化工行業建設期數字化建設交付實施方案

沈志洵

（神華工程技術有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

1 概述

工程項目交付的介質載體一直以紙質文件為主，這種傳統的交付方式不僅交付過程繁雜，可視化效果差，并且整體效率也很低。隨著信息化時代的發展，紙質載體上的信息難以復用或被計算機系統直接獲取，由此推動工程項目交付形式隨之發生演變，以電子化文件為主，包含電子圖紙、數據表格、掃描文件等的電子化拷貝交付方式很大程度上提升了數據的復用性及整體交付效率，但實施過程中，數據交付的完整性、準確性和一致性三個方面的信息質量要求，以及數據的多次更新迭代，對交付模式提出了更高的要求。

工廠數字化交付指的是通過數字化集成平臺，將設計、采購、施工、調試等階段產生的數據資料和成果間建立關聯關系形成有機的整體后進行交付，作為單一的數據源提交給業主的交付方式。這種交付方式提升了數據復用性及標準化程度，避免了因信息孤立造成的交叉查詢困難，解決了工程數據在運維期能夠被有效利用的問題。目前國內越來越多的企業對工程項目交付的要求也從傳統紙質文件交付轉向數字交付的方式。

2 實施依據

作為數字化交付的接收方，業主單位應在項目實施前制定數字化交付的策略和交付基礎，協調和管理工程數字化交付工作，驗收交付方所交付的信息；交付方應按照交付基礎的要求收集、整合并移交交付信息。業主單位和交付方共同負責最終交付信息的完整性、準確性和一致性，基于以上工作形成的作業規范便是數字化交付項目的實施依據。

2.1 國家標準

2018 年發布的《石油化工工程數字化交付標準》（GB/T51296—2018）旨在為石油化工數字化工廠和智能工廠建設提供基礎，規范工程建設數字化交付工作。其主要適用于石油化工工程項目設計、采購、施工直至工程中間交接階段的數字化交付。但除此之外，數字化交付工作應符合國家現行有關標準規定。

2.2 企業標準

由于已發布的GB 類數字化標準目前僅適用于石油化工行業，隨著各類數字化交付項目的實施，建設單位為滿足自身項目的實際需要，通常會在項目實施前，結合項目實際需要，在參考相關標準的基礎之上，制定符合項目要求的交付統一規定，此類統一規定一般具有比較明顯的行業特性和企業特點，未來通過總結歸納，能夠形成行業或國家標準。

3 實施要求

3.1 實施基礎

（1）工廠分解結構

工廠分解結構是按照一定的分類原則和編碼體系，反映工廠各級分解對象的樹狀結構。結構規劃應充分考慮能夠在行業層級內，依據不同工廠的分類方式快速建立工廠分解結構，且便于對結構進行管理，具備后期可添加、減刪和修改的調整空間。

（2）工廠對象與屬性定義

根據國標定義，工廠對象是指為構成工廠的設備、管道、儀表、電氣和建（構）筑物等賦予編號，可獨立識別的工程實體，能夠滿足快速檢索和定位的要求。通常在數字化交付的執行過程中，業主單位則會根據功能或結構等特征對工廠對象進行進一步識別和分類，同類別的工廠對象歸納設定有相同的屬性定義。

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

（3）類庫

類庫通常包含已定義屬性的工廠對象類以及屬性之間的關聯關系，類庫的建立應結構合理、層次清晰、內容完整和支持擴展。

（4）編碼規則

數字化交付項目的統一規定中，要求編制項目組織、工廠對象、文檔、三維模型等編碼的統一規定，形成項目編碼標準體系，項目編碼標準體系中的編碼在執行刪除、添加、更新、修改、擴充、映射等管理時，體系的架構不應受到影響。

3.2 交付內容

（1）按類型劃分

數字化交付的目標是形成高質量的數字資產。數字化交付內容在根本上都是數據表現，這些數據可分為結構化數據和非結構化數據。結構化數據是指可以使用關系型數據庫表示和存儲，表現為圖形的數據，如智能P&ID、三維模型等。非結構化數據是數據結構不規則或不完整，沒有預定義的數據模型，不宜用數據庫來表現的數據，如文本、圖表、圖像等。需要通過工具軟件從非結構化文件中提取數據。

（2）按形式劃分

交付數據通常包含工廠對象的屬性值、計量單位、專業圖紙、技術文件等信息，交付的數據一般按類庫的要求進行組織，工廠對象的數據內容涵蓋設計、采購、施工階段的基本信息。

工程建設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過分析后可分解成多個互相關聯的組成部分，各組成部分間有明確的層次結構，可通過關系型數據庫進行管理，并遵循一定的操作規范，此類二維圖形一般由智能工程軟件生成并管理，可以通過規定的方式進行交付，如基于數據庫管理的智能P&ID 就是這種通過二維來表達數據信息的代表。

采用統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，必須統一軟件型號與版本，保證最終交付物能夠滿足業主對文檔質量的要求。同時內容中應包含各類協同工作的規定、手冊、修改單等。

三維模型信息應通過工廠對象的工程位號進行關聯，與交付的數據、文檔中的信息形成一致關系，能夠在交付平臺中正確讀取和顯示。交付的三維模型應使用統一的原點和坐標系，應包含必要的可視化碰撞空間。

3.3 交付處理

（1）技術文件發布

數字化交付的技術文件發布過程，應支持多種模式完成交付信息的采集，對于結構化數據可采用信息集成完成采集，對于非結構化數據可采用標準模板通過數據填報、文件上載等方式完成采集。

（2）信息提交

提交過程中，選定的交付平臺應具備與主流設計工具、項目管理、采購、施工等信息系統配套的接口或工具，支持各承包商交付的成果從數據庫或以工具提取后加載到交付平臺上，實現信息集成導入。如果信息需要進行人工錄入或將文件進行批量導入的方式進行提交，前期則需要根據平臺要求配置相應的模板供錄入使用。

（3）關聯與校驗

基于結構化數據和數據模板所采集的關聯信息，應用于交付平臺整合上載交付物之間的關聯關系，形成工廠對象與數據、文檔、三維模型及工廠分解結構間的關聯，實現三維信息、二維圖紙、業務數據的多維信息整合。關聯的范圍、形式要求在國標中給予了明確規定，實際使用單位在項目執行過程中也可根據項目實際需要，再次進行規范和提升。

為了保證交付物的質量，提交過程中需根據擬實現工廠對象、文檔編號和屬性等進行合規性、完整性、準確性和一致性的具體要求，制定相應的校驗規則，并且能夠根據規則配置相關檢驗工具用于查驗并形成報告。

4 交付技術

4.1 集成設計模式

（1）模式特點

集成化設計范圍涉及工藝、管道、建筑、結構、自控、給排水、暖通、電氣及粉體等多個專業，專業之間以集成數據為基礎，通過數據共享實現專業之間的線上信息傳遞，各專業人員能夠采用電子表格和數據庫資源管理器創建和修改數據庫中的數據，實現控制多用戶對數據的查看和變更權限。進而達到一次輸入，多次使用的目的，實現從不連續的電子表格中提取工程數據，更有效管理、控制和挖掘數據。

在集成化設計模式下，專業間的數據傳遞能夠根據業務需要進行權限分配，而當專業間交互的數據出現不一致的情況時，系統的一致性檢查功能能夠及時對數據質量進行直接修正，將問題全部解決在設計階段，避免后期設計變更產生的數據混亂，確保了設計成品文件的最終質量。

（2）實施的必要性

集成化設計的目的在于應對工程建設期產生信息量大，涉及的數據量呈分散化、復雜化的發展趨勢，傳統的EPC 項目設計模式需各設計對象通過紙質或電子文檔進行數據傳遞，再人工整合至設計文件中，降低了工作效率及準確性。在這種情況下，基于高級數據庫管理平臺的專業工程設計模式成為工程公司及最終用戶重點建設的方向。

通過提高工作效率和設計質量，對于EPC 項目全生命周期而言，集成化設計為數字化交付工作奠定了工作基礎，也是數字化工程建設的源頭。集成化設計可以將工藝設計平臺與工程設計平臺雙向集成，自動生成中間資料和成品文件，自動采集工程項目交付信息，為數字化交付創造條件。

4.2 信息采集

（1）數據類信息

針對數據類交付物，一般通過制定多種標準工作模板，要求各承包商和供應商分別使用對應的標準模板以人工錄入或批量導入的方式將工程數據進行填報提交。標準模板也可配置到集成設計系統中，通過數據批量發布的方式直接上傳到平臺中，模板庫則應根據項目要求進行管理以及進行必要的模板更新工作。

（2）圖形類信息

針對流程行業特有的工藝流程圖，基本上均要求使用專門開發的工程軟件將數據以圖形圖像形式，即智能PID 進行表達。智能PID 繪制后，圖形信息實際是將其關聯的數據進行提交發布，實現了二維圖形中的信息能夠通過數據庫進行管理的目標。

而對于使用傳統的CAD 制圖軟件或轉化為PDF 格式的圖形文件，由于其圖形生成過程不是以數據為核心的，所以創建時還需要通過填寫標準模板的方式將圖形所表達的信息作為元數據與圖形文件進行綁定，并采用批量上傳的方式發布，進而實現此類圖形類文檔的數據上傳目標。

（3）三維信息

三維信息是通過多專業協同建立的三維實體模型，是數字化交付的重點，它不僅反映了工廠對象的空間位置關系，而且通過工廠對象位號為關聯，承載工藝數據、儀表信息、設備屬性及各類工程文件。經過智能PID 圖紙和三維模型的一致性檢查后，整體提交至交付平臺，也是各類交付信息的載體，是數字化交付信息采集的重點內容。

4.3 交付平臺

交付信息宜采用數字化交付平臺進行組織與存儲，工程公司在數字化建設過程中應該提高數字化平臺使用意識。

（1）交付平臺類別

專業的數字化交付平臺是數字化交付的穩定基礎。目前國內外數字化交付平臺有很多，其中美國鷹圖公司的SPF 平臺和英國劍維公司的AVEVA NET 平臺是其中的典型代表，其工程軟件已在項目實施過程中形成完整的工程設計系統，工程信息能夠依據ISO15926等通行規范，支持在整個工程生命周期中，對工廠虛擬資產進行整合、管理和維護。

業主單位一般會根據自身的情況選擇專業的數字化交付平臺，但數字化交付平臺的共性還是在相關的交付標準框架下執行和實施的。通用的移交平臺在標準規范及應用需求逐漸明朗的前提下，通用型的數字化交付平臺將更多地結合業務需求的共性建立，同時也能兼顧定制開發的方式滿足項目的具體需求。

（2）功能要求

數字化交付平臺同其他應用系統一樣，需要具有權限、日志、流程等系統管理功能，并且能夠支持數據遷移。

平臺應能夠對系統中的所有對象與數據資源進行權限控制，用戶可以訪問而且只能訪問查看獲得被授權的工程信息，并應能夠對操作用戶的操作保持日志記錄。系統使用過程中，各類業務流程也應能夠滿足快速創建、配置、修改等需求。

平臺應具有完整的數據備份機制，通過配置數據備份策略，確保備份數據的整體性、正確性和災難恢復的可靠性。同時，為保證交付數據的質量和管理效率，在交付總體管理中，設置預交付及整體數據遷移的方案應能夠有相關功能支持。允許在不同批次的遷移過程中，支持遷移數據進行整體打包，并在交付環境進行配置后能夠執行批量的導入工作。數據的持續更新，則能夠在維持配置不變的情況下，定期將數據順利打包存放導入。

5 結論

1）隨著業主單位對數據資產的需求日益明確以及工程公司數字化交付業務的發展，利用工程建設階段性成果為生產準備期和運營期服務。工程企業作為基礎信息模型的主要提供者，在承擔工廠維修改造工程項目的同時，也應當協助運維方實現隨工廠運維改造工程實施帶來的基礎信息模型的變更，工程企業也能夠更加高質量地完成工廠運維改造項目的實施，減少項目實施因原有信息不準確造成的錯誤。構建裝置級“數字孿生”是工程建設單位下一階段數字化交付業務的發展方向。

2）數字化交付是工程企業各專業在數字化模型中協同作業的結果，數字化交付實施效果，要求工程建設單位轉變工作模式，以滿足未來數字化交付乃至數字化工廠建設的標準要求，在可預見的未來，工程建設單位要持續加強基礎業務建設，逐步將種子文件與作業體系與數字化交付業務相統一；另一方面作為業主單位，也有責任和義務結合自身特點，盡早給出符合行業特點的規范技術文件。

3）工廠數據源和數據基礎都是基于數字化信息應用的目的而產生的，實現數字化信息應用是完成數字化轉型的關鍵挑戰，工程公司通過工程信息數字化管理和交付信息模型的建立，對物理工廠實際運營狀態進行優化，實現工程信息資產的高效利用，是數字化工廠智慧工廠的必由之路。