SPI軟件在EPC項目儀表回路包管理和回路測試中的應用

魏玉洪

(中石化煉化工程(集團)股份有限公司，北京 100029)

隨著科學技術的快速發展，信息、網絡、控制和計算機等新技術不斷在工業控制領域得到應用，石油化工工程的大型化、復雜化、智能化和聯合化，石化裝置工藝技術、控制技術和專利工藝包的復雜性，使得儀表回路包(Instrument Loop Package)管理和回路測試工作量巨大，管理較困難。在大型石化EPC承包項目儀表回路包管理和回路測試工作中依靠計算機輔助設計AutoCAD技術及Office辦公自動化軟件明顯存在不足，基于數據庫原理的SPI(SmartPlant Instrumentation)儀表工程設計與管理軟件為核心的應用，滿足了業主的要求和工程項目建設的需要，中石化煉化工程(集團)股份有限公司(SEG)在沙特大型石化EPC承包項目中儀表回路包管理和回路測試工作逐步得到廣泛應用。

1 儀表回路包管理和回路測試的要點

1.1 儀表回路包的定義和內容

在國際石化工程建設管理中常使用儀表回路包這個術語，儀表回路包是每個儀表回路內所有相關的設計文件、安裝檢查記錄、測試記錄、更改及尾項清單、特殊儀表廠家數據表或說明書等組成的交工資料，內容涵蓋全面。以遠傳儀表回路包基本內容為例，見表1所列。

1.2 儀表回路包的管理程序

一般由EPC承包商組織設計和工程技術人員提出回路包的定義、系統劃分、基本包的組建內容，經項目業主或管理承包商(PMC)審定。項目建設各方都成立組織機構，形成回路包管理團隊，進行人員分工、責任劃分，按照主要工作流程有效運行，同時業主和承包商相應配備對應人員開展工作。儀表回路包管理和回路測試的主要工作流程如圖1所示。

圖1 儀表回路包管理和回路測試的主要工作流程示意

表1 遠傳儀表回路包基本內容文件

2 SPI簡介

2.1 SPI軟件組成和功能

Intools軟件(以下簡稱“Intools”)，即現在的SPI軟件，是美國Intergraph(鷹圖)公司專門為工廠業主、運營商和工程公司設計的儀表工程應用軟件，供用戶進行設計和管理儀表。SPI通過軟件數據庫建立一個共同的信息交流與合作平臺，通過網絡技術做到信息數據的交換與共享，更好地實現工廠業主的綜合管理，提高企業網絡化、信息化的綜合管理水平，工廠工作效率和工作質量。

項目設計最常用的兩個基本程序為Administration(管理)程序和Intools主程序。Administration程序包含了系統管理員模塊、項目管理員模塊、儀表索引模塊、工藝參數模塊、計算模塊等；Intools主程序包含了規格書模塊、規格書Binder模塊、接線模塊、回路圖模塊、安裝圖模塊等，是儀表詳細設計模塊的程序。其他的幾個程序有： DB Setup Utility， Import Utility， Inserve， Intools Smartplant Report Generitor， Internal Setup Utility和Meenager Utility等。

Intools軟件包對應于儀表設計的各個領域，包含了系統管理、儀表索引表、儀表規格書(工藝數據)、計算、接線、回路圖和儀表安裝圖(材料庫)等完整的功能模塊。

2.2 Intools軟件包的特點

1) 強大數據庫功能。儀表設計與管理軟件Intools的核心是基于數據庫的能互相交換數據的公共平臺，通過不同的導入模塊和計算機輔助設計軟件AutoCAD等外部程序模板連接在一起，專門為業主生命周期儀表工程管理及工程承包公司的儀表工程設計而開發的儀表工程管理軟件包。在數據庫管理方面非常便利，它可以把工藝數據模塊中的工藝管道數據、儀表工藝參數數據，在計算模塊、儀表規格書模塊間進行互調和修正，減少了各專業間技術條件的多次變化更新和繁瑣的校對，保證了各個圖紙和表格數據的一致性[1]。

2) 方便的數據傳輸。在設計階段，Intools以Sybase DB文件進行數據和信息的傳遞，使用通用的數據庫可以與外部數據庫連接，包括PDS、計算軟件包、DCS和ESD控制系統[2]，從而實現了生產運營階段的遠程管理和工廠生命周期控制儀表管理。

3) 簡單便捷的圖紙生成。需要出圖紙時只需從中提取所需的內容即可。

Intools實質上是個實時共享的數據庫，最大的優點可以與工藝、安裝等相關專業進行數據共享。工藝在設計過程中，每條管線、每個設備的設計參數輸入后，儀表專業在生成儀表規格書時，只需將儀表所在管線、設備填好，相應設計參數就產生了。同樣，儀表專業將調節閥等尺寸填好后，安裝專業只需輸入儀表位號，該儀表尺寸等參數都可一目了然。另外，工藝參數改變，儀表只需更新一下，參數也相應修改，實現了各專業的工廠協同設計。

3 基于SPI軟件的儀表管理方式——回路包管理體系

3.1 數據庫最終服務對象——項目業主的管理

EPC承包商應用Intools可以進行儀表工程設計，生成設計文檔；在后期的施工生產階段進行施工管理以及工廠生產中儀表的運營維護。同時，現在的SPI可以與上下游系統進行數據交換，比如，智能的工藝流程圖PID(SmartPlant)，電氣軟件(SmartPlant Electrical, ETAP)，組態軟件(DeltaV， CS3000， ExperionPKS & System 800xA)和管理軟件(SAP)等。

隨著Intools軟件在自控設計中的日益普及，國外大型石油化工項目(裝置)建成移交后，要以考評項目執行中形成的完整的Intools數據庫來衡量項目完工證書的簽發與否。

3.2 儀表工程的新管理方法

近年來沙特石化項目日趨大型化和聯合化，由于工程的大型化、復雜性和艱巨性，單靠業主、管理方、總承包方來管理項目有些困難，該類項目建設采用了一體化項目管理團隊IPMT(Integrated Portfolio Management Team)模式。

3.2.1IPMT定義

IPMT是指業主與項目管理承包商組織結構的一體化；項目程序體系的一體化；設計、采購、施工的一體化以及參與項目管理各方的目標及價值觀的一體化。該模式是國際大型石油化工項目管理普遍采用的一種管理模式，在沙特大型石化項目中得到廣泛應用。

3.2.2IPMT管理責任

根據國際上普遍流行的項目階段劃分方式，可把項目分為兩個階段： 前期階段(又稱定義階段)和實施階段(又稱EPC階段，即設計、采購、施工及執行階段)。定義階段指詳細設計開始前的階段，包含了詳細設計開始前所有的工程活動。在項目定義階段，IPMT的任務是對項目的定義階段進行管理。主要負責以下工作： 1) 項目建設方案的優化；2) 審查專利商提供的工藝包設計文件，提出項目統一遵循的標準、規范，負責管理各承包商完成基礎設計、初步設計和總體設計；3) 提出設備、材料供貨廠商的名單，并據此制訂該項目的“短名單”，對項目風險進行優化管理，分散或減少項目風險；4) 提出項目實施方案；5) 編制EPC(或EP+C， E+PC)招標文件，對EPC投標商進行資格預審，協助完成招標、評標。在項目實施階段，由中標的各承包商負責執行各裝置的詳細設計、采購和建設工作。IPMT在該階段里，負責全部項目的管理協調作用，直到項目完成。

3.2.3Intools管理團隊

在項目定義階段項目IPMT管理層建立專門的管理團隊，保證Intools軟件的最終服務對象的權益。在YanSab 1.2Mt/a乙烯聯合項目中，在項目的定義階段，IPMT管理層成立了一個高效的Intools專業管理小組，負責Intools外包服務商的選擇和發布該項目的種子文件；提供Intools DB文件給參與工程的EPC承包商；建立工程設計開展的進程管理、對統一設計的版本以及EPC承包商提供Intools工程設計文檔的DB文件歸檔格式等協調機制；協調項目各EPC承包商的進度，特別是嚴格EPC要求承包商增加修改種子文件和數據庫的審批程序。從體制上保障了貫穿于整個工廠生命周期的Intools軟件數據庫前期工作的完整性、統一性和有效性。

3.2.4EPC承包商的管理團隊

在上述項目中，SEG組織上海工程公司、南京工程公司、荷蘭AK Solutions工程公司組成聯合體參與聚烯烴項目的執行。聯合(AK-SI)項目部在投標初期著手Intools軟件和Document軟件的管理，包括上海、荷蘭朱茲米爾、沙特延布三地數據傳輸的策劃。中標后，聯合體成立了Intools專業小組，整個項目實施階段的Intools應用提供全天候支持，保證全球多地跨時區的多家公司參與設計。

3.2.5數據核實和完整問題

實施階段儀表工程施工和測試中與Intools數據庫的一致性和完整性始終是業主、EPC承包商和分包商關注的焦點。

在Intools的后期服務對象——工廠業主看來，最有實用價值的是工藝專利商工藝包和專利設備控制部分數據。工藝包和專利設備控制部分，往往存在復雜的控制回路，需要EPC承包商根據工藝包的技術資料進行大量的前期工作，尤其是項目要求工藝包控制系統“拆包”的項目，是影響工期的重要因素，該類數據對數據庫的完整性相當重要。該部分數據往往僅有接線室外部分，即只到了機柜室的Marshalling Terminals，控制室部分數據空著，而EPC承包商采取了空白的控制室內部接線，導致數據庫的缺失，造成了整個數據庫的不完整。

3.2.6儀表回路包管理保證數據庫的完整性

IPMT Intools小組雖然解決了項目業主或者IPMT對Intools設計的深度、范圍、數據的規范性等問題，但不能保證設計和施工資料的完全準確，對于上述的最終交付設計文件與原始的要求也相差甚遠，數據和信息的無序導致數據庫內容的缺少或者混亂。特別是工藝專利商工藝包和專利設備控制部分的錄入混亂無序尤為突出，在沒有“拆包”(取消專利自配控制系統)的項目上，更是無法控制，原因是獨立的系統即使錄入的錯誤也不影響裝置開車投用。

伴隨著Intools軟件在設計管理中的應用，利用其強大的數據資源工具，采用類似管道專業試壓包管理形式的儀表回路包管理辦法，產生了獨特的以儀表索引回路為線索的儀表回路包控制管理的程序和驗收制度。通過儀表回路包管理制度，最終核實和確定Intools數據庫的準確性和權威性。

在大型石化工程建設和運營過程中，全程使用Intools軟件能充分提高該項工程設計的質量和效率，增強工程建設和工廠運營的管理水平。

4 基于SPI軟件的儀表回路包管理和回路測試

4.1 沙特石化項目儀表回路包管理背景

SEG近5年來在中東和中亞地區石油化工工程市場承擔了數十個大型石化工程項目。在步入沙特石化工程建設市場初期的項目執行過程中，儀表工程滯后于整體的進度控制計劃。其主要原因： 1) 項目的綜合回路包管理和回路測試程序是國內項目管理中聞所未聞的，對回路包的內容不清楚，不懂得如何組織回路包的“做包”和“消包”等管理工作；2) 回路包管理和回路測試工作量巨大，例如2005年作為聯合EPC總承包中標承建的沙特沙比克聚烯烴項目，共有PP， PE， PHU 3套裝置，其中儀表回路包11700個；3) 沒有用好SPI軟件的強大功能。過程控制中，儀表安裝檢查資料和測試資料劃分得非常詳盡，質量檢查文件(QVD)數量之多超出了想象，造成整體進度嚴重滯后。同樣，其他中資企業也普遍不適應該種管理體制。

經過沙特沙比克聚烯烴項目的鍛煉，了解了儀表回路包管理和回路測試工作的重要性，掌握了儀表回路包管理和回路測試工作的管理程序和方法，懂得了SPI在儀表回路包管理和回路測試工作的重要作用和項目實施過程中如何充分發揮其強大功能，現在SPI在儀表回路包管理和回路測試工作的應用已逐漸走向成熟。目前，沙特項目業主和IPMT通過儀表回路包的管理來驗收整個自控儀表工程核對工藝數據和Intools數據庫完整性，完工后Intools數據庫作為工廠運營基礎。數據的核準是國外預試車的最后的關鍵控制點之一。

4.2 回路包管理程序

1) 回路包產生。在自控儀表專業設計過程中，Intools軟件每生成1個回路索引時，1個儀表回路包就產生了；對于一次指示儀表和內部軟點，則對應于各自的“軟點回路包”。

2) 回路包建立。當分包商收到儀表初步設計圖紙的儀表索引表(Index Sheet)時，就可以按照索引表目錄內的儀表回路，對每一個回路建立1個儀表回路包文件夾(Folder)，每個回路包都是獨立的存檔資料，內容齊全，與回路相關的所有歷史資料和更新信息全部都包含其中，歸檔查閱都較為方便。

3) 組建回路包管理團隊。成立專門的回路包管理組織機構，設置Loop經理，由Intools管理小組、儀表專業的設計人員、現場工程師、質檢員、數據庫統計人員、做包人員、消尾項人員、調試人員、DCS組態人員等共同組成回路包管理團隊，分承包商、PMC、業主相關人員參與，形成一個完整機構進行管理。

4) 回路包管理：

a) 做包管理。EPC承包商在圖紙中心成立專門的“做包”小組來制作儀表回路包，在合同附件中有專門的“做包”小組職責的條款約定。

b) 消包管理。現場成立對應“消包”團隊，即類似于國內的調試團隊；對于不同的回路包則有各自的驗收“消包”程序和方法，消包的結果就是Intools數據庫數據最終確定，沒有IPMT Intools專業管理小組的書面批準任何人不得修改。以前的每次修改均要求在回路包文件內有批準的記錄痕跡。

c) 回路包更新完善管理。在該管理流程中，從設計階段的數據表、接線圖、邏輯圖等設計文件問題，采購階段的材料設備問題、DCS廠家的組態和數據參數問題等都必須和安裝工程管理一樣執行統一的管理方式，嚴格消項管理。在回路包資料整理過程中發現的所有問題都有記錄和整改痕跡，不存在遺漏問題，工程質量得到了有效控制。項目管理中自控儀表工程的過程控制、進度計量和最終驗收就轉化成了儀表回路包的建立、形成、更新、維護和關閉(Close)、移交(Take Over)。儀表回路包的資料整理和Intools數據庫更新工作成為儀表調試的重要環節，每一個儀表回路包就像一個工藝管道試壓包一樣，包括很多同步的信息，有許多工作要在之前完成。

在沙特執行的大型石油化工項目控制儀表設計施工進度的最終文件和驗收文件基本上都是采用儀表回路包管理程序來核定Intools數據庫的權威性和數據一致性、完整性。

4.3 儀表回路測試

儀表回路測試不但是自控儀表工程最后一道工序、工藝設備等專業的最終參數確定工序，也是整個建設項目進行聯動試車的重要條件之一。由于儀表設計、采購、施工的工期較短，影響因素較多，儀表回路測試的時間往往小于進度計劃中的時間。為了不影響總進度計劃，利用SPI軟件數據庫功能進行數據查詢、參數更新、組態檢查、資料分析和糾錯等工作，從而加快回路測試進度，并在施工階段通常采取施工人員兩班倒和已安裝完成的儀表回路包提前作測試關閉的辦法；同時工程執行過程中的主要尾項如設計資料尾項、施工過程尾項、Walkdown尾項等的消項工作也較為明晰徹底。在中型、大型、超大型石油化工建設項目實施過程管理中，該辦法是行之有效的。

4.4 回路包管理的要點

建立儀表回路包管理體系，完善管理機制，加強信息管理和更新。在項目實施初期，建立與小組聯動的管理小組。在詳細設計的初期就開始著手完成回路包的制作，以回路包為基礎，建立必要的數據統計和控制體系： 為完成回路包的管理工作，要求各EPC承包商成立專門的回路包管理工作團隊，劃分“做包”小組來制作儀表回路包，并現場成立對應“消包”小組，即類似于國內的調試團隊；整個Intools管理團隊每天更新信息，關注動態，重點解決急需解決的問題，合理安排人力資源。通過沙特東部沙比克卡楊1.3Mt/a乙烯聯合裝置K080(鍋爐島)項目和EO/EG項目的實踐證明，設立專門的組織機構是保證按時完工的保障，臨時的突擊建包只能造成工期的拖延和無謂的工時損失及人工浪費。

采用儀表回路包狀態匯總表，可以很容易地查看到設計施工試車狀態，查看到工作完成和關閉移交情況，很容易分析未完回路包的癥結所在。其他工作也有相應的數據統計系統，可以方便查詢需要的數據，最好利用Intools軟件二次開發出對應的管理表格。

5 結束語

近年來，從SEG作為總承包商參與沙特大型石化項目EPC總承包的發展過程來看，快速適應業主新的管理模式并熟練應用先進的管理軟件是項目成功的關鍵。SPI軟件在國外石油化工項目的應用歷程與國內的大致相同，如何發揮SPI軟件在工廠生命周期管理中的優勢，是國內業主所需要關注的，特別是國外項目業主采用的新管理模式非常值得研究借鑒。

參考文獻：

[1] 李永康.Intools軟件及其在工廠生命周期管理中的應用策略[J].石油化工自動化，2009，45(04)： 50-53.

[2] 曲成鑫.自控設計軟件Intools簡介及在工程項目上的應用[J].醫藥工程設計，2008，29(02)： 41-43.

[3] 謝冠鋒.SPI軟件在自控儀表設計中應用[J].自動化與儀表，2012(05)： 11-12.

[4] 張小廣，焦大偉，王秋紅，等.Intools軟件在生成儀表安裝圖中的應用[J].石油化工自動化，2011，47(01)，54-56.

[5] 倪學莉，李紅，孟慶生.Intools軟件及其在項目中的實際應用[C]//2007年度海洋工程學術會議論文集.北京： 中國造船工程學會近海工程學術委員會，2007： 177-188．

[6] 謝冠鋒，吳海泉，陳恒祥.自控儀表設計施工管理中的儀表回路包管理應用探討[J].石油化工建設，2011(03)： 38-40.

[7] 項飛.Intools軟件綜述及其二次開發(I)[J].石油化工自動化，2006，42(04)： 64-67.

[8] 隋明新，方留安，姜秀君.了解和應用Intools儀表設計管理軟件[J].石油化工自動化，2004，40(05)： 5-8.

[9] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京： 化學工業出版社，2000.