作程序，落實(shí)文檔管理責(zé)任與分工，嚴(yán)格控制歸檔文件的質(zhì)量。

完善的文檔管理平臺是交付物管理的保障。交付物管理典型的工作流程如圖3所示。

圖3 交付物管理工作流程示意

從圖3中可以看出文檔管理是數(shù)字化交付的重要環(huán)節(jié)，數(shù)字化交付的文檔管理已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的電子化文件的交付管理，而已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘瑪?shù)據(jù)模板、數(shù)據(jù)庫文件和模型文件等多類型復(fù)雜的文檔交付管理，因此需要適應(yīng)新要求優(yōu)化和完善文檔管理平臺：

1)適應(yīng)全生命周期的文檔管理和控制要求。包括建立線上的工作流程，支持快捷的遠(yuǎn)程訪問和文檔傳遞，支持更多格式文件的在線瀏覽，最好能夠解析三維模型并實(shí)現(xiàn)在線審查，提供安全的存儲、共享和移交服務(wù)等。

2)將文檔管理統(tǒng)一規(guī)定轉(zhuǎn)化為校驗(yàn)規(guī)則滿足上傳和發(fā)布文檔的質(zhì)量驗(yàn)證需求，如： 檢查文檔編號、格式、屬性的符合性，驗(yàn)證文檔是否影響讀取，是否安全可靠，以及管理文件版次等。

3)具有報(bào)表功能，可以對文檔分類篩選、統(tǒng)計(jì)并輸出報(bào)表。

3.3 分階段梳理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

數(shù)字化交付的信息交付工作一般與工程建設(shè)同步進(jìn)行，宜根據(jù)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景采用分階段的交付方式。項(xiàng)目策劃階段審查智能軟件的配置和數(shù)字化交付統(tǒng)一規(guī)定的落實(shí)情況，滿足工程設(shè)計(jì)和信息交付的雙重目標(biāo)。方案設(shè)計(jì)階段借助評審裝置設(shè)備布置方案和可施工性審查模型內(nèi)容，滿足工藝流程和設(shè)備制造、安裝的需求。詳細(xì)設(shè)計(jì)階段審核設(shè)計(jì)檢查報(bào)告、碰撞檢查報(bào)告、設(shè)備和材料統(tǒng)計(jì)報(bào)告、管道焊口信息文件和設(shè)計(jì)成品文件等，滿足施工及安裝需求?，F(xiàn)場施工階段審核供應(yīng)商交付信息、設(shè)計(jì)變更和施工采集信息，維護(hù)交付信息的完整性和一致性。試車完工階段審核交付信息中各系統(tǒng)和子系統(tǒng)的劃分是否滿足驗(yàn)收、試車方案和竣工移交的要求，對交付信息進(jìn)行最終審核。

分階段交付需要各階段的承包商都要建立信息交付管理組織，配備專職人員，自始至終地貫徹項(xiàng)目數(shù)字化交付統(tǒng)一規(guī)定要求，協(xié)調(diào)存在問題，審核信息交付質(zhì)量。業(yè)主也需要建立數(shù)字化交付管理團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證、接收交付信息，負(fù)責(zé)交付的設(shè)計(jì)管理、文檔管理和信息技術(shù)管理等。

3.4 發(fā)展智能信息處理技術(shù)

海量數(shù)據(jù)的錄入、校核不能靠手工或半手工方式解決，更不能僅僅依賴數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭解決所有問題，需要不斷更新和維護(hù)信息，這就需要發(fā)展智能信息處理技術(shù)?，F(xiàn)階段的數(shù)字化交付智能信息處理技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)智能關(guān)聯(lián)。建立各智能軟件間的數(shù)據(jù)映射表，將工廠對象、P&ID圖形和屬性、三維模型和智能儀表數(shù)據(jù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)；通過工廠對象編號的識別，自動(dòng)建立工廠分解結(jié)構(gòu)、工廠對象和文檔三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2)模糊查詢。使用者不需要關(guān)心系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)就可以查詢信息，通過少部分信息鎖定查詢范圍，從而得到更為詳細(xì)的查詢結(jié)果。

3)數(shù)據(jù)識別。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用編號規(guī)則和關(guān)聯(lián)屬性識別和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用OCR識別技術(shù)將PDF文檔中的工廠對象編號和屬性數(shù)據(jù)識別轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與關(guān)聯(lián)。

4)三維模型審查。將各種類型的三維模型轉(zhuǎn)換到同一平臺上，使用三維模型瀏覽平臺方式審查模型，提供標(biāo)識、測量、記錄和多視角多窗口展示等功能。

5)三維模型處理?？蓪θS模型進(jìn)行解析、轉(zhuǎn)換、渲染、著色、貼圖和輕量化處理等，豐富設(shè)計(jì)三維模型內(nèi)容深度，實(shí)現(xiàn)與物理工廠的統(tǒng)一，優(yōu)化性能，滿足應(yīng)用場景模擬與仿真的需求。

智能信息處理技術(shù)是數(shù)字化交付的必要手段，它為高質(zhì)量的推進(jìn)數(shù)字化工廠和智能化工廠建設(shè)和發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。

3.5 探索數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

數(shù)字化交付項(xiàng)目制定了一系列的交付物管理統(tǒng)一規(guī)定，給智能軟件配置種子文件，定制輸出的數(shù)據(jù)模板和圖紙模板等，但是還不具有普遍適用性，對軟件系統(tǒng)和輸出數(shù)據(jù)、文件的兼容性目前還有很大的限制。集成化設(shè)計(jì)模式可以使設(shè)計(jì)各專業(yè)的輸入輸出更加標(biāo)準(zhǔn)化，更容易建立或驗(yàn)證信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而能在一定程度上形成交付信息的統(tǒng)一，形成標(biāo)準(zhǔn)的集成化設(shè)計(jì)工作流和信息數(shù)據(jù)流[9]。同時(shí)集成化設(shè)計(jì)增強(qiáng)了質(zhì)量驗(yàn)證的系統(tǒng)性，通過集成環(huán)境可以高效地處理不同系統(tǒng)產(chǎn)生的不一致數(shù)據(jù)，提高了最終信息交付的質(zhì)量。未來仍然需要繼續(xù)探索數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，使得各系統(tǒng)具有開放的標(biāo)準(zhǔn)接口和成熟的對外服務(wù)引擎，系統(tǒng)管理更加安全可靠。

4 結(jié)束語

通過幾個(gè)大型項(xiàng)目數(shù)字化交付管理的實(shí)踐，為工程公司建立起一套較為完善的大型全廠性項(xiàng)目數(shù)字化交付管理文件，并按照數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化了其中的交付物管理內(nèi)容和工作流程，完善設(shè)計(jì)集成化和項(xiàng)目管理的要求，為后續(xù)的數(shù)字化交付項(xiàng)目提供了更好的解決方案，為運(yùn)維管理提供了更加便捷、高效的數(shù)字化管理平臺和數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。隨著數(shù)字化交付項(xiàng)目的繼續(xù)深入，各項(xiàng)工作將更加規(guī)范，管理更趨完善，效率大幅提升。