淺談石油化工項目自控專業(yè)數(shù)字化

牛思源(洛陽石化工程設(shè)計有限公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

在我國進入WTO 后，中國的工程建設(shè)面臨挑戰(zhàn)和機遇，經(jīng)過多年的發(fā)展，我國已經(jīng)在工程建設(shè)方面取得了令世人舉目的成績，很多工程的規(guī)模均為世界前列。在我們積極走向世界的今天，國外的一些工程設(shè)計施工的成功經(jīng)驗也被引用到國內(nèi)項目的設(shè)計施工，其中以工程數(shù)字化最為重要，而且由于近年來5G 通信技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)以及AI 人工智能的發(fā)展，工程數(shù)字化已然成為今后工程設(shè)計施工的主要工作方式。

1 主要相關(guān)術(shù)語

1.1 數(shù)字化(digitalization)

應(yīng)用信息技術(shù)，將工程設(shè)計、采購、施工等心機轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)組織模型，并運用計算機進行表達(dá)、傳輸和處理的過程。

1.2 數(shù)字化工廠(digital plant)

有工程建設(shè)極端產(chǎn)生的數(shù)字化靜態(tài)信息、運行維護階段產(chǎn)生的數(shù)字化動態(tài)信息、給予工廠對象的關(guān)聯(lián)關(guān)系及信息管理平臺構(gòu)成的綜合體。

1.3 數(shù)字化交付(digital delivery)

以工廠對象為核心，對工程項目建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)信息進行數(shù)字化創(chuàng)建直至移交的工作過程。涵蓋信息交付策略定制、信息交付方案定制、信息整合與校驗、信息移交和信息驗收。

1.4 交付信息(delivery information)

工程建設(shè)工程中產(chǎn)生的需要交付的設(shè)計信息、采購信息、施工信息等內(nèi)容，包括信息模型與其他與工廠對象關(guān)聯(lián)的信息。

1.5 交付物(deliverables)

承載交付信息實現(xiàn)移交的電子文件。

1.6 交付平臺(delivery platform)

用于承載和管理數(shù)字化交付信息，可與多種工程軟件集成并兼容多種文件格式的信息管理系統(tǒng)。

1.7 信息完整性(information integrity)

交付信息涵蓋工程設(shè)計過程中生產(chǎn)且用語運行維護的相關(guān)內(nèi)容，包括設(shè)計信息、采購信息和施工信息，建成完整性。

1.8 信息準(zhǔn)確性(information accuracy)

工廠對象屬性的值及計量單位準(zhǔn)確，文檔內(nèi)容正確，以及各種關(guān)聯(lián)關(guān)系正確，簡稱準(zhǔn)確性。

1.9 信息一致性(information consistence)

交付信息在特定的工廠或裝置中具有唯一性，與實體工廠信息一致，簡稱一致性。

1.10 關(guān)聯(lián)文檔(associated document)

直接反映工廠對象典型特征，并與工廠對象編號建立關(guān)系的交付文檔。

2 工程數(shù)字化的意義

工程數(shù)字化是今后工程建設(shè)的主要發(fā)展趨勢，其用途主要是提高工程質(zhì)量和工作效率、合理有效的控制工程進度、合理分配資源、降低設(shè)計和施工甚至后期的運營成本。

前期設(shè)計階段：使用工程數(shù)字化可以規(guī)范設(shè)計流程、統(tǒng)一項目設(shè)計要求、提高設(shè)計工作效率，通過三維設(shè)計可以提前發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場施工時可能出現(xiàn)的碰撞、設(shè)計不合理等問題，同時也可生成相關(guān)圖紙資料等；施工階段：通過工程數(shù)字化方便快捷的對物料管理并對施工進度、施工方案進行合理的安排減少施工中不必要的浪費和錯誤，有效節(jié)約成本提高效率。

后期運營階段：通過相關(guān)的信息查詢以及設(shè)計資料的檢索可以有效提高后期運營和維護的效率。

3 自控專業(yè)常見交付內(nèi)容

根據(jù)《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》[1]、《石油化工建設(shè)工程項目交工技術(shù)文件規(guī)定》[2]以及項目相關(guān)要求中的相關(guān)規(guī)定，工程數(shù)字化交付工作宜與工程建設(shè)同步進行，交付信息應(yīng)該滿足完整性、準(zhǔn)確性和一致性的質(zhì)量要求，其中交付信息應(yīng)該設(shè)置必要信息以及可選信息兩個交付級別。相對于自控專業(yè)的數(shù)字化交付來說，目前除了傳統(tǒng)的規(guī)格書、設(shè)備材料表、IO清單等基本且必須的文件數(shù)字化交付關(guān)聯(lián)文檔之外又新增了三維模型方面的相關(guān)工作。

自控專業(yè)三維部分交付內(nèi)容常根據(jù)與業(yè)主簽訂的合同要求深度進行設(shè)計工作，部分業(yè)主對設(shè)計深度要求參差不齊但目前儀表專業(yè)以PDMS 為數(shù)字化三維部分的內(nèi)容主要包括以下幾個方面：1.儀表橋架布置(部分要求包含電纜通道設(shè)計)；2.變送器、儀表箱布置；3.接線箱布置；4.可燃有毒氣體檢測報警器布置；5.聲光報警器布置；6.現(xiàn)場按鈕、儀表盤(架)布置；7.分析小屋(柜)布置；8.氣源分配器、伴熱/回水站布置。

4 石油化工工程數(shù)字化常用軟件

工程數(shù)字化在國內(nèi)外開展的時間較長，其中國內(nèi)外市場中公認(rèn)且使用較為頻繁的有英國AVEVA 公司的PDMS 系列軟件、美國Inertgraphy 公司的SmartPlant 系列軟件、德國西門子公司的COMOS、Aspen 公司的Zyqad 以及國產(chǎn)的世宏軟件。其中由于SmartPlant 系列軟件對石油化工工程的契合度較高可以支持設(shè)計到施工甚至后期運行和監(jiān)測，所以成為石油化工項目的主流成套解決方案，PDMS 系列軟件主要側(cè)重于工程數(shù)字化的三維模型設(shè)計方向，Zyqad 一般用于工藝相關(guān)的設(shè)計，國產(chǎn)世宏軟件用于儀表專業(yè)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計以及文件生成等。

就儀表專業(yè)數(shù)字化設(shè)計工作而言，除了傳統(tǒng)的Off ice 軟件以及CAD 等軟件之外，外國項目主要使用Intergraphy 公司旗下的SP3D 和SPI 軟件，國內(nèi)以大慶院開發(fā)的世宏軟件和AVEVA 旗下的PDMS 混合實用為主，也有使用其它設(shè)計軟件混合三維軟件的使用搭配，例如西門子公司的COMOS 混合PDMS 使用等。

除了設(shè)計相關(guān)的軟件之外還有對應(yīng)的相關(guān)交付平臺，常見的如Intergraphy 旗下SP 系列軟件中用于交付部分的SmartPlant Foundation，AVEVA 公司旗下的AVEVA.NET 以及用于文檔管理的EMC Document，目前由于國內(nèi)對工程數(shù)字化應(yīng)用的重視以及各設(shè)計院的深入應(yīng)用，很多基于SP 系列軟件和AVEVA公司旗下軟件所開發(fā)的第三方平臺也如雨后春筍般的出現(xiàn)此處不便一一列舉。

5 自控專業(yè)三維設(shè)計常見問題

通過哈薩克斯坦阿特勞三期、科威特阿祖爾、鎮(zhèn)海沸騰床渣油加氫、中科等項目結(jié)合基于SPI、SPPID、SP3D、PDMS、COMOS、世宏等設(shè)計軟件的實際應(yīng)用，目前自控專業(yè)在數(shù)字化方面存在的問題主要有如下幾點：

5.1 軟件搭配不合理

不同的軟件由于互相沒有數(shù)據(jù)接口，所以很多數(shù)據(jù)不能相互交換，有的需要人工錄入或生成特定格式文件后導(dǎo)入另一款軟件，此操作極大的降低工作效率同時也存在錄入出錯等隱患。合理搭配軟件避免數(shù)據(jù)傳輸問題有兩個方法，第一是使用同一公司基于同一個數(shù)據(jù)庫或內(nèi)部有接口可以進行數(shù)據(jù)交換的系列軟件，第二就是選擇可以生成和導(dǎo)入統(tǒng)一格式數(shù)據(jù)的軟件。

5.2 種子文件設(shè)計缺陷

目前國外項目基本都是用SP 系列軟件進行數(shù)字化設(shè)計工作，SP 系列軟件的使用基于一個較為完善設(shè)計合理的數(shù)據(jù)庫“種子”文件，“種子”文件可以理解為一個包含該項目所需的所有文件體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)映射關(guān)系的空白數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫需要多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，對數(shù)據(jù)庫中字段設(shè)計要求十分苛刻，不同項目使用的“種子”數(shù)據(jù)庫有所不同，該數(shù)據(jù)庫的設(shè)計如果存在問題將對后面設(shè)計工作造成不可預(yù)測的后果。

5.3 設(shè)計規(guī)劃不合理

國外項目的設(shè)計周期較長并且習(xí)慣于不停的升版設(shè)計文件，此類問題常見于國內(nèi)項目，由于各專業(yè)對工程進度的追求，經(jīng)常出現(xiàn)先存檔后完善設(shè)計的情況，由于自控專業(yè)屬于設(shè)計的下游專業(yè)，很多設(shè)計需要取決于其它專業(yè)是否完成，所以其它

專業(yè)如果沒有保質(zhì)保量的完成相關(guān)的設(shè)計工作，那么自控專業(yè)的工作將很難展開，如果強行推進則會導(dǎo)致后期返工。

5.4 對三維設(shè)計用途理解錯誤

部分業(yè)主對數(shù)字化工程三維部分設(shè)計的意義理解上出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的偏差，工程數(shù)字化中三維工作的開展意義在于依托現(xiàn)階段設(shè)計工作的相關(guān)資料搭建一個高度還原的現(xiàn)場模型用來發(fā)現(xiàn)設(shè)計階段不易發(fā)現(xiàn)的如設(shè)備碰撞、空間規(guī)劃不合理甚至設(shè)計不合理等問題，由于石油化工工程設(shè)計的特殊性，用于設(shè)計的模型精度不需要很高，僅保持外觀相似主要尺寸、儀表位號等重要信息準(zhǔn)確無誤即可，應(yīng)盡量避免過度設(shè)計，部分業(yè)主對模型精度有較高要求甚至要求與現(xiàn)場到貨產(chǎn)品內(nèi)部和外觀完全一致，這種超出設(shè)計要求的高精度對設(shè)計工作并沒有實際意義。高精度模型以及運行維護相關(guān)的深層次應(yīng)用應(yīng)該在完成設(shè)計工作、完成現(xiàn)場施工甚至裝置成功開車后實施，絕不應(yīng)該以犧牲工作效率、工程進度為代價去滿足視覺效果的需求。對于部分業(yè)主提出的更為苛刻甚至部分脫離現(xiàn)階段科技生產(chǎn)力水平的設(shè)計要求，應(yīng)該合理的拒絕，否則工程數(shù)字化不會給項目帶來積極影響。

6 結(jié)語

工程數(shù)字化的普遍應(yīng)用對現(xiàn)如今的設(shè)計行業(yè)來說可謂是一種巨大的變革，就目前狀況而言，工程數(shù)字化的應(yīng)用主力目前仍舊集中在資本相對雄厚的大型企業(yè)，按照目前行業(yè)發(fā)展情況以及國際大環(huán)境的情況來看，在今后的一段較長時間內(nèi)中低端企業(yè)可能還會保留傳統(tǒng)的設(shè)計方式，但是由于業(yè)主對數(shù)字化的認(rèn)可程度越來越高，今后工程數(shù)字化的普及程度也會越來越高，數(shù)字化工程的應(yīng)用深度以及應(yīng)用面應(yīng)該比現(xiàn)在更深更廣闊，而具體的設(shè)計工作也會由原來的“單打獨斗”轉(zhuǎn)變成多專業(yè)、多人協(xié)同的工作。隨著科技的飛速發(fā)展，今后工程數(shù)字化的應(yīng)用極有可能會結(jié)合大數(shù)據(jù)、AI 智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實等先進技術(shù)在工程設(shè)計施工領(lǐng)域創(chuàng)造一個新的高度。但是數(shù)字化工程也是一把“雙刃劍”，在接受新鮮事物并靈活運用的過程中應(yīng)該借鑒國內(nèi)外同行的成功經(jīng)驗，取其精華去其糟粕不能盲目的應(yīng)用，應(yīng)該盡可能的發(fā)揮工程數(shù)字化的優(yōu)勢，合理的設(shè)計數(shù)字化項目的框架、流程、數(shù)據(jù)庫等并加以合理的應(yīng)用，避免為了“追時髦”而盲目的為了視覺效果而放棄效率這種本末倒置的事情發(fā)生，可以預(yù)見的是再正確規(guī)劃和使用工程數(shù)字化這個利器之后，我國的工程設(shè)計施工能力會更上一個新的臺階。