智慧煉化建設中工程項目全數(shù)字化交付探討

吳 青

（中國海洋石油集團有限公司，北京100010）

流程工業(yè)中的煉油與石化（煉化）工業(yè)一直是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前煉化工業(yè)面臨著如何淘汰落后產(chǎn)能，實施產(chǎn)業(yè)結構轉型升級以及煉化一體化、區(qū)域優(yōu)化與綠色、低碳和高效化等問題，智慧煉化建設是煉化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向與選擇［1］。

智慧煉化建設可按照數(shù)字煉化、智能煉化和智慧煉化的三步法實施。其中，數(shù)字煉化是基礎，智能煉化是核心，智慧煉化是目標［1］。數(shù)字煉化建設首先需要建設一個集成的、統(tǒng)一的一體化平臺——即包括“工程設計（E）-生產(chǎn)管控（M）-市場營銷與決策（M）”（簡稱 EMM）的綜合性平臺［2］，并且數(shù)字煉化的建設必須和實物工廠的建設同步規(guī)劃、同步推進、同步維修。在數(shù)字煉化建設的“E”即工程建設階段，要以工程項目的“全數(shù)字化交付”以及“無缺陷開車”為目標，其設備、材料以及儀表、電氣等具體實物的設計參數(shù)、制造、監(jiān)造、安裝、調試等數(shù)據(jù)，以及裝置試車、工藝設計模型參數(shù)等，要能夠“無縫”轉化為生產(chǎn)運管、市場營銷與決策期間設備全生命周期管理與預防性維修維護、生產(chǎn)管控與優(yōu)化、數(shù)字化智能化一體化銷售等環(huán)節(jié)、階段所需的各類有效數(shù)據(jù)，同時還需要考慮該工廠生產(chǎn)所需原油（料）與能源的供應以及產(chǎn)品儲運、市場營銷服務，且這幾者之間通過信息集成、得到實時數(shù)據(jù)庫的支持后能夠即時下達指令，使彼此之間能夠協(xié)調、貫通、交互和全面優(yōu)化，成為全面完善的數(shù)字化工廠或數(shù)字煉化［1-2］。

隨著信息技術的高速發(fā)展，中國許多大型煉化工程建設項目都實現(xiàn)了信息化管理。如惠州煉油1 200萬t/a煉油項目（惠煉一期）、中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司1 000萬t/a煉油項目、中石油四川石化煉化一體化工程項目、中石油獨山子1 000萬t/a煉油改造工程項目等都運用了信息管理實現(xiàn)其工程建設目標，但這些工程建設項目實際上還未能完全達到數(shù)字煉化建設的要求，其信息化項目除了使用面較窄、不能全面覆蓋項目管理各項業(yè)務外，主要還存在以下不足：1）工程信息相對孤立，缺乏有效共享和工作協(xié)同；2）未與企業(yè)核心系統(tǒng)（如ERP系統(tǒng)）集成；3）技術標準不統(tǒng)一，系統(tǒng)間的互連互通存在較大問題；4）缺少必要的標準、規(guī)范和管理制度基礎。

筆者從智慧煉化建設角度、以理想的數(shù)字煉化視野，結合中海石油煉化有限責任公司惠州石化公司2 200萬t/a煉油改擴建-120萬t/a乙烯（惠煉二期）工程建設項目的具體實際，探討特大型煉油化工一體化工程建設項目的全數(shù)字化交付問題。

1 概念、內容、范圍和意義

1.1 概念

數(shù)字煉化的設計任務通常由設計院 （或工程公司，下同）承擔。如果設計院能將完成的成品數(shù)字煉化文件（數(shù)字化文件）交給業(yè)主，即是較低層次上的全數(shù)字化交付。傳統(tǒng)交付方式以紙介質為主體，全數(shù)字化交付則通過專門的平臺將相關設計成品以標準數(shù)據(jù)格式提交給業(yè)主，也稱數(shù)字化移交。

目前，某些化工類工程設計項目實現(xiàn)了全數(shù)字化交付，但煉油化工行業(yè)特別是特大型煉化一體化項目極少實現(xiàn)。如果要按智慧煉化建設、滿足理想的數(shù)字煉化的需要來實現(xiàn)全數(shù)字化交付，則難度非常之大，要求也十分高。

全生命周期概念下的現(xiàn)代化數(shù)字煉化，在其壽命有效期（假如以20 a壽命有效期為例）內應該涵蓋整個工廠的設計、建設、運營直至其報廢。然而，目前設計院所介入的，充其量是設備全生命周期的前期，即最初的2～5 a。在此期間，設計院擁有相當詳細的資產(chǎn)類設計參數(shù)（如材質、各種參數(shù)等）、制造參數(shù)以及［如果EPC（工程總承包）的話］安裝、調試的部分或全部數(shù)據(jù)，還有裝置的工藝模型等信息。至工程建設項目完成中間交接、管理權轉給業(yè)主后，設計院基本不再介入，對所設計、建造的數(shù)字煉化的設備、裝置、企業(yè)在試生產(chǎn)、生產(chǎn)運營期的數(shù)據(jù)、信息（包括維修維護）等也基本不更新，市場營銷方面的信息更加無法掌握。由于設計院的工程技術人員與業(yè)主的工程師對數(shù)字煉化的理解、關注點相差較大，因此靠設計院構建的數(shù)字煉化，其最后交付的數(shù)字煉化的實際效果可能不盡如人意、難以滿足業(yè)主要求。此時，特別強調設計院和業(yè)主的數(shù)據(jù)標準等的一致性。設計院在其統(tǒng)一的“E”平臺上，將設計過程中所有相關信息和成品文件以數(shù)字化方式提交給業(yè)主，完成“全數(shù)字化交付”。業(yè)主可以通過后期整合工作建設完整的數(shù)字煉化，期間設計院應繼續(xù)為業(yè)主提供必要的協(xié)助與技術支持，特別是工藝裝置模型方面［1-2］。

如果設計院希望業(yè)務轉型、拓展其服務能力與范圍，則可在其統(tǒng)一的“E”平臺上，與業(yè)主協(xié)商，“反向”傳遞、集成設備維修維護、生產(chǎn)運行、經(jīng)營等數(shù)據(jù)信息，最后發(fā)展可以為企業(yè)提供預防性維修維護、專家診斷、遠程優(yōu)化服務、擴能改造等方向的增值業(yè)務。目前，某些單項功能已經(jīng)實現(xiàn)，如壓縮機制造企業(yè)提供的機組遠程診斷專家系統(tǒng)、某些專業(yè)技術服務公司提供的設備（裝置如常減壓裝置）腐蝕監(jiān)控與診斷系統(tǒng)等。

從這個角度說，對全數(shù)字化交付的成品文件的要求是很高的。

1.2 內容與范圍

數(shù)字化交付的內容和范圍根據(jù)工程項目類型的不同而不同，但核心內容、范圍還是工程數(shù)據(jù)，如工程文檔圖紙、數(shù)據(jù)、參數(shù)、3D模型、采辦、工程建設信息等。

在項目工程建設開始前，要對所需移交的數(shù)據(jù)、信息提出明確的要求；當項目工程建設結束后，根據(jù)事前所明確的要求，向業(yè)主移交準確且完備的數(shù)據(jù)和信息。

1.3 意義

全數(shù)字化交付的最大意義，在于能夠大大縮短數(shù)字煉化的智能化轉型升級的時間和具體路線。

實施高效的全數(shù)字化移交，可以有效提升EPC承包商的競爭力，幫助業(yè)主消除工程信息孤島，方便業(yè)主后期的生產(chǎn)管理、運維和改擴建。同時，全數(shù)字交付有助于業(yè)主、監(jiān)理、供應商提升工程建設項目的管理效率，增強工程建設項目的管控力度，且今后運維中更加高效，成本更為節(jié)約［3］。

2 平臺與流程

2.1 平臺

一個一體化、綜合性的“EMM”平臺［2］是實現(xiàn)高質量工程項目全數(shù)字化交付和理想的數(shù)字煉化到智能煉化、智慧煉化的前提和基礎。但考慮到目前的實際狀況，如果只有一個獨立的“E”平臺，只要考慮好標準、接口等因素或條件，也是可以實現(xiàn)高質量的全數(shù)字化交付的。

不論是一體化綜合性的“EMM”平臺還是一個獨立的“E”平臺，該平臺中的工程項目管理部分至少要包含基礎設計（D）、工程設計即詳細設計（E，含設計管理、文檔控制等）、工程采購（P，含設備監(jiān)造、催交催運等）、工程施工（C）、項目管理（M，內含進度管理、費用控制、質量管理、工程監(jiān)理等）、項目開車（C，含中交、調試、開車等）等6個方面的工程管理子平臺。

該工程項目管理平臺需滿足兩大方面的要求：1）工程項目管理階段，包括，前期規(guī)劃（預可研、可研、立項及批準）、基礎設計、工程實施及“四大控制”（進度、費用、質量和HSE）、中間交接與試車、工程交流與匯報、全數(shù)字化交付、無缺陷開車等；2）投產(chǎn)以后的轉資以及可視化資產(chǎn)管理與設備的全生命周期管理，實物與數(shù)字資產(chǎn)兩個方面的維修維護，為運營期其他項目或系統(tǒng)，如生產(chǎn)運營管理（生產(chǎn)計劃與調度、生產(chǎn)運行監(jiān)視、生產(chǎn)工藝優(yōu)化）、生產(chǎn)質量管理（達標與質量控制系統(tǒng)以及化驗分析與實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)）、安全環(huán)保（三維應急管理、環(huán)保系統(tǒng)、三維可視化培訓）等提供相應的數(shù)據(jù)、模型等的支持與維護。

工程建設階段的各類專業(yè)人員，如設計、采購、建設、監(jiān)理、生產(chǎn)準備等人員等都在同一個平臺上工作，為滿足高質量全數(shù)字化交付的要求，設計院不同專業(yè)人員也需要在同一個平臺（D、E子平臺）上工作，保證設計信息導入導出順暢，做好類似“資料互提、同源數(shù)據(jù)采集、設計文件雙向校驗以及設計成品輸出和歸檔”等工作，特別是做好“設計、采購、建設”三者之間所需數(shù)據(jù)、資料的相互銜接。

數(shù)字化模型來自設計院。設計院所提交的標準數(shù)據(jù)格式、成品文件質量的高低與該模型完善程度、水平密切相關。數(shù)字化模型涵蓋的相關專業(yè)越多，數(shù)字化集成度就越高。若所有相關專業(yè)都參與了該模型設計，且設計水平、數(shù)據(jù)間關聯(lián)度能滿足要求，則數(shù)字化交付流程打通。流程打通后，借助交付平臺將各專業(yè)信息資料收集、整合并以數(shù)據(jù)化形式交付業(yè)主。目前有成熟的軟件產(chǎn)品幫助實現(xiàn)本功能。圖1為全數(shù)字化交付的示意圖。

圖1 全數(shù)字化交付的概念與平臺示意圖

2.2 流程

圖2為全數(shù)字化交付的流程示意圖。

圖2 全數(shù)字化交付流程示意圖

全數(shù)字化交付主要涉及5個方面：1）包括數(shù)字化文件、信息移交的要求、規(guī)則和原則在內的技術規(guī)范文檔；2）數(shù)據(jù)說明（字典），主要是相應的文檔與設備的命名標準；3）用于描述結構化資產(chǎn)的數(shù)據(jù)和文檔方面的數(shù)據(jù)模型；4）全數(shù)字交付的流程和手冊文檔，包括具體的實施步驟和注意事項等；5）滿足移交系統(tǒng)功能要求的軟件需求說明。

3 標準、質量、整體技術構架與規(guī)范、定義

3.1 標準與質量

全數(shù)字化交付是業(yè)主（包括監(jiān)理、制造商）與設計院之間反復進行的數(shù)據(jù)交換的過程，所以涉事方均必須采用相同的標準和軟件。

標準一致是涉事方之間相互理解、達成共識的前提。但目前中國沒有針對大型、特大型煉化工程項目全數(shù)字化交付的標準，國際上相關經(jīng)驗也不成熟。

數(shù)據(jù)的標準和質量十分重要。資產(chǎn)、物資等數(shù)據(jù)是一個企業(yè)的重要資產(chǎn)，是市場競爭力以及企業(yè)長足發(fā)展的基礎之一。資產(chǎn)、物資等數(shù)據(jù)貫穿企業(yè)運營鏈條的始末，涵蓋物資相關工作的所有業(yè)務環(huán)節(jié)，是企業(yè)管理的重要抓手。工程項目數(shù)字化交付后轉入正常生產(chǎn)，設備需要轉資、全生命周期管理與預防性維修維護。各類數(shù)據(jù)，例如在工程階段及其過程，涉及工程料單、BOM清單等物資數(shù)據(jù)；在采購管理中，招投標、合同、協(xié)議、采購訂單、收貨單等涉及到數(shù)據(jù)；在物資出入庫、物流等過程中，物資編碼、物資數(shù)據(jù)、庫存管理、庫存策略等涉及數(shù)據(jù)及其管理問題；工程竣工、形成資產(chǎn)并轉換為設備全生命周期管理過程涉及數(shù)據(jù)整合、管理；設備維修維護、記賬、計算與財務成本分析涉及數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)的標準和質量問題對日常業(yè)務的開展有著直接而顯著的影響，很多情況下會成為業(yè)務快速發(fā)展與擴張的絆腳石。以中海油物資數(shù)據(jù)管理方面遇到的問題為例，其數(shù)據(jù)問題主要包括數(shù)據(jù)分類缺失、數(shù)據(jù)分類交叉、屬性模板缺失、數(shù)據(jù)利用率低和數(shù)據(jù)分類過時。因此，必須做好物資標準、質量以及后續(xù)的清理工作。

數(shù)字化交付周期長，涉及面廣，因此需要在一開始就做好數(shù)據(jù)編碼、標準與質量方面的頂層設計，盡量避免標準“推倒重來”等極端情況。即使需要數(shù)據(jù)清理，也應該提前考慮清理工作的方便性、經(jīng)濟性等因素。

另外，數(shù)據(jù)的命名（名稱）最好由設計院與業(yè)務共同完成。如果不能共同完成，推薦設計院主責。

最后，要確保數(shù)字化交付的質量，必須要求設計院設計、質量等各專業(yè)在數(shù)字化模型中協(xié)同作業(yè)，不可各自為政。

3.2 整體技術構架與統(tǒng)一的軟件、平臺

整體技術架構包括硬件、基礎軟件和應用軟件平臺［4］。基礎硬件平臺要提供穩(wěn)定的硬件和網(wǎng)絡環(huán)境。圖3和圖4為惠州煉油（惠煉二期項目）的煉化工程項目總體框架、技術構架示意圖。

實現(xiàn)全數(shù)字化交付有一個很重要的基本條件，即涉事方采用相同的應用軟件。表1為常用的一些應用軟件情況。

圖3 中國海油惠州石化工程管理總體構架示意圖

圖4 中國海油惠州石化工程管理技術構架示意圖

表1 3D數(shù)字煉化工程設計管理軟件名稱及主要應用狀況

為保證數(shù)據(jù)管理組織結構和傳遞的一致性，需注意選用合適的應用軟件平臺［5-7］。

3.3 規(guī)范與定義

全數(shù)字化交付是一個閉環(huán)的流程，從業(yè)主（或PMT）在招投標階段對EPC制定的交付規(guī)范起，EPC按規(guī)范要求進行一次性（或分階段性）的項目數(shù)據(jù)及文檔移交，業(yè)務（或PMT）對于數(shù)據(jù)和文檔進行校驗審核和上載。

EPC工程數(shù)據(jù)規(guī)范由總體規(guī)范及文檔說明、文檔及位號編號規(guī)則、軟件應用要求、文檔及數(shù)據(jù)交付規(guī)則四部分構成。每部分內容均可另附文檔做詳細規(guī)范。

此處所說的定義是指業(yè)主與設計院統(tǒng)一思想，明確各自對數(shù)字化交付的理解，以便涉事方有明確的共同目標。一些外國公司［7］對諸如基礎軟件平臺、集成發(fā)布平臺和應用軟件平臺各采用哪些和什么版本軟件，各軟件管理哪些對象，每個對象需要管理哪些屬性，哪些屬性需要在集成發(fā)布平臺發(fā)布并與其他哪個應用軟件共享等等均會詳細定義、說明。但是中國因為經(jīng)驗不足可能無法如此明確，需要設計院先提出，再與業(yè)主商量后確定。

4 關于接口與其他系統(tǒng)的無縫銜接

工程信息管理系統(tǒng)不是一個孤立的系統(tǒng)，工程建設期本身需要置身于公司的日常管理工作中，項目完成以后還要轉入生產(chǎn)運營、設備管理以及資產(chǎn)管理。因此，必須考慮數(shù)字化交付的文件、資料、數(shù)據(jù)信息能與其他系統(tǒng)的無縫銜接。圖5是中國海油惠州石化工程系統(tǒng)與ERP集成的示意圖。

圖5 工程信系統(tǒng)與ERP集成示意圖

5 數(shù)字化交付的管理要求

5.1 關于全數(shù)字化交付涉事方角色與職責

全數(shù)字化交付中的涉事方包括業(yè)主、設計院、監(jiān)理、設備制造和第三方工程管理部門等，但核心是業(yè)主和設計院。

全數(shù)字化交付實施過程中，應基于種子文件進行溝通和協(xié)調，并明確以哪一方為主導，哪一方配合。目前階段比較適合的還是設計院主導、業(yè)主配合。主導方按照業(yè)主的要求，根據(jù)項目進度分階段或按照工程進度約定的時間節(jié)點提交給業(yè)主，由業(yè)主審查、組織和管理。業(yè)主將審查后的不一致性報告返給工程公司，工程公司依次整改。這樣能大大減少工程公司與業(yè)主之間的分歧、誤解和錯誤。其他各方可以參照業(yè)主、設計院的職責分工制定好相應的職責。

5.2 關于數(shù)字化檔案資料與數(shù)據(jù)的歸檔與管理

作為全數(shù)字化交付所形成的各類資料，與傳統(tǒng)的紙質圖紙資料為主的檔案資料相比，檔案資料的載體發(fā)生了巨大變化，因此針對檔案資料的管理理念、制度體系、手段平臺、運行機制方法等也與以往有很大不同。檔案管理部門要從符合檔案管理法規(guī)的角度對全數(shù)字化交付的資料提出原則要求，建立、完善、健全歸檔管理的各項規(guī)章制度，確定歸檔管理運行機制、收集原則、收集范圍、分類編號方法、保管、利用等現(xiàn)代管理方法。

工程建設期間還有很多其他檔案、資料，如何將這些資料與全數(shù)字化交付的資料融合在一起，形成整個工程項目的完整檔案資料，是一個需要謹慎考慮的課題。

檔案管理人員要在項目前期就參與與設計院等單位之間的數(shù)據(jù)標準的討論、制定等工作，了解、關注“EMM”平臺或“E”平臺與檔案資料數(shù)字化系統(tǒng)之間的接口等要求、參數(shù)，定期參加相關會議和培訓，做到無縫銜接。

全數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)資料，要及時做好歸檔、保存，并做好對其的持續(xù)管理，特別是變更等管理。

5.3 關于全數(shù)字化交付的技術支持

剛推行全數(shù)字化交付以及實施初期，相關應用軟件平臺的技術支持是必不可少的。本地化的技術支持與服務團隊既要為工程公司提供足夠的軟件培訓，還要負責服務業(yè)主提出的相關要求，對使用軟件過程中遇到的問題隨時隨地提供幫助。

5.4 關于數(shù)字資產(chǎn)的持續(xù)更新、維修維護與技術支持

這里所說的，不是指如何利用數(shù)字化資產(chǎn)管理的方法、手段對實物資產(chǎn)進行維修維護，而是對數(shù)字化資產(chǎn)即信息化部分進行必要的定期維修維護。

要做到與實物的物理工廠一一對應，必須注意如何在實物工廠發(fā)生設計、施工等變化以及生產(chǎn)運管期間實施技改技措、變更后，對數(shù)字煉化進行及時更新、持續(xù)提供技術支持，否則不僅徒勞浪費大量人力物力，且對生產(chǎn)管控的指導收效甚微。因此，明確管理部門、配置專業(yè)人員，像管理實物資產(chǎn)一樣管理好全數(shù)字化交付的數(shù)字資產(chǎn)并做好整個數(shù)字煉化的持續(xù)更新、技術支持與定期維修維護，具有十分重要的意義。

［1］ 吳青.流程工業(yè)智慧煉化建設的研究與實踐［J］.無機鹽工業(yè)，2017，49（12）：1-8.

［2］ 吳青.煉化企業(yè)數(shù)字化工廠建設及其關鍵技術研究［J］.無機鹽工業(yè)，2018，50（2）：1-7.

［3］ 壽海濤.數(shù)字化工廠與全數(shù)字化交付［J］.石油化工設計，2017，34（1）：44-47.

［4］ 魏巍.數(shù)字化工廠中的IT技術及信息系統(tǒng)結構［J］.信息化建設，2015（8）：116.

［5］ 樊軍鋒.智能工廠數(shù)字化交付初探.石油化工自動化［J］.2017，53（3）：15-17.

［6］ 呂松濤.應用數(shù)字化集成設計的項目管理實踐［J］.中國勘察設計，2016（1）：88-91.

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