化工項目數字化交付與集成設計平臺應用分析

李 剛

（賽鼎工程有限公司，山西 太原 030002）

引 言

近年來，越來越多的化工項目提出了工程設計數字化交付的要求，為了對工程建設數字化交付標準進行規范，住房和城鄉建設部發布了《石油化工工程數字化交付標準》（GB/T 51296—2018），已于2019 年 3月1 日起實施。此標準對石化項目數字化工廠、智能工廠建設以及對工程項目設計、采購、施工過程數字化信息進行了規范，有助于國內化工項目數字化交付的健康發展。

數字化交付源于數字化工廠建設的需求，數字化工廠是基于工廠對象，對工程建設階段產生的靜態信息，生產運行階段產生的動態信息，依靠工廠綜合信息管理平臺，來實現信息關聯交互，以服務于運維。數字化交付過程涵蓋信息交付策略制定、信息交付基礎制定、信息交付方案制定、信息整合和校驗、信息移交和信息驗收。

基于數字化交付開展的工程設計項目，設計過程中二維和三維設計數據已通過集成設計平臺實現了基于位號的結構化數據集成及多專業協同，同時采用與數字化工廠設計系統配套的文檔系統實現了基于位號的非結構化數據設計文檔、供應商文檔關聯，在交付時向業主整體移交設計數據庫，極大地方便了生產運營過程調用工程建設全過程的數據及文檔，使得工程設計信息更好的服務于工廠運維。

數字化交付通過交付平臺集成了設計、采購、施工過程的信息，同時也服務于設計、采購、施工，直到完善竣工信息后交付業主，所以通過數字化交付可以較便捷地實現工程建設不同階段、各參與方信息的傳輸、溝通、處理，有助于提升工程價值[1]。

1 化工工程設計與數字化交付

1.1 傳統化工工程設計與數字化設計的模式組織

化工工程設計是一項系統工程，需要多部門、多專業設計人員互相協作、互相支持、密切配合才能完成。化工工程設計的關鍵內容是進行工程計算，即以設計要求為基礎，對物料及能量進行衡算，確定合理的設備尺寸、原材料消耗、管道規格等，并以此為基礎進行其他相關專業設計計算。

化工工程設計的主要特點表現為：計算繁瑣、工作量大，各專業間設計信息以設計條件為載體進行傳遞，隨著設計深度增加，各專業均存在設計信息變更的情況，這樣對各專業間的信息溝通管理要求較高，制度不完善或執行不到位，會影響工程的設計進度、質量，也會導致工程造價的增加。

傳統設計按各專業分別設計的模式來組織，交付的內容為各專業設計成品文件，專業信息較獨立并形成“孤島”。數字化設計以工廠對象為核心的模式進行組織，交付的信息為工廠對象各專業全生命周期的信息，是設計數據組織模式的一種變革，各類工廠對象以各專業屬性集中匯總的形式提供，傳統設計與數字化設計的模式組織見圖1。

圖1 傳統設計與數字化設計的模式組織

從圖1 可以看出，傳統設計模式的各專業信息的獨立性與數字化設計模式各專業信息屬性的交融性，建立以工廠對象為核心的數字化信息模型，能形成多專業互相關聯的結構化數據，為集成設計的應用提供數字化基礎。

1.2 單一數據平臺的局限性及集成設計平臺的應用

工程設計過程中會使用較多的設計軟件，如工藝專業的 ASPEN PLUS、HYSYS、PROⅡ、智能 P&ID 等專業軟件，工藝專業流程模擬計算、換熱器、塔器等設備單體計算過程產生的工藝數據，智能P&ID 等軟件產生的二維圖形均帶有設計屬性，其他專業使用不同的設計軟件也會產生大量數據，這些數據數量較大，關聯關系也比較復雜，而且由于來源不同，導致專業數據格式互不兼容，因而無法通過單一數據平臺進行維護管理，進而會引起數據無法同步，同時不能有效共享，導致數據需要重復輸入、不斷校對，數據一致性無法保障，效率較低；同時，工程設計過程中經常出現數據的修改和設計條件的升版，單一數據平臺無法保證不同用戶同步獲取到最新且一致的數據。

集成設計平臺包含數據管理和文檔管理，可以實現與智能圖形設計軟件以及外部數據交互[2]。通過集成設計平臺，借助先進的計算機技術，打通不同專業間的數據接口，將各專業軟件產生的工程數據集成到同一個平臺上，可以打破信息的“孤島”，實現各專業數據的高效傳遞和共享，并且可以對工程材料的設計、采購、施工進行一體化管理，確保數據的一致性和可追溯性，提高工程建設質量。通過集成設計平臺，還可利用后臺數據追蹤和記錄，結合在線設計校審程序，實現設計文件版本的管理；同時，應用電子簽名實現設計條件和設計成品的簽署，可實現無紙化辦公并且提升整體效率。集成設計平臺在數字化交付中的應用見圖2。

1.2.2觀察組采用方法 本組研究對象采取CTA檢測，檢測方法：選擇64層螺旋CT掃描系統進行檢測，于患者肘正中靜脈將非離子型對比劑注入，劑量為2mg/kg，注入速度為每秒3～4ml，延遲時間為15秒～23秒。掃描參數：300mA、120kV、螺距為3.5、層厚為1mm、重建間隔為0.5mm。

圖2 集成設計平臺在數字化交付中的應用

由圖2 可知，集成設計平臺融合貫通了多專業設計數據，可實現設計數據管理、文檔管理和工作流管理等功能，最終進行靜態數據的數字化交付。

1.3 集成設計平臺助力數字化交付

集成設計與數字化工廠的關系見圖3。

圖3 集成設計與數字化工廠的關系

工程公司在工廠建設階段產生的靜態數據、業主在工廠運維階段產生的動態數據和基于工廠三維可視化模型的相互關聯，形成數字化工廠。

集成設計平臺交付數據具有完整性、準確性、高效性等特點，可助力數字化交付。

1.3.1 集成設計平臺包含交付標準中的各類規定，可保證數據完整性

集成設計平臺對工程設計數據有明確的規范定義，對工廠的分解結構，類庫的定義以及工廠對象編號規定等，遵循《石油化工工程數字化交付標準》（GB/T 51296—2018），項目設計前期通過制定《工程信息編碼規定》《工廠對象分類及屬性規定》等基礎性規定，可保證交付數據完整性。

1.3.2 集成設計平臺能對數據進行整合、規范、集成，可保證數據準確性

工程公司作為交付方，移交信息來源于工程公司設計、采購、施工全過程的設計數據文檔和模型。各專業按照管理要求統一提交到集成設計平臺上的數據，可由集成設計平臺同步至交付平臺，通過分析整理，形成統一標準、統一標識、有效關聯的數據信息；并且多專業三維模型的協同設計，不僅是為了滿足數字化交付的需求，更能消除專業間的模型碰撞，提高設計質量。

1.3.3 集成設計平臺對數據發布具有高效性，能實現漸進移交和竣工移交

數字化交付項目在初始階段就確定了以工程公司為工程數據匯總中心，搭建工程交付平臺的職責，制定階段性交付工程數據的收集和管理策略，這樣所有分包商在項目的執行過程中、在項目逐步推進過程中，就能夠將每個階段產生的各類工程數據收集起來，實現工程建設期信息的分階段、漸進式交付。

1.3.4 集成設計平臺能對未來智能化工廠提供核心基礎數據，有利于工程項目EPC 的優化管理

工程公司作為交付方，移交信息來源于工程公司設計、采購、施工全過程的設計數據文檔和模型。為保證移交信息的完整性、準確性、一致性，工程公司需制定一系列基礎性規定和質量審核規定等內容，以便將交付信息應用于采購施工階段，使工程建設各參與方能便捷地獲取工程數據，提高工程建設質量。

2 數字化交付及集成設計發展展望及建議

2.1 發展展望

當今世界，信息技術創新日新月異，數字化、網絡化、智能化深入發展，結合面臨的新形勢和新技術應用，化工行業應以助力中國加快從制造大國轉向“智造”強國、早日實現“中國制造2025”為重點，推動新技術應用；踐行節能環保、循環經濟、生態文明等綠色發展理念，廣泛應用集成設計、三維設計、仿真模擬等技術，促進物聯網、云計算、移動互聯網、大數據、智能制造等新技術的集成應用，實現勘察設計手段創新；深度推進數字化工廠在工程建設運營全過程中的應用，實現全生命周期數據共享和信息化管理，提高工程建設綜合效益。國內設計單位在向總承包業務為主價值鏈延伸的同時，基本實現了向工程公司的轉型，未來應繼續延伸價值鏈，向智能運維方向發展，實現由“建工廠”到“管工廠”的延伸。數字化交付在以上發展過程中將發揮重大的推動作用，使從源頭上掌握工廠運行管理數據成為可能，并以設計數據為基礎建設數字工廠，在更高的基礎上開展現代化的工廠運維管理及設備資產管理，從而實現工廠全生命周期的數字化管理。

未來化工項目數字化交付需結合化工工程設計的特點與未來智能化工廠的建設要求，引導傳統工程設計方式的變革，通過集成設計平臺，實現工程數據的統一管理，使得設計數據從產生、專業間流轉到交付業主全過程，能高效發揮數字化平臺的數據提取、整合功能，更好地服務工廠后期運維管理。

2.2 建議

化工行業正朝著數字化、智能化的方向發展，智能工廠是實現這些目標的必要手段之一。智能工廠建設貫穿項目的設計、采購、施工、生產運行、經營管理全過程，是一項非常復雜和艱巨的任務。化工行業智能工廠的建設并不是一蹴而就，其需要一個過程，應在項目實施過程中分步實施。化工行業各工程公司，應該承擔起在工程項目中推廣采用設計工具軟件，進行集成設計，完成數字化交付，最終實現把一個真正的數字化虛擬工廠交付給業主，為工廠數字化運維做準備。

3 結 語

數字化交付的建設目標是與工程同步實施建設一個與實際工廠信息一致對應的“數字化工廠”。數字化能驅動物資采購與供應的精細化管理，更精準地指導設計、采購、施工、生產全過程的策劃和調度，形成企業的核心數據庫。通過高性能實時處理的數據平臺，廣泛采集、處理和分析數字化業務運行過程中的多樣化運維數據，不僅能促進企業推廣應用信息化新技術，更重要的是可提升企業智能運維的能力，做到科學決策、精準實施。同時，也只有推進數字化轉型，通過數字化改善工程交付流程，才能提高工程項目的效率，縮短時間，降低成本。