礦井水處理項目數字化交付的探索和應用

楊曉娟(中煤西安設計工程有限責任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

隨著數字化和信息化的發展，“數字化工廠”的概念越來越被各行各業所接受，在石油石化、發電、汽車、航空航天、海事等行業，數字化建設經過多年的發展和應用，行業制定了一些列數字化移交規范，基本實現了生產運行數字化、資產管理信息化，建設一個真正意義的“數字化工廠”漸漸成為各行業所追逐的目標。隨著相關行業對“數字化工廠”的探索越來越深，對于其他行業的數字化和信息化的發展也起著越來越積極的推動作用，尤其是礦井水處理行業，其工藝特點和石油化工、發電行業有較大的相似性，可以借鑒石油化工、發電行業的先進經驗，探索出屬于自己的一條“數字化交付”和“數字化工廠”道路。

1 數字化交付的意義

在傳統的交付模式中，業主收到的資料一般有設計圖紙、廠家資料、安裝驗收資料等種類繁多的電子文件和紙質文件，之所以要對如此多的資料進行收集和歸檔，最重要的還是為了能在運維過程中及時的調用。然而，在實際運營中，運營人員所針對的對象一般是運行過程中產生的動態數據，當需要與基礎靜態數據相結合時，往往需要花費大量的時間在各種繁雜的文件中進行檢索。

與之相比，數字化交付貫穿工廠全生命周期的過程，最終交付的是一個在計算機系統中智能關聯的虛擬工廠。該虛擬工廠打通了工廠全生命周期的數據流，為工廠的安全管理、運行、維護、改擴建、退役提供規范、合理、準確的數據支撐。

2 數字化交付的程序

區別于傳統交付模式，數字化交付需要一個嚴謹的設計和交付過程，以“工廠對象”為核心，將工程設計、采購、施工、制造、安裝等階段的數據，進行結構化處理，建立網狀關系數據庫，存儲于工廠數據中心，并基于統一數據接口完成數據交付[1]。其流程如圖1所示。

圖1 數字化交付程序圖

2.1 制定數字化交付規范

建設方在項目前期開展大量工作，制定數字化交付的規范，以明確各方職責、交付范圍、交付內容、交付方式等。

2.2 明確數字化交付范圍和內容

各承包商確定各自的交付范圍和交付內容。

2.3 開展數字化交付工作

各承包商確定軟件平臺、組建專業團隊，有序開展工作，根據項目建設情況及時更新相關數據，分階段向業主提供相關模型和信息。

2.4 數字化交付

貫穿工廠全生命周期，交付一個所有數據智能關聯的虛擬工廠。

3 礦井水處理項目的數字化交付實踐

3.1 項目概況

該項目為中煤能源集團某煤化工EPC項目的礦井水處理系統，包含4個水處理裝置，分別為：循環水裝置、脫鹽水裝置、濃鹽水裝置和回用水裝置[2]。

項目涉及的專業有化學水處理、給排水、暖通、結構、建筑、總圖、電氣、熱控等十余個專業。

3.2 數字化交付的規范

為了保證工程數據的一致性、準確性、完整性和關聯性，該項目制定了一系列的數字化交付規范，主要有：《數字化交付內容統一規定》《主項編碼一覽表》《項目編碼規定》等。

在這些規范中，對交付范圍、工廠對象屬性、三維模型、智能P&ID、電子文檔等的交付要求進行了詳細規定。

3.3 數字化交付的內容

該項目的交付內容主要有工程對象分類屬性表、智能P&ID圖紙、三維模型、非結構性文檔，并建立各類工程數據之間的關聯關系，通過結構化的組織和展示，最終交付一個以“工廠對象”為核心，包含設計、采購、施工、試車和項目管理的工程數據的靜態數據集成平臺。數字化交付內容關系圖如圖2所示。

圖2 數字化交付內容關系圖

3.4 數字化交付主要成果

3.4.1 工廠對象分類屬性

傳統設計中，各專業間傳遞設計數據多通過圖紙、EXCEL表等方式進行，由于數據源不統一，容易出現數據錯漏的問題。為解決這些問題，需要在統一的數據平臺上進行數據管理和交互。該項目中采用AVEVA Engineering作為數據管理平臺，以《工廠對象分類屬性表》為模板，創建了所有工程對象類型和完備、規范的屬性信息，并以工廠對象位號為鏈接，建立工程對象和屬性信息間的邏輯關聯，從而實現對整個項目的設計數據進行有效的管理[3]。

3.4.2 智能P&ID圖紙

該項目中采用AVEVA Diagrams繪制智能P&ID圖紙，通過制定P&ID的編碼規則、定制標準圖框、創建標準圖例庫，能夠使P&ID圖紙標準化、規范化。

在繪圖的過程中，數據庫中會自動生成相應的數據對象，以文件夾結構進行存放。數據庫能夠保存項目中所有P&ID的數據，能夠實現整個項目二維邏輯模型的定義。對于跨越多張圖紙的管道，Diagrams的智能跨圖連接符號可以實現自動跳轉，方便查看與檢查。P&ID圖紙繪制完成后還可以對其進行一致性檢查，以保證數據的完整性和一致性，提高設計質量。

對一致性檢查完畢的P&ID圖紙進行發布后，可以與三維模型、工廠對象分類屬性通過位號進行關聯，共享系統管理和報表生成功能。

3.4.3 三維模型

該項目采用 PDMS作為多專業三維協同設計的平臺，通過元件庫和材料等級為整個管道系統建立詳細的管道模型，并基于管道模型自動生成布置圖、軸測圖和材料清單；通過與管道應力分析程序集成，進行管道應力分析；通過與支吊架設計軟件的集成，并結合管道應力分析結果，進行實體支吊架詳細設計；根據項目要求進行管道保溫設計。

在二維設計中，水處理行業并沒有“材料等級”的概念，因此，在數字化交付的工作中，首先要做的就是材料等級的梳理，然后根據材料等級創建元件庫和等級庫，最后通過調用材料等級來開展管道建模工作。

該項目設備模型有3種建模方式：(1)廠家提供符合交付要求的三維模型，可直接導入到PDMS中；(2)沒有廠家模型的部分，能夠用基本體搭建的，如罐體，使用PDMS直接建模；(3)沒有廠家模型的復雜設備，使用達索的3DE平臺建模。

土建模型使用PDMS土建模塊建立，主要用于其他專業的定位參考、碰撞檢查和布置出圖。

該項目還對各類儀表、儀表閥、控制閥、操作柱、配電箱以及電氣和儀表電纜橋架等進行了建模。

3.4.4 非結構性文檔

該項目收集了項目建設過程中的電子文檔資料，包括設計階段、采購階段和施工階段的電子文檔。設計階段的模型、數據、圖紙、計算書，采購階段的安裝清單、使用說明書、質量證明文件，施工階段的各種施工記錄、實驗報告、驗收報告等均屬于交付的范疇。為便于檢索，將數據進行處理并與工程對象關聯，分階段上傳至NET平臺[4]。

3.4.5 可視化靜態數據資產中心

經過以上幾個步驟，所有工程對象及信息通過數據庫技術，按照工廠對象位號與模型、P&ID圖紙、非結構性文檔自動關聯，實現一維數據、二維圖形、三維模型的有機融合，最終形成一個可視化靜態數據資產中心。能夠在同一個界面中查詢模型、圖紙、文檔及工程對象屬性，并且所有信息都是相互關聯的，可以相互跳轉。可視化靜態數據資產中心導航樹如圖3所示。

圖3 可視化靜態數據資產中心導航樹

在資產中心的導航樹中可以查看全廠的所有數據，也可以單獨查看某個裝置的數據。

導航樹以5個維度來組織數據。

(1)可以按三維模型瀏覽，展開后能在導航樹上按照工廠對象的位號來查看具體對象。

(2)可以按模型結構瀏覽資產，該結構與PDMS中的保持一致，該項目是按專業來構建模型結構的。

(3)可以按資產類型查看工廠對象，該部分是按照《工廠對象分類屬性表》來分類的。

(4)可以按項目的階段來查看非結構性文檔，分為采購階段、設計階段、施工階段。每個階段中按照交付要求將文檔分類關聯。

(5)可按文檔類型來瀏覽非結構性文檔。

除了能在導航樹中直接查看數據外，還可以在位號一覽頁直觀地看到與該位號相關聯的所有信息，如屬性表、P&ID圖紙、文檔、三維模型等信息。

另外，可視化靜態數據資產中心還提供了便捷的搜索功能，可以通過詳細搜索和模糊搜索查看工廠對象及其相關聯的所有信息。同時，可以根據需要生成報表。

4 結語

該礦井水處理項目交付的靜態數據集成平臺集成了工程建設過程中產生的設計、采購、施工和項目管理中的工程數據，通過智能P&ID、三維模型和智能文檔等方式，建立了工程數據的全關聯，可以通過導航樹查看、三維模型導航、智能查找和智能報表等多種方式展現。為工廠的安全管理、運行、維護、改擴建、退役提供了規范、合理、準確的數據支撐[5]。

在未來的工作中，我們將致力于推進BIM相關工作向行業進行推廣，使更多的專業在三維環境中進行協同設計，提高設計質量和效率；同時，將延伸“數字化交付”的鏈條，將運維管理納入的“數字化交付”范疇，在目前已經完成的靜態數據資產可視化集成的基礎上，將運營期的動態數據也進行集成，構建企業可視化數據資產中心，并與智能化運維相結合，為業主提供數字化、智能化運營管理模式。