淺談在煤化工工廠建設中三維數字化移交的設計與應用

梁銀蟬

(國家能源集團寧夏煤業集團信息技術中心，寧夏 銀川 750011)

隨著國能寧夏煤業集團煤制油化工(以下簡稱煤化工)的建設與發展，在煤化工廠區的建設過程中實現“三維數字化移交”，提高煤化工的信息管理水平，建設數字化工廠已經越來越重要。

“三維數字化移交”有別于傳統交付模式，是業內新興的一種交付方式。傳統交付是按照專業交付各自生成的圖紙或文件(可包括三維模型)，交付物相互之間是孤立的，很難保證數據的一致性。“數字化移交”以“工廠對象”為核心，依托"數字化移交平臺"，將各專業產生的工程數據、文檔、三維模型，相互之間建立關聯關系，形成一個有機的整體(數字化工廠模型)進行交付。

煤化工廠區在建設期間到投產運行期間，煤化工需要從各參建方移交大量的數據，比如圖紙、設備參數、資產數據、文檔記錄、數據記錄等，但是多數這樣的數據提交還是只停留在紙質的施工資料移交的舊模式下，并且由于廠區建設各階段是孤立的，導致各種數據信息也是分散的，不能在圖紙與現場實際建立起有效的融合，遠不能滿足集約化、標準化、流程化管理的需求。

“三維數字化移交”，利用三維可視化技術、信息系統集成技術，結合工程數據和位置信息，以三維數字化的形式，將工廠的建設過程數據進行整合，實現從設計開始到煤化工工廠全生命周期信息的三維化、可視化和在線管控，達到滿足集約化、標準化、流程化管理的需求。

本文將以國能寧夏煤業集團烯烴二分公司廠區建設為例，淺談數字化移交在煤化工廠區建設中的設計與應用。

1 三維數字化移交目標

依托工廠的工程項目信息，建設一個三維數字化工廠平臺。同時，集成工程管理、生產運營、設備管理、環保安全的各種動靜態數據。通過利用三維數字化設計技術，將物理工廠與數字工廠的完美結合，實現從設計開始工廠全生命周期信息的三維化、可視化和在線管控。為企業生產、安環、培訓、設備管理、工程管理等業務的數字化應用提供數據、三維模型、應用服務的支撐。

2 數字化移交內容與關鍵環節

數字化移交項目，主要依托AVEVA NET軟件，從設計、交付、集成三個方面入手，將工廠的建設設計數據、過程數據、運營數據進行集成、展示、應用，最終搭建一個數字化工廠平臺，為企業數字化、智能化運營管理模式提供支撐。

數字化移交，為一次性整體交付，交付內容包括數據、文檔、模型。交付范圍內容由交付物清單進行約定，主要包括智能P&ID、三維模型、文檔資料和結構化數據，依托平臺建立起相互關聯，方便數據檢索，查找，關聯和信息共享。

2.1 建立移交規范和數據標準

數字化移交項目首先要建立工作內容的標準，來約束設計單位、供應商單位、施工安裝單位、監理單位產生的文件數據，根據項目的特點和實際需要進行數字移交規范和數據標準的建設。

主要包括對三維模型層級劃分要求，主體裝置編碼規定、設備編碼要求、儀表編碼要求、建構筑物編碼要求，設計圖紙編碼要求，文件編碼要求，文件清單要求，材料清單要求等要求和合規性要求；設備供應商和主要材料供應商的供應代碼要求，設備部件清單要求，設備安裝圖紙編碼要求，設備維護檢修編碼要求，備品備件清單要求和合規性要求；建設單位的相關施工方案，施工管理，安裝過程記錄等文件和數據要求和合規性要求；監理單位的技術監督，HSE監督，監理報告等文件和數據要求和合規性要求。

圖1 流程發布圖

2.2 數字化設計

數字化設計，是數字化移交的數據源頭設計，主要進行工程資料梳理、智能P&ID圖紙繪制、工程數據庫創建、工廠三維建模等內容，設計平臺主要采用AVEVA公司的AVEVA Plant組件完成實施，包括Diagrams、Engineering、Schematic-3D-Integrator模塊。軟件架構如圖2所示。

圖2 aveva net平臺軟件架構

2.3 智能P&ID圖紙繪制

整個數據集成設計階段，智能P&ID圖紙的繪制是整個設計的關鍵技術，通過將圖紙中對象的位號信息熱點化，將對象的數據信息同時保存在圖紙上面和工程數據庫中，實現與工程數據庫的交互及圖面數據的智能傳遞。

2.4 三維模型建模

采用PDMS(PlantDesignManagementsystem)即工廠三維布置設計管理系統軟件進行三維建模。通過建立獨立的數據庫結構，將元件和設備信息全部存儲在參數化的元件庫和設備庫中，實現數據的獨立性，拜托對第三方數據庫的依賴。同時，通過元件和各專業設計之間自動地三維碰撞檢查，保證了整體上設計結果的準確性。

2.5 二三維校驗

三維模型依據P&ID來完成，主要通過人工比對的方式，往往會有偏差，二三維數據的檢查，是檢驗設計質量的重要一項工作任務。完成對智能P&ID的審核后，通過Sechmatic 3D工具，結合三維模型，進行二三維數據的校驗，檢查二三維數據的不一致性(校驗報告)，并根據檢查結果，修改和完善相應的二維或三維數據，保證交付數據的一致性，提升交付成果質量。

3 數字化過程交付

將工廠的工藝流程圖、管道軸測圖、設備布置圖、三維模型、供應商資料、施工圖、結構預制圖等相關工程資料和數據，按照一定的規則進行收集、組織、校驗和管理，經過PDF或者SVG格式轉換、數據關聯等方式進行數據處理后，移植到數字化移交平臺，實現工廠基礎信息的數字化，整體進行交付。

數字化交付的關鍵技術是，通過Getway將PDMS中的三維模型數據轉換為XML文件，導入到數字化交付平臺。

交付流程參見下圖3。

圖3 交付流程

4 數字化移交的應用

在國能寧夏煤業集團烯烴二分公司數字化移交項目中，主要實現應用功能主要包括三維可視化、二維圖紙可視化、文檔資料可視化、報表可視化、實時數據可視化、用戶管理等。

數字移交項目中的 3D 模型，可以直接在網頁瀏覽器來瀏覽，不依賴源系統(軟件)的可視化功能。能夠執行查看、測量裝置的三維模型等一系列可視化操作，查看方式比較豐富，主要有飛行、行走、繞中心旋轉、平移、滑行等方式，既可以查看裝置整體模型，也可以隔離查看單個設備模型。模型示例見圖4。

圖4 模型示例

4.1 二維圖紙可視化

二維圖紙包括布置圖和智能P&ID圖紙，智能P&ID可視化圖紙中的位號是帶熱點的，在圖紙中點擊位號可以打開位號的相關信息，點擊任何一個與圖紙相關聯的對象，將在可視化圖紙中高亮(粉紅色)顯示點擊的對象，同時打開該對象的相關信息，見圖5。

圖5 智能P&ID示例

4.2 文檔資料可視化

普通文檔資料包括OFFICE、PDF、圖片，直接通過瀏覽器對文檔進行查看，實現文檔的圈閱、縮放、打印、拷貝、放大鏡查看等功能，通過關聯的位號信息可以直接打開相應的而三維模型等其他關聯信息，見圖6。

圖6 文檔可視化示例

4.3 報表可視化

根據實際的需求，將用戶關心的設備通過自定義組合的方式，以不同的顏色顯示不同的設備，DIY自己的可視化報表，方便查看調用。

4.4 實時數據可視化

通過數據接口的方式，將實時數據、設備檢維修信息、實時報警信息進行接入，實現動靜態數據查看，見圖7。

圖7 實時數據示例

4.5 用戶管理

以域控服務器為基礎進行服務器的搭建，實現單點登陸，通過Admin Tool工具完成普通用戶、管理員用戶、控制組等設置，達到不同權限用戶具有不同訪問操作權限的功能。

5 總結

化工行業在工廠建設階段實現數字化交付，已經是一項新型領域和發展方向，一般意義上的交付按照專業劃分，資料分別交付，交付成果是分散的，沒有關聯關系的，很難保證數據的一致性。用戶很難進行維護和再利用，而“數字化交付”將各專業數據進行整合，并將它們之間建立起關聯關系，保證交付信息的完整性，一致性和正確性。通過數字化移交的應用，能大幅提升工作效率，降低經營成本。

就化工行業來說，還未形成統一的數字化移交標準，就增加了數字化移交的困難，因此，需要建立起統一的移交標準，來指導數字化移交的規范性。