淺析數(shù)字化交付中的交付物管理

沈斌

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

GB/T 51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》[1]的發(fā)布在石油化工工程設(shè)計領(lǐng)域開啟了數(shù)字化交付的新時代。數(shù)字化交付構(gòu)建了以工廠對象為核心的信息組織和管理模式，通過工廠對象的唯一性特征，自動關(guān)聯(lián)與該工廠對象相關(guān)的各類交付物，包括數(shù)據(jù)、文檔、三維模型等，實現(xiàn)對工廠對象及其相關(guān)交付物的高效、便捷查詢，瀏覽和處理。數(shù)字化交付通過建立數(shù)字化交付平臺，將工程建設(shè)過程的數(shù)據(jù)、文檔和三維模型作為交付內(nèi)容，為企業(yè)數(shù)字化工廠和智能工廠的建設(shè)提供可靠的信息來源和可視化的信息載體，為企業(yè)ERP等管理系統(tǒng)提供資產(chǎn)全生命周期的信息，提升了企業(yè)的資產(chǎn)管理水平，助力企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。筆者通過參與中石化幾個大型項目的數(shù)字化交付工作的實踐，從介紹數(shù)字化交付的交付物內(nèi)容出發(fā)，分析了數(shù)字化交付過程中交付物管理的難點問題，提出了解決應(yīng)對的主要方法和建議。

1 數(shù)字化交付的交付物

1.1 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是指應(yīng)用信息技術(shù)將項目設(shè)計、采購、施工階段產(chǎn)生的各類信息轉(zhuǎn)變而成的數(shù)據(jù)，交付的數(shù)據(jù)包括： 工廠對象類及其屬性的數(shù)據(jù)，計量類及計量單位的數(shù)據(jù)，專業(yè)文檔類型的數(shù)據(jù)，以及工廠對象類與屬性、計量類與計量單位、工廠對象類與專業(yè)文檔類型之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)等，它們構(gòu)成了描述工廠對象的信息組織結(jié)構(gòu)，即類庫，類庫的邏輯結(jié)構(gòu)和層級關(guān)系如圖1所示。

圖1 類庫的邏輯結(jié)構(gòu)和層級關(guān)系示意

交付的數(shù)據(jù)還包括項目工廠分解結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，如描述工廠、裝置、分區(qū)等數(shù)據(jù)元素；工廠分解結(jié)構(gòu)與工廠對象關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)；工廠分解結(jié)構(gòu)和文檔關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)；以及工廠對象和文檔關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)。數(shù)字化交付數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖2所示。交付的數(shù)據(jù)一般按照預(yù)先定義的數(shù)據(jù)模板進(jìn)行編制。數(shù)據(jù)接收方分階段對設(shè)計、采購和施工承包商交付的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、審核和確認(rèn)工作，形成最終的數(shù)據(jù)交付內(nèi)容，滿足項目不同階段對數(shù)據(jù)的需求和數(shù)字化交付驗收的要求。

圖2 數(shù)字化交付數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系示意

1.2 非結(jié)構(gòu)化文檔

非結(jié)構(gòu)化文檔是在項目設(shè)計、采購、施工階段產(chǎn)生的各類資料性文件。這些文件一般為PDF，TIF等非可編輯格式的電子文件，交付版本為最終竣工圖版，并具有相應(yīng)的簽署和蓋章。交付文檔多為項目交工技術(shù)文件要求的資料，也可以根據(jù)建設(shè)單位要求調(diào)整范圍并在相關(guān)合同中予以明確。除了交付文檔外，還需要提供該電子文件可編輯的目錄清單。

1.3 三維模型

三維模型需要按照數(shù)字化交付平臺要求的格式交付模型文件和屬性文件，包括： 設(shè)備、管道、儀表、電氣和建構(gòu)筑物等工廠對象，石油化工行業(yè)主流三維設(shè)計軟件數(shù)字化交付的模型文件格式見表1所列。同時，還要提供質(zhì)量證明文件，如： 碰撞檢查報告、二三維校驗報告、設(shè)計檢查報告等[2]。有些項目需要交付整個項目的備份文件，包括： 生成包含管道焊口信息的IDF文件[3]和設(shè)計成品文件，如： 管道平面布置圖和單管圖等。

表1 三維模型交付的格式

1.4 智能P&ID

智能P&ID一般需要交付P&ID全部備份文件，包括圖形文件、數(shù)據(jù)庫、相關(guān)參考數(shù)據(jù)、自定義的格式(formats)、規(guī)則(rules)和模板(report templates)等。

1.5 智能儀表

智能儀表一般需要按照數(shù)字化交付規(guī)定要求編制儀表索引表和儀表規(guī)格書的數(shù)據(jù)模板，并提供儀表管路連接圖(hook-ups)等設(shè)計成品文件。有些項目需要交付完整的數(shù)據(jù)庫，包括符號和模板文件等。

2 交付物管理的難點

2.1 交付物的內(nèi)容和形式不同

數(shù)字化交付和傳統(tǒng)的文檔管理在本質(zhì)上是相互關(guān)聯(lián)的，但是數(shù)字化交付擴(kuò)展了傳統(tǒng)文檔管理的范疇[4-6]。從交付內(nèi)容上，除了文檔外，還包括數(shù)據(jù)和三維模型等，另外，數(shù)字化交付提出了全生命周期的信息移交，內(nèi)涵上的范圍更廣；從形式上，數(shù)字化交付需要將紙質(zhì)文檔轉(zhuǎn)化成PDF等有唯一編號的電子文件，數(shù)據(jù)需要填寫在預(yù)定義的數(shù)據(jù)模板中，三維模型及P&ID等圖形文件限定使用智能軟件的類型，甚至軟件版本，并規(guī)定了詳細(xì)的模板或種子文件。較傳統(tǒng)方式對紙質(zhì)文檔的收集、分類、整理和編目的管理而言，數(shù)字化交付的交付物管理要求更高，顆粒度更精細(xì)。而且從組織形式上也由卷冊管理轉(zhuǎn)向關(guān)聯(lián)關(guān)系管理，組織結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，更需要信息技術(shù)的有力支撐。此外，可視化的三維模型是數(shù)字化交付的亮點之一，但是卻存在著文件如何歸檔的問題，傳統(tǒng)文檔管理中對該類文件無明確規(guī)定。

2.2 交接雙方對工廠對象的分類不同

工廠對象是數(shù)字化交付提出的概念，是指構(gòu)成石油化工工廠的可獨立識別的工程實體。工廠對象是數(shù)字化交付的核心，數(shù)字化交付的交付物管理都是圍繞它來展開的。其信息顆粒度直接決定了數(shù)字化交付中數(shù)據(jù)、模型的詳細(xì)程度，以及與工廠分解結(jié)構(gòu)和文檔之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的復(fù)雜程度。因此在項目最初階段就需要定義清楚，并以此為基礎(chǔ)在工程建設(shè)各個階段以及運營維護(hù)階段對其數(shù)據(jù)和模型進(jìn)行更新、維護(hù)，如果定義有問題，將會導(dǎo)致不同階段的數(shù)據(jù)共享困難，從而需要增加額外的成本對數(shù)據(jù)重新建立或再整理。

工程項目的交接雙方從各自對數(shù)據(jù)供給或需求角度都闡述了對工廠對象的不同分類方式[7]，造成交付結(jié)果的不統(tǒng)一、不完整或不準(zhǔn)確。例如： 設(shè)計階段大型機(jī)組、成套設(shè)備一般都按照包設(shè)備由供應(yīng)商提供，作為獨立工廠對象管理；而運維階段它被分解為設(shè)備、管道、儀表、電氣等不同種類的多個對象進(jìn)行管理，按照獨立工廠對象的交付物信息顆粒度無法滿足運維階段管理的需求。

2.3 不同階段對數(shù)據(jù)的需求不同

工廠對象在全生命周期的不同階段會產(chǎn)生不同類型的數(shù)據(jù)，同時使用者對其需求也各不相同。項目工程設(shè)計階段關(guān)注工廠對象的工藝數(shù)據(jù)、機(jī)械數(shù)據(jù)和涉及安全、環(huán)保方面的數(shù)據(jù)等，還關(guān)注布置信息和設(shè)備材料的統(tǒng)計數(shù)據(jù)等；項目施工階段有大量的管道施工工作，需要記錄和管理管道預(yù)制、焊接、無損檢測等信息，統(tǒng)計項目施工進(jìn)展情況等；項目試車完工階段需要提交完整的交工技術(shù)資料，滿足對如壓力容器、壓力管道和安全附件等特種設(shè)備監(jiān)督檢查所需信息，分系統(tǒng)完善試車、開車系統(tǒng)所需的各種數(shù)據(jù)；項目運維階段主要關(guān)注設(shè)備的通用屬性信息，如： 名稱、型式和外形尺寸等，以及物資管理所需的供應(yīng)商提供的信息。不同階段不同專業(yè)對數(shù)據(jù)和屬性的細(xì)致程度也有很大的差別，因此要定義全面的數(shù)據(jù)集合，并且明確數(shù)據(jù)類型和編制規(guī)則是十分困難的事情。

2.4 關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立不足

數(shù)字化交付的技術(shù)優(yōu)點是關(guān)聯(lián)性的建立，它體現(xiàn)在工廠分解結(jié)構(gòu)、工廠對象和文檔三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系建立上。顯而易見，精準(zhǔn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的建立是高效、便捷查詢的前提條件，尤其是對于非結(jié)構(gòu)化文檔。盡管2016年起住建部全面實施“白圖替代藍(lán)圖”，推廣數(shù)字化交付技術(shù)，但是現(xiàn)階段的交付仍然以非結(jié)構(gòu)化文檔為主，并且相當(dāng)多的是由紙質(zhì)文件掃描而來，需要通過OCR(optical character recognition)識別和轉(zhuǎn)換才能與工廠對象建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果工廠對象和文檔沒有按照工廠分解結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分并標(biāo)識，它們的關(guān)聯(lián)關(guān)系就會缺失或不準(zhǔn)確。例如： 工廠對象編號中未體現(xiàn)裝置號，就不能與工廠分解結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，也不能通過自動識別工具與文檔建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。由于設(shè)計工具和設(shè)計習(xí)慣上的原因，工廠對象編號常常存在錄入錯誤，使得工廠分解結(jié)構(gòu)、工廠對象和文檔三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系無法自動建立起來。

2.5 工程設(shè)計的三維模型內(nèi)容深度不足

石油化工工程設(shè)計使用的三維模型軟件是一種設(shè)計輔助工具，最初主要目的為管道布置設(shè)計。模型元件一般較為簡單并未真實地反映實物的細(xì)節(jié)和材質(zhì)，像法蘭的螺栓、螺母和墊片并未實際顯示在模型里面，一些細(xì)節(jié)構(gòu)造，如動設(shè)備的電機(jī)、靜設(shè)備的內(nèi)件和保溫結(jié)構(gòu)等，都需要按照“搭積木”的方式一點點的在三維模型中建立才能滿足運維使用者對這些細(xì)節(jié)內(nèi)容的需求，但這樣做既降低了設(shè)計的工作效率，又影響了模型的實際運行速度，難以滿足信息瀏覽和查詢的需求。

2.6 交付物的質(zhì)量檢查缺乏系統(tǒng)性

盡管數(shù)字化交付在項目初始階段會制定統(tǒng)一規(guī)定，編制種子文件和數(shù)據(jù)模板，但是面對海量的交付物信息，各種不同的信息來源和途徑，信息的導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換、校驗和加工處理仍需要有系統(tǒng)性的手段來保證這些信息與數(shù)字化交付規(guī)定的符合性，同時還要保證工作效率，否則信息的完整性、一致性和準(zhǔn)確性就無法落地。

3 交付物管理的對策

3.1 健全編號編碼體系

數(shù)字化交付首要工作是數(shù)字化，數(shù)字化是應(yīng)用信息技術(shù)手段將工程建設(shè)和運行維護(hù)階段各種信息轉(zhuǎn)換成便于計算機(jī)表達(dá)、傳輸和處理的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化文檔的過程。計算機(jī)軟件不是可以自動識別信息的系統(tǒng)，也不能自動校驗信息的質(zhì)量，因此，要實現(xiàn)數(shù)字化的過程，就需要對這些數(shù)據(jù)和文檔賦予編碼和編號，并建立和健全編號編碼體系。數(shù)字化交付策劃階段需要根據(jù)建設(shè)項目情況制定交付物的統(tǒng)一規(guī)定，如設(shè)計單體或工廠對象編號規(guī)定、項目文件編號規(guī)定、材料等級規(guī)定等，包含包設(shè)備內(nèi)部工廠對象的編號規(guī)定，分別對數(shù)據(jù)、文檔和模型中的編號和編碼做出統(tǒng)一性要求，并在項目執(zhí)行過程中對編號編碼的符合性做校驗，從而滿足驗證交付物質(zhì)量的要求。

編號的編制規(guī)則應(yīng)具有唯一性、實用性、系統(tǒng)性和擴(kuò)展性。無論是工廠對象編號，還是專業(yè)文檔編號都應(yīng)符合唯一性的編制原則，不同的編號系統(tǒng)之間應(yīng)該建立映射關(guān)系；編號一般為英文或拼音的首字母縮寫，直觀、易用，便于數(shù)據(jù)的采集和處理；編號較為復(fù)雜時可分層級建立，同時適宜的編號結(jié)構(gòu)也支持編號的擴(kuò)展，滿足信息顆粒度的要求，解決數(shù)據(jù)分類不同、需求不同帶來的影響。健全編號編碼體系，做好頂層設(shè)計，是交付物管理的基礎(chǔ)。

3.2 完善文檔管理平臺

為實現(xiàn)文件創(chuàng)建、發(fā)布、分發(fā)、歸檔和交付的文檔全生命周期管理，消除不同信息系統(tǒng)帶來的信息孤島問題[8]，項目需要建立文檔收集、轉(zhuǎn)換、校驗、批量處理、編目統(tǒng)計、綜合查詢和移交等多功能于一體的統(tǒng)一的文檔管理平臺，并在項目執(zhí)行過程中，強(qiáng)化文檔管理制度，規(guī)范工作程序，落實文檔管理責(zé)任與分工，嚴(yán)格控制歸檔文件的質(zhì)量。

完善的文檔管理平臺是交付物管理的保障。交付物管理典型的工作流程如圖3所示。

圖3 交付物管理工作流程示意

從圖3中可以看出文檔管理是數(shù)字化交付的重要環(huán)節(jié)，數(shù)字化交付的文檔管理已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的電子化文件的交付管理，而已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榘瑪?shù)據(jù)模板、數(shù)據(jù)庫文件和模型文件等多類型復(fù)雜的文檔交付管理，因此需要適應(yīng)新要求優(yōu)化和完善文檔管理平臺：

1)適應(yīng)全生命周期的文檔管理和控制要求。包括建立線上的工作流程，支持快捷的遠(yuǎn)程訪問和文檔傳遞，支持更多格式文件的在線瀏覽，最好能夠解析三維模型并實現(xiàn)在線審查，提供安全的存儲、共享和移交服務(wù)等。

2)將文檔管理統(tǒng)一規(guī)定轉(zhuǎn)化為校驗規(guī)則滿足上傳和發(fā)布文檔的質(zhì)量驗證需求，如： 檢查文檔編號、格式、屬性的符合性，驗證文檔是否影響讀取，是否安全可靠，以及管理文件版次等。

3)具有報表功能，可以對文檔分類篩選、統(tǒng)計并輸出報表。

3.3 分階段梳理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

數(shù)字化交付的信息交付工作一般與工程建設(shè)同步進(jìn)行，宜根據(jù)數(shù)據(jù)的應(yīng)用場景采用分階段的交付方式。項目策劃階段審查智能軟件的配置和數(shù)字化交付統(tǒng)一規(guī)定的落實情況，滿足工程設(shè)計和信息交付的雙重目標(biāo)。方案設(shè)計階段借助評審裝置設(shè)備布置方案和可施工性審查模型內(nèi)容，滿足工藝流程和設(shè)備制造、安裝的需求。詳細(xì)設(shè)計階段審核設(shè)計檢查報告、碰撞檢查報告、設(shè)備和材料統(tǒng)計報告、管道焊口信息文件和設(shè)計成品文件等，滿足施工及安裝需求。現(xiàn)場施工階段審核供應(yīng)商交付信息、設(shè)計變更和施工采集信息，維護(hù)交付信息的完整性和一致性。試車完工階段審核交付信息中各系統(tǒng)和子系統(tǒng)的劃分是否滿足驗收、試車方案和竣工移交的要求，對交付信息進(jìn)行最終審核。

分階段交付需要各階段的承包商都要建立信息交付管理組織，配備專職人員，自始至終地貫徹項目數(shù)字化交付統(tǒng)一規(guī)定要求，協(xié)調(diào)存在問題，審核信息交付質(zhì)量。業(yè)主也需要建立數(shù)字化交付管理團(tuán)隊驗證、接收交付信息，負(fù)責(zé)交付的設(shè)計管理、文檔管理和信息技術(shù)管理等。

3.4 發(fā)展智能信息處理技術(shù)

海量數(shù)據(jù)的錄入、校核不能靠手工或半手工方式解決，更不能僅僅依賴數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭解決所有問題，需要不斷更新和維護(hù)信息，這就需要發(fā)展智能信息處理技術(shù)?，F(xiàn)階段的數(shù)字化交付智能信息處理技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)智能關(guān)聯(lián)。建立各智能軟件間的數(shù)據(jù)映射表，將工廠對象、P&ID圖形和屬性、三維模型和智能儀表數(shù)據(jù)自動關(guān)聯(lián)；通過工廠對象編號的識別，自動建立工廠分解結(jié)構(gòu)、工廠對象和文檔三者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2)模糊查詢。使用者不需要關(guān)心系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)就可以查詢信息，通過少部分信息鎖定查詢范圍，從而得到更為詳細(xì)的查詢結(jié)果。

3)數(shù)據(jù)識別。對于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用編號規(guī)則和關(guān)聯(lián)屬性識別和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)利用OCR識別技術(shù)將PDF文檔中的工廠對象編號和屬性數(shù)據(jù)識別轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲與關(guān)聯(lián)。

4)三維模型審查。將各種類型的三維模型轉(zhuǎn)換到同一平臺上，使用三維模型瀏覽平臺方式審查模型，提供標(biāo)識、測量、記錄和多視角多窗口展示等功能。

5)三維模型處理?？蓪θS模型進(jìn)行解析、轉(zhuǎn)換、渲染、著色、貼圖和輕量化處理等，豐富設(shè)計三維模型內(nèi)容深度，實現(xiàn)與物理工廠的統(tǒng)一，優(yōu)化性能，滿足應(yīng)用場景模擬與仿真的需求。

智能信息處理技術(shù)是數(shù)字化交付的必要手段，它為高質(zhì)量的推進(jìn)數(shù)字化工廠和智能化工廠建設(shè)和發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持。

3.5 探索數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一

數(shù)字化交付項目制定了一系列的交付物管理統(tǒng)一規(guī)定，給智能軟件配置種子文件，定制輸出的數(shù)據(jù)模板和圖紙模板等，但是還不具有普遍適用性，對軟件系統(tǒng)和輸出數(shù)據(jù)、文件的兼容性目前還有很大的限制。集成化設(shè)計模式可以使設(shè)計各專業(yè)的輸入輸出更加標(biāo)準(zhǔn)化，更容易建立或驗證信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而能在一定程度上形成交付信息的統(tǒng)一，形成標(biāo)準(zhǔn)的集成化設(shè)計工作流和信息數(shù)據(jù)流[9]。同時集成化設(shè)計增強(qiáng)了質(zhì)量驗證的系統(tǒng)性，通過集成環(huán)境可以高效地處理不同系統(tǒng)產(chǎn)生的不一致數(shù)據(jù)，提高了最終信息交付的質(zhì)量。未來仍然需要繼續(xù)探索數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，使得各系統(tǒng)具有開放的標(biāo)準(zhǔn)接口和成熟的對外服務(wù)引擎，系統(tǒng)管理更加安全可靠。

4 結(jié)束語

通過幾個大型項目數(shù)字化交付管理的實踐，為工程公司建立起一套較為完善的大型全廠性項目數(shù)字化交付管理文件，并按照數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)細(xì)化了其中的交付物管理內(nèi)容和工作流程，完善設(shè)計集成化和項目管理的要求，為后續(xù)的數(shù)字化交付項目提供了更好的解決方案，為運維管理提供了更加便捷、高效的數(shù)字化管理平臺和數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。隨著數(shù)字化交付項目的繼續(xù)深入，各項工作將更加規(guī)范，管理更趨完善，效率大幅提升。