大型化工項目數字化交付的實施

吳春暉

上海華誼集團股份有限公司 上海 200040

近年來，國家相繼發布了《中國制造2025》[1]、智能制造發展規劃（2016- 2020 年）[2]、《國家智能制造標準體系建設指南（2018 年版）》[3]等，明確指出了我國智能工廠建設的迫切性和建設標準，包括智能工廠設計、建造與交付，以及智能設計、生產、管理、物流和集成優化等。明確智能工廠的建設重點是智能工廠設計、智能工廠交付、智能生產和集成優化等標準。通過數字化交付，可以實現智能設計、建造和交付，為智能工廠建設提供強有力的支撐。數字化交付是以工廠對象為核心，對工程項目建設階段產生的靜態信息進行數字化創建直至移交的工作過程[4]。數字化交付從項目建設的源頭著手，在工程建設完成后，同步建設數字工廠，即完成竣工版的設計（E）、采購（P）和施工（C）數據交付整合，實現數字工廠和物理工廠一致，為后續生產運營、維護和安全管理等提供保障。通過數字化交付平臺的建設，可幫助企業接收和管理EPC 承包商移交的數據資產，為后期智能工廠建設提供數據基礎。數字化交付不僅推動了工程公司未來業態的改變和進步，更重要的是業主方將從源頭上掌握工廠運行管理數據，并以設計數據為基礎實現工廠數字化，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。

1 項目概況

上海華誼集團擬在廣西欽州石化園區建設華誼欽州化工新材料一體化基地，其中一期工業氣體島項目建設內容包括粉煤氣化裝置、凈化及CO 分離裝置、甲醇合成及精餾裝置、乙二醇裝置、醋酸裝置，以及相關的配套輔助設施和公用工程。主要由7 個EPC 承包商負責裝置建設，總投資過百億。

2 數字化交付平臺的確定

目前，國內外越來越多的項目開始探索數字化交付。對于化工項目而言，由于工藝流程較為復雜、各專業契合度較高，對數字化交付平臺提出了更高的要求。目前國外主流數字化交付平臺商同時也是知名的設計軟件提供商，如施耐德公司的AVEVA NET、海克斯康公司的SP Foundation 和西門子公司的COMOS，這幾家公司同時提供三維和智能P&ID 設計軟件。近年來，國內廠商也開始提供國產的數字化交付平臺，如中科輔龍、達美盛、北京綏通等。相比較而言，國外的軟件提供商有較多的應用案例，國內的產品正在逐步完善，市場占有率有待進一步提高。本項目最終確定采用施耐德的AVEVA NET 作為數字化交付平臺，同時要求各EPC 承包商使用PDMS 進行三維模型設計。

3 數字化交付內容及要求的確定

本項目要求所有裝置都進行數字化交付，交付內容包括四部分：三維模型、智能P&ID、結構化數據和工程文件（非結構化文件）。

3.1 三維模型

本項目規定各承包商采用施耐德公司的PDMS 軟件（軟件版本12.1SP5）進行三維建模，繪制平面布置圖并抽取單線圖，原則采用業主提供的PDMS 標準種子文件，最終提交原始數據庫。

為了更好地整合各裝置，對三維模型工廠結構和命名進行了統一要求，對設備、管道、儀表、電氣、結構、建筑、總圖、消防、暖通、地下管網及室內給排水等的建模內容、建模深度和顏色進行了詳細規定。

3.2 智能P&ID

本項目規定采用海克斯康公司的SmartplantP&ID（軟件版本2014R1）進行智能P&ID 設計，原則采用業主提供的種子文件，根據圖框模板定制標準圖簽模板。

為統一智能P&ID 的規范要求，對圖紙的布局（包括細節、注釋）、智能P&ID 的深度、非智能圖形或文本、成套設備、管道、組件、儀表和屬性表達等進行了統一規定。

3.3 結構化數據

結構化數據主要包括工廠對象屬性、焊縫屬性等。本項目要求工廠對象分類與ERP 中的資產分類一致，即保證ERP 和AVEVA NET 中資產類別的一致性。對于每種資產的屬性，根據ERP 的要求和項目實際情況，制定了相關資產屬性填報要求。

為更好地管理焊縫信息，本項目將焊縫信息作為結構化數據上傳到數字化交付平臺。焊縫編號由所在管道號（從ISO 圖中獲取）和焊縫順序號（按照介質流向編號）組成（確保全廠唯一性）。每個焊縫對應相關的焊接信息，如焊接方式、焊接厚度、坡口方式、材質、焊條牌號、焊條規格、熱處理報告、焊接氣體保護、焊工編號、無損檢測方式和焊工信息等，可以實現焊縫信息的多維度查詢和調閱。

3.4 工程文件

工程文件主要包括設計文件、采購文件和施工文件。為更好地管理工程文件，建立了文件目錄結構體系，具體如圖1 所示，目錄結構中的□表示文件夾，

圖1 工程文件目錄

表示文件。

為了更好地管理工程文件，對設計、供應商、施工的文件命名也建立了編號規則。

3.4.1 設計文件編號

3.4.1.1 設計專業成品文件編號

設計專業成品文件編號：PPP—E—AAA—Y—BB—CCC—XXXX。其中，PPP 為項目代號，根據統一規定；E 為文件識別碼，代表設計文件，用于數字化交付平臺識別文件編號類型；AAA 為主項號，按照設計統一規定；Y 表示系列號，如果同一裝置多個系列，采用A、B、C……等表示，如果僅為單系列，則采用0 表示；BB 為專業代碼，詳見表1；CCC 為文件類型代碼，詳見表2；XXXX 為文件順序號，0001—9999。

表1 專業代碼表

表2 文件類型代碼表

3.4.1.2 設備專業成品文件編號

設備專業成品文件編號：PPP—F—AAA—Y—BB—CCC—DD—XX—ZZ。其中，PPP、F（代表設備專業文件）、AAA、Y、BB、CCC 的編碼原則與設計成品文件編碼規則一致。DD 代表設備類型代碼，按照設備分類代碼，詳見表3。XX 代表同一設備類型下不同設備的順序號；ZZ 代表同一設備的不同設備圖紙的順序號。

表3 設備分類代碼

3.4.1.3 常規管線軸測圖文件編號（設備Trim 管線除外）

常規管線軸測圖文件編號：PPP—I—BB—CCC—AAA—DDD—HHHHH—Y—XXX。其中，PPP、I（代表軸測圖文件）、BB、CCC、AAA、Y 的編碼原則與設計成品文件編碼規則一致；DDD 代表介質代號（按照總體統一規定）；HHHHH 第1 位為系列號（無系列時為0），第2—5 位為同類管道順序號；XXX 表示相同管線下的文件順序號。

3.4.1.4 Trim 管線軸測圖文件編號

Trim 管線軸測圖文件編號：PPP—I—BB—CCC—AAA—DDD—BBXXXXSGG—Y—XXX。其中，PPP、I（代表軸測圖文件）、BB、CCC、AAA、DDD、Y、XXX的編碼原則與常規管線軸測圖文件編號規則一致；BBXXXXSGG 表示Trim 管線所連接的設備代碼（BB）、設備順序號和尾號（XXXXS）以及管口編號（GG）。

3.4.2 供應商文件編號

3.4.2.1 設備類供應商文件編號

設備類供應商文件編號：PPP- PY- K- DD- ZZCCC- YYY。其中，PPP、DD、CCC 的編碼原則與設備專業成品文件編碼規則一致。PY 表示資產平臺采購文件識別碼，其中PA 表示單個文件對應單臺設備（單位號）、PB 表示單個文件對應多臺設備（多位號）、PC 表示單個文件對應系統。K 表示承包商采購流水號（供應商代號+ 流水號），如果是甲供設備，按照項目代號+流水號。ZZ：當文件與單臺設備對應時，為設備位號，當文件與多臺設備或系統對應時，直接用ZZ 表示。YYY表示文件順序號，001—999。

本項目要求壓縮機、汽輪機類設備供應商提交設備的三維模型（采用機械設計軟件建模，裝配體建模，交付文件格式為SOLIDWORKS 或INVENTOR 模型文件），模型包含設備外部和內部結構（與現場檢維修相關的零部件的結構）。文件命名按照設備類供應商文件編號，同時填寫非結構化文檔- 位號MAPPING表，將三維模型拆解圖與位號建立關聯關系。

3.4.2.2 材料類供應商文件編號

材料類供應商文件編號：PPP- PD- K- MAT- CC C- YYY。其中，PPP、K、CCC、YYY 的編碼原則與設備類供應商文件編碼規則一致；PD 表示采購文件資產平臺識別碼，代表大宗采購材料類型的采購文件；MAT 表示材料類文件。

3.4.3 施工類文件編號

3.4.3.1 施工冊文件編號

施工冊文件編號：PPP- B- EEE- BB- K- J- GG。其中，PPP、K 與設備文件編號規則一致；B 為數字化交付平臺識別碼（施工冊為S，材料冊為C，綜合冊為Z）；EEE 為單項工程編號；BB 為施工專業代碼，施工記錄冊代碼S0（S1、S2、S3、S4、S5、S6 分別代表土建、設備、管道、電氣電信、儀表、消防等專業）；J 為施工單位代碼，用大寫字母表示；GG 為工程代碼（需包含單位工程編號、分部工程編號及分項工程編號，編號規則遵照各承包商提交業主審批確認后的“施工分部分項工程劃分表”執行）。

3.4.3.2 材料冊文件編號

材料冊文件編號：PPP- B- EEE- BB- K- J- XXX X。其中，PPP、B、EEE、BB、K、J 與施工冊文件編號規則一致；XXXX 表示4 位順序號，用阿拉伯數字表示，0001—9999。

3.4.3.3 綜合冊文件編號

綜合冊文件編號：PPP- B- EEE- BB- K- J- CC C- XXXX。其中，PPP、B、EEE、BB、K、J、XXXX 與材料冊文件編號規則一致；CCC 表示文件類型編碼，與設計文件編號一致。

3.4.3.4 焊縫相關文件

焊縫相關文件的交付過程為：設計單位提供可編輯版的ISO 圖文件（DWG 格式），供施工單位根據現場管道實際焊接情況標注焊點信息；施工單位在竣工后，提交可編輯版的帶準確定位焊點的ISO 圖文件（DWG格式），以及審批完成的紙版文件的掃描版ISO 圖文件（PDF 格式） 給EPC 承包商或設計單位（E+PC 或E+P+C），上傳至平臺S00- ISO 文件中。

焊縫編號由焊縫所在管道編號+ 焊縫順序號組成。管道編號按照常規管線軸測圖文件標號規則，焊縫順序號可跳號，但必須唯一。

4 數字化交付的方式

本項目EPC 承包商數量較多、交付數據量大，考慮到有一定的信息安全風險（包括數據泄漏、移動存儲介質將病毒傳給服務器等），結合AVEVA NET 平臺系統搭建的要求，最終確定采用FTP 遠程傳輸模式，提供可靠、安全、高效的文件傳輸。

各家EPC 單位準備好數字化交付資料后，采用FTP 遠程方式將交付數據通過其FTP 客戶端傳輸到業主指定的一臺FTP 服務器，并完成病毒掃描；再以FTP 服務器作為輸入，通過數據處理工作站進行格式轉換、關系和屬性提取等工作；之后，將處理結果上傳到同一域中的數據庫服務器（結構化數據）和可視化服務器（三維PDMS、智能P&ID 和非結構化數據），確保交付數據的安全和整個系統的安全。圖2 是完整的數字化交付系統架構圖。為保證數據的安全，整個系統建立完善的權限配置體系。

圖2 數字化交付系統架構圖

5 數字化交付內容的檢查標準

本項目數字化交付內容要求滿足統一規定要求，各EPC 承包商在正式交付以前要做好自檢，在自檢合格的基礎上按照交付方式進行交付，平臺對交付質量進行審核并形成檢查報表。

考慮到本項目采用兩階段交付（設計完成交付、竣工交付），將質量檢查點進行了分類，總共有43 個交付質量檢查點，其中設計交付檢查點30 個、竣工交付檢查點13 個。如果設計完成到竣工過程中有修改，需要修改后重新上傳進行設計完成交付檢查。

6 數字化交付實施情況

截至目前，已經有三個裝置完成了設計交付（包括三維模型、智能P&ID、結構化數據），其余4 個裝置還在整改交付中。從交付中發現的問題來看，由于本項目的數字化交付要求從內容的廣度、深度和標準都比較高，從表5 中可以看出每家單位在交付的次數、時間及完成情況方面存在較大的差距。本項目的EPC 承包商都是國內知名的設計院，各家在交付過程中存在很多問題，數據量越大問題越多，很多設計人員還停留在慣性思維和習慣性工作中，對交付的學習和理解上還有很多欠缺。

以裝置1 的交付情況為例，對發現的問題進行了匯總分析，主要有26 大類問題（表4），其他裝置的問題基本類似。大部分問題暴露了設計人員對數字化交付這個新要求的不適應，沒有很好地理解數字化交付統一規定的要求。

表4 裝置1 設計完成交付問題分類

7 數字化交付平臺與智能工廠設備數據集成

數字化交付完成后，數字工廠的數據如何應用是必須思考的問題。本項目要建成智能工廠，要求數字化交付平臺與智能工廠的數據必須集成，通過交付平臺、設備管理系統和ERP 系統的打通，實現設備主數據的集成。

數字化交付完成后，在AVEVA NET 中有一個與實物工廠一模一樣的數字工廠，有一套齊備的設備相關資料（包括設備主數據）。為了做到后續整個工廠運營管理過程中設備數據的唯一性，將數字化交付系統中的設備相關數據作為設備主數據的唯一源頭，其他系統如設備管理系統、ERP 系統中的設備數據通過設備位號（唯一的識別號）與數字化交付系統建立連接，從數字化交付系統中自動獲取設備相關數據（如設備名稱、規格型號、設備類型、制造商、設備狀態、設備參數等），并及時自送更新。

圖3 是設備數據流向圖，數字化交付平臺將設備數據推送給設備管理系統，后者再推送到ERP 系統；ERP 系統和設備管理系統都對數據進行校驗并反饋結果，當兩者校驗都沒問題時，反饋給數字化交付平臺數據推送成功。工廠運營過程中設備的維修、更替換、拆除后，由專人在AVEVA NET 進行相應的維護工作，包括相關的三維模型、智能P&ID、結構化數據、工程文件（非結構化文件）等，經過相關審批確認后同步推送設備管理系統、ERP 系統進行更新，確保三者的數據實時統一。

圖3 設備數據流向圖

8 結語

目前，本項目有3 家EPC 完成設計交付，其余裝置在陸續收尾過程中。在數字化交付中，建立數字化交付統一規定是整個交付的關鍵。在對各家EPC 承包商各專業人員進行宣貫和交付過程中，不斷地完善統一規定（本項目進行了九次的升版），使其更加合理和可操作。由于各家EPC 單位在數字化交付方面的經驗參差不齊，交付過程中遇到了很多問題，期間通過多次反復交流，使大家的能力都有了很大提升。從實際情況看，本項目的數字化交付能夠較好地推進和實施，最終達到了預期效果。