長輸管道的數字化設計及交付

王苗

（中石化石油工程設計有限公司，山東東營257000）

1 數字化交付的背景

在工程建設過程中，業主為了降本增效，不斷提出要求參建單位縮短工期，改進施工工藝，以便降低投資和運營成本，從而要求參建單位統一標準，規范流程，集成應用和信息協作完成工程建設。構建數字化管道的關鍵環節就是數字化交付，而數字化交付是基于數字化設計的基礎上進行的。采用Smart Plant集成設計軟件完成數字化設計之后，首先要完成設計的數字化交付，然后將采購數據和施工數據采集完成，連同設計數據一同移交給業主，從而完成工程建設期的數字化交付。

2 數字化交付的內容

2.1 數字化交付的基礎-標準體系的定制

數字化交付的首要任務是制定項目級數字化交付標準體系，用于規定交付內容和交付要求。針對長輸管道項目的數字化交付，需完成編碼標準、交付標準、數據標準以及采集標準的制定。這四個標準是相互關聯，相輔相成的關系。圖1為編碼體系示意圖。

圖1 編碼體系示意

其中編碼標準是基礎，確保數字化設計的規范性，例如工廠結構編碼，程序文件，操作手冊等。

數據標準規定了從勘察到施工各階段工程對象的數據屬性，細化到每個專業的每一個對象，這個對象被稱之為實體。例如一個彎頭就是一個實體，它在設計、采購、施工階段采集的數據屬性中有相同的內容，也有不同的內容，因此需要制定它在不同階段所要采集的數據項，從而形成相應實體的數據規定。

采集標準是制定數據的采集模板，用來實現數據的智能采集，比如各階段的設計數據采集模板，施工數據采集模板，采購數據采集模板等。此外還有實施指南，用于規定各參建單位進行數字化交付的實施細則。

數字化交付標準用來確保數字化交付信息的一致性，合規性和完整性。包含交付策略、各專業的設計內容與深度規定。

2.2 數字化交付的前提-數字化設計

標準建立完成之后就要開展數字化交付。交付的第一任務就是要完成數字化設計。針對長輸管道項目而言，分為站場工程和管線工程。長輸管道站場工程應用SmartPlant集成設計系統進行設計，實現工程的“數字化、智能化、虛擬化、集成化”設計，滿足工程的全生命周期管理的需求。圖2 是基于Founda?tion平臺的集成設計軟件應用架構示意圖。

圖2 基于Foundation平臺的集成設計軟件應用架構示意[1]

根據已完成的長輸管道項目，建立了適用于長輸管道工程標準數據庫和模板，為以后的項目提供強有力的數據支持。而且形成了一套符合國際慣例的集成設計流程、體系文件。此外還實現關鍵參數建模工程，智能數據匹配功能。在虛擬化方面，通過可視化設計技術，可進行各專業實時更新可視化以及動態碰撞檢查，并且可以進行工廠的運維仿真，可應用虛擬化進行運維培訓等。此外，采用多軟件平臺、多格式模型參考整合，為逆向建模及數字化、智能工廠建立奠定基礎。

在天然氣站場的標準化設計中，進行模塊劃分，實現以模塊為單位的工藝流程標準化設計與復用，保證PID中各對象的參數屬性，也大大提高了設計效率。針對長輸管道站場的三維模型設計，建立了以設備為中心，各專業協同的模塊化三維設計，最后按照工藝流程，各個模塊連接起來，從而形成長輸管道項目站場的數字化三維設計。

對于已建站場，可以用Leica 三維激光掃描儀通過逆向建模的方式進行模型更新、數據更新等。左圖顯示的是點云掃描結果，右圖是導入S3D的模型結果，可以看到匹配度非常高。

對于線路工程設計是基于GIS自己開發的線路工程輔助設計系統，優化傳統設計工作流程，實現線路設計數字化和數據的共享交互。

2.3 數字化交付的核心-數字化交付平臺

設計階段完成之后即可開展設計的數字化交付。設計的數字化交付是在標準體系的指導下，通過集成設計平臺，將工程數據、工程模型、工程文檔及關聯關系進行移交[2]。

對于使用Smart Plant 軟件開展的站場工程設計，可以通過SPF 進行數據、模型、文檔等的數字化移交。通過解析Smart?Plant的設計成果，轉換數據格式，輕量化模型，但保留三維數據模型和屬性數據、圖檔資料的關聯關系，基于三維GIS的平臺實現站場設計成果的交付、瀏覽和查詢。

對于未使用集成系統設計的線路工程，就基于地理信息系統（GIS）搭建工程模型，實現設計成果、專項評價結果、工程建設成果以及地理信息的數據、文檔、模型及關聯關系的交付，形成可視化的工程數字化交付平臺，實現數字化交付及可視化工程管理。

數字化交付平臺中不僅可以實現設計數字化交付，還可以實現采購和施工的數字化交付。在設計數字化交付階段已經將技術規格書、數據表入庫到全生命周期的數據庫中，在采購階段，供貨商根據采集標準規范、制定設備物資采購數據填寫清單，可以同步物資管理系統。

在管道工程和站場工程的施工階段，實施對施工過程數據采集和監理檢查。在施工現場，可以對設計數據、圖紙進行查詢查看，如果現場沒有網絡環境，可以提前將需要的數據、文檔進行下載。在施工提交和上報施工數據階段，可以在線填報，也可以離線填寫，統一保存，待有網絡的時候，統一上傳同步。施工數據采集除了可以上傳數據、文檔意外，還可上傳施工照片。監理和業主可以對施工數據進行抽檢和查看。

將設計、采購、施工成果和數據導入到工程數字化管理系統，并將合同約定的交付物轉成通用格式，移交給業主的接受平臺，即可完成工程建設期的數字化交付，為項目運營期管理提供數據基礎。

3 前景展望

3.1 虛擬化技術的研究

對于管道建設方面，將繼續工程虛擬化技術的研究，進行施工組織、施工過程模擬，虛擬裝卸，模擬吊裝，安全分析等虛擬化研究，并對建設過程中的施工數據、人機定位等信息進行采集，掌控現場進度，指導現場安裝。

針對運維方面，在虛擬的數字化管道中，對管道設計及周邊環境進行模擬，比如特殊工況的模擬，火災、泄露等特殊場景模擬，可以用于人員的逃生培訓，消防演練等，從而保證生產安全運行。

3.2 智能化技術的研究

研究數字化設計就是為研究智能化設計奠定基礎，將知識圖庫、專家知識庫與智能化設計結合在一起，應用大數據和人工智能等技術對結構數據進行深度挖掘和機器學習，最終實現設計的智能化。

4 結語

智能管道是長輸管道項目的發展方向，研究數字化交付對智能管道研究意義深遠，也是必經之路。對項目工期，運營維護也產生不可替代的作用。