某EPC項目尿素裝置數字化交付探索與實踐

(中國五環工程有限公司，湖北 武漢 430233)

隨著信息技術的發展， 化工行業各單位在生產實踐中采用越來越多的數字化手段，但隨著信息化的深入，信息孤島效應和數據重復建設的情況也越來越明顯。數字化移交工作收集了大量項目基礎數據，在分類整理、全面整合、根據指定的規范和流程完善數據關系模型后，即可將各類數據關聯起來，有效消除信息孤島，避免數據重復建設[1]。數字化交付是以工廠對象為核心，對工程項目建設階段產生的靜態信息進行數字化創建，直至移交的工作過程，其中涵蓋信息交付策略制定、信息交付基礎制定、信息交付方案制定、信息整合與校驗、信息移交和信息驗收[2]。

1 項目背景

1.1 數字化交付現狀

數字化交付作為一個先進的交付模式，國內各大工程公司都進行了一定的嘗試和探索，目前，設計院牽頭來做的數字化交付基本都定位于接收設計和采購階段的既有成果，即“有什么交什么”，形成具備三維可視化能力的“工程數字檔案系統”后再移交給業主，便于其信息查詢，尚處于數字化交付的初級階段。相較傳統交付來說，當前的數字化交付僅僅是對文檔進行了電子化，同時提供了一套設計的Review模型。

1.2 發展趨勢

隨著化工企業業主對數據需求的明確以及工程公司IT和數字化技術的發展，深度數字化交付的概念逐漸明確。深度數字化交付模式是一個系統性工程，定位于利用工程建設階段性成果為生產準備期和運營期服務，提高生產準備工作效率和質量，為運營期構建高質量的數據基礎和IT架構基礎。其范圍覆蓋設計、采購、施工和試運行，在集成、結構化組織和關聯各階段的數據基礎上，通過數據校驗、模型精細化、數據轉換和發布以及工程建設過程的數字化管理形成持續交付，最終形成數據范圍和內容完整，且具備高質量數據和可訪問性的裝置級“數字孿生”。

在簡化模式基礎上，深度交付模式還能夠直接助力生產準備期和運營初期的多項工作，如認知培訓、操作培訓、基礎資料梳理、轉資、第三方系統初始化數據錄入等，同時為運營期智能應用構建良好的數字底座和IT基礎平臺。

2 數字化交付目標

通過數字化交付的實施，形成以工廠對象為核心，模型、智能P&ID、數據及文檔互相關聯的數字化工廠，為企業運維提供信息支撐，滿足企業精細化管理需求。

(1)以多專業協同設計的三維模型為基礎，并依據項目要求補充缺失模型以及智能P&ID重繪等工作，將最終的模型及智能P&ID數據移交到數字化交付平臺，存儲和管理數字化交付的模型及智能P&ID數據。

(2)對重要設備的模型進行升級，實現對設備精細化外形以及設備內件的查看，輔助施工以及運維階段的方案編制，更可以幫助新員工直觀地了解設備構造。

(3)對數字化交付的相關數據進行結構化處理、重新組織和完善，參考GB/T 51296—2018《石油化工工程數字化交付標準》及業主提供的數據收集模版，實現模型分類及屬性字段的標準化，同時通過標準模版移交數據，為工廠運營提供信息支持，大幅降低業主在數據錄入上耗費的時間和精力，提高生產效率，讓高質量的數據唾手可得。[3]

(4)通過文檔整編和關聯文件構建等工作，實現數字化平臺中文檔的便捷查閱。

3 數字化交付實踐

筆者結合某公司完成的EPC尿素裝置的數字化交付工作，介紹使用 iTwins平臺、進行數字化交付載體、存儲和管理數字化交付的探索和實踐，交付的簡易流程見圖1。

圖1 交付的簡易流程

3.1 統一規定編制

統一規定作為整個項目的共識及指導，需要能夠讓項目有序、高效進行，通過各專業以及與業主間的討論，從實際需求出發，推導對數字化交付的要求[4]，同時考慮規定的易實施性，確保參與項目的人員理解各項規定。

3.2 定義工廠對象類庫

工廠對象類庫是對工廠對象組織結構的描述，包括工廠對象分類、屬性、量綱、屬性規則、文檔分類、文檔屬性等內容，用以規范數字化交付標準的基礎定義，確保按要求交付。

3.3 模型構建

采用多個設計軟件，對相應的工廠對象進行建模，并采用iTWins的工具進行相應的模型替換工作，保證模型的唯一性，模型構建流程見圖2。

3.4 多源模型數據導入

將不同來源的模型導入平臺，主要指對裝置設計、采購所應用的不同格式軟件的模型進行解析，包括PDMS、Tekla、SolidWorks、3Dmax等軟件。前文提到，多個專業設計軟件的應用在給設計帶來方便的同時，也給數字化交付帶來了龐雜不一的分類體系、海量的屬性字段以及不同的幾何信息表達方式。如何采用軟件工具對多源數據進行解析并翻譯，成為數據標準化的關鍵。

圖2 模型構建流程

iTwins配套的工具——收集數據庫具備解析以及翻譯的功能，能夠將多源數據進行解析并翻譯相同數據格式：首先通過讀取器的無損解析，將全部數據讀入收集數據庫中，再通過屬性映射或者數據表導入的方式，實現不同模型分類及屬性與類庫間的匹配，數據解析轉換過程見圖3。

圖3 數據解析轉換過程

3.5 智能P&ID繪制

智能P&ID繪制包括4個階段：準備階段、資料收集階段、智能P&ID繪制階段和校核階段。智能P&ID繪制流程見圖4。

圖4 智能P&ID繪制流程

(1)準備階段：繪制人員根據整個項目的建設內容，分析項目對智能P&ID數據的具體要求，列出資料收集清單表，交付資料收集人員進行現場收集。

(2)資料收集階段：資料收集人員根據收集清單與各專業人員溝通，收集相應電子資料。

(3)智能P&ID繪制階段：根據收集的資料，按照繪圖流程進行具體的繪制工作。

(4)校核階段：圖紙校核包括兩部分，即繪圖人員自校核和專門的審核人員校核審核，如果審核不通過，則返回給繪圖人員再次修改、再審核，直到滿足繪圖要求。

3.6 屬性數據交付

基于項目類庫構建屬性表模版，設計人員進行各類數據錄入工作，對象屬性表完成后，將最終數據提交上傳至iTwins，實現數據與模型的相互關聯。數據交付流程見圖5。

圖5 數據交付流程

3.6.1定義屬性

按照國標要求進行數據的重新組織，制定要求交付數據模板，根據要求交付數據，設計制定原始數據表與要求交付數據模板間的映射關系，并提供每類數據表的自動提取工具。

3.6.2交付屬性

工廠對象屬性數據模板中的數據來源于不同設計專業及采購、施工階段，利用自動化工具對大量的非結構化數據進行批量處理(提取、整合、剔除)，在交付給業主完整屬性數據的同時，減少了EPC人員處理數據的工作時間，提升了工作效率。

3.6.3校驗屬性

基于類庫中的數據規則，在iTWins中對模型數據進行校驗，包括數據飽和度、合規性、準確性等。

3.7 文檔整編關聯

文檔整編關聯包括文檔的拆分、文檔分類調整、關聯文件編制等，具體流程見圖6。

圖6 文檔整編關聯流程

對于復雜文檔，如供應商文檔，由于存在組織較亂的情況，需根據統一規定進行一定拆分工作。

對不同類型的文檔，按照統一規定要求，進行分組存放，確保文檔結構樹清晰合理。

文檔的關聯文件編制工作包括設備、管線和儀表閥門等位號關鍵詞提取，設計文檔關聯的清單整理等。

3.7.1構建關聯關系

基于業主交付要求，在EPC交付文檔和工廠對象之間自由建立關聯關系，方便業主在裝置運營時，通過工廠對象便可以找到與其有關聯的全部文檔，降低數據檢索時間，提升工作效率。

(1)將相應的位號規則及文檔放入指定位置，運行iTWins的PowerShell工具。

(2)運行完成后，即可自動提取文檔中的工廠對象位號，生成關聯關系文件。

3.7.2校驗文檔關聯性

校驗文檔關聯性指對已交付的文件與工廠對象的關聯關系進行校驗，主要包括：①關聯工廠對象位號與模型位號是否一致；②已交付的文檔是否與計劃關聯的工廠對象建立關聯；③模型中的工程對象是否有與之關聯的文檔。

3.7.3交付文檔

在設計-采購-施工階段交付的大量文檔，通過批處理方式進入系統，支持用戶通過關聯關系進行查看。

3.8 iTwins交付平臺建設

(1)模型整合。基于交付平臺對多源模型數據進行整合，此次項目實踐應用涉及模型數據源、PDMS設計模型、TEKLA設計的結構模型、solidworks構建的精細化模型含內件和3Dmax模型。

(2)智能P&ID加載。通過智能P&ID可對二維PID圖元上的所有信息進行工程屬性的查看，并支持二維、三維模型間的聯動跳轉。

(3)屬性信息展示。對工廠對象的工程屬性進行展示，并支持對設備設施的零部件屬性進行查看。

(4)關聯文檔查看。對工廠對象的相關文檔進行查看。

(5)機泵拆解視頻在線播放。對于機泵的拆解視頻支持在線播放瀏覽。

(6)精細化模型剖切瀏覽。剖切精細化模型設備，支持從任意角度剖切、查看設備內構件。

(7)模型抽離。對于復雜場景或者隱蔽場景下的設備設施，可以對其進行抽離查看，通過調整其透明度，了解其位置及周圍環境狀況。

(8)收藏。對重點關注的工廠對象建立集合，進行收藏，在收藏欄進行管理。

(9)視角管理。通過視角建立，可以快速訪問到用戶關注的某一視角下的工廠對象的位置。

(10)三維場景漫游。可以通過自由漫游、行走漫游、飛行漫游這三種方式對裝置進行瀏覽。

(11)測量工具。提供多種測量工具以及測量方式，對長度、面積進行測量。

(12)批注。可以對工廠對象的狀態進行批注，直觀醒目地提示給相關用戶。

4 重點解決的問題

4.1 可落地的統一規定

GB/T 51296—2018《石油化工工程數字化交付標準》，已于2019年3月1日起實施，作為推薦標準，主要進行了框架性的指導，但沒有相關的具體細則，無法指導實際工作。為了項目實施順利開展，項目基于GB/T 51296—2018制定了詳細的交付規定，包括模型精細度要求、模型配色要求、智能P&ID要求、分類屬性字段要求、文件命名要求、文檔關聯要求等。

為了讓數字化交付規定能夠落地易實施，對各個環節進行了詳細要求，以文檔為例，細化到哪些工廠對象關聯哪些文檔，對于一些重點關注的文檔，對其頁面包含同樣內容的情況作出了規定，例如管架/彈簧/調節閥等數據表，應獨立存放，數據表頁面中應只包含一條位號，方便業主運維人員查閱。

4.2 關鍵工廠對象的精細化建模

在本次項目之前，設備設計主要采用以二維為主的方式進行，設備的模型僅通過PDMS軟件完成，設備內部細節無法進行表達，內部零部件的詳細屬性信息無法在相應的位置展示，且與之相應的文檔只能關聯在設備上，后期使用相對較麻煩。本次項目通過SOLIDWORKS對主要設備進行精細化建模工作，相應的屬性和文檔都在零部件本身進行表達，直觀明了。

4.3 數據標準化

當前，工程公司在數字化設計方面已經較為成熟，各種專業的工程設計軟件靈活運用于各類工廠對象設計過程中，如工藝專業SP P&ID，DIAGRAM，管道專業的PDS、PDMS、SP3D，結構專業的TEKLA，建筑專業的REVIT等，在給設計帶來方便的同時，也給數字化交付帶來了龐雜的分類體系、海量的屬性字段以及不同幾何信息的表達方式。本項目采用軟件工具對多源數據進行解析并翻譯，成為數據標準化的關鍵。

5 結語

本項目通過各項軟件工具解決了當前數字化交付過程中的幾個棘手問題，為以后的項目積累了寶貴經驗，為后續數字化交付項目有序高效地開展奠定了良好的基礎。

由于本次數字化交付項目開展時間較晚，整個項目對數字化建設支撐不足，后續項目應從更高的起點著手，讓數字化交付成果成為從設計開始到工程建設以及開車、運維等階段全生命周期的數據支撐。