淺談石油化工項目自控專業數字化

牛思源(洛陽石化工程設計有限公司，河南 洛陽 471000)

0 引言

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

1 主要相關術語

1.1 數字化(digitalization)

應用信息技術，將工程設計、采購、施工等心機轉變為結構化數據和非結構化數據，建立數據組織模型，并運用計算機進行表達、傳輸和處理的過程。

1.2 數字化工廠(digital plant)

有工程建設極端產生的數字化靜態信息、運行維護階段產生的數字化動態信息、給予工廠對象的關聯關系及信息管理平臺構成的綜合體。

1.3 數字化交付(digital delivery)

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。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)

工程建設工程中產生的需要交付的設計信息、采購信息、施工信息等內容，包括信息模型與其他與工廠對象關聯的信息。

1.5 交付物(deliverables)

承載交付信息實現移交的電子文件。

1.6 交付平臺(delivery platform)

用于承載和管理數字化交付信息，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。

1.7 信息完整性(information integrity)

交付信息涵蓋工程設計過程中生產且用語運行維護的相關內容，包括設計信息、采購信息和施工信息，建成完整性。

1.8 信息準確性(information accuracy)

工廠對象屬性的值及計量單位準確，文檔內容正確，以及各種關聯關系正確，簡稱準確性。

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 關聯文檔(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系的交付文檔。

2 工程數字化的意義

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

前期設計階段：使用工程數字化可以規范設計流程、統一項目設計要求、提高設計工作效率，通過三維設計可以提前發現現場施工時可能出現的碰撞、設計不合理等問題，同時也可生成相關圖紙資料等；施工階段：通過工程數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，有效節約成本提高效率。

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

3 自控專業常見交付內容

根據《石油化工工程數字化交付標準》[1]、《石油化工建設工程項目交工技術文件規定》[2]以及項目相關要求中的相關規定，工程數字化交付工作宜與工程建設同步進行，交付信息應該滿足完整性、準確性和一致性的質量要求，其中交付信息應該設置必要信息以及可選信息兩個交付級別。相對于自控專業的數字化交付來說，目前除了傳統的規格書、設備材料表、IO清單等基本且必須的文件數字化交付關聯文檔之外又新增了三維模型方面的相關工作。

自控專業三維部分交付內容常根據與業主簽訂的合同要求深度進行設計工作，部分業主對設計深度要求參差不齊但目前儀表專業以PDMS 為數字化三維部分的內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 石油化工工程數字化常用軟件

工程數字化在國內外開展的時間較長，其中國內外市場中公認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計到施工甚至后期運行和監測，所以成為石油化工項目的主流成套解決方案，PDMS 系列軟件主要側重于工程數字化的三維模型設計方向，Zyqad 一般用于工藝相關的設計，國產世宏軟件用于儀表專業數據庫的設計以及文件生成等。

就儀表專業數字化設計工作而言，除了傳統的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，國內以大慶院開發的世宏軟件和AVEVA 旗下的PDMS 混合實用為主，也有使用其它設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。

除了設計相關的軟件之外還有對應的相關交付平臺，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，目前由于國內對工程數字化應用的重視以及各設計院的深入應用，很多基于SP 系列軟件和AVEVA公司旗下軟件所開發的第三方平臺也如雨后春筍般的出現此處不便一一列舉。

5 自控專業三維設計常見問題

通過哈薩克斯坦阿特勞三期、科威特阿祖爾、鎮海沸騰床渣油加氫、中科等項目結合基于SPI、SPPID、SP3D、PDMS、COMOS、世宏等設計軟件的實際應用，目前自控專業在數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據接口，所以很多數據不能相互交換，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據傳輸問題有兩個方法，第一是使用同一公司基于同一個數據庫或內部有接口可以進行數據交換的系列軟件，第二就是選擇可以生成和導入統一格式數據的軟件。

5.2 種子文件設計缺陷

目前國外項目基本都是用SP 系列軟件進行數字化設計工作，SP 系列軟件的使用基于一個較為完善設計合理的數據庫“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、數據結構以及數據映射關系的空白數據庫，該數據庫需要多專業協同設計，對數據庫中字段設計要求十分苛刻，不同項目使用的“種子”數據庫有所不同，該數據庫的設計如果存在問題將對后面設計工作造成不可預測的后果。

5.3 設計規劃不合理

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

專業如果沒有保質保量的完成相關的設計工作，那么自控專業的工作將很難展開，如果強行推進則會導致后期返工。

5.4 對三維設計用途理解錯誤

部分業主對數字化工程三維部分設計的意義理解上出現了較為嚴重的偏差，工程數字化中三維工作的開展意義在于依托現階段設計工作的相關資料搭建一個高度還原的現場模型用來發現設計階段不易發現的如設備碰撞、空間規劃不合理甚至設計不合理等問題，由于石油化工工程設計的特殊性，用于設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確無誤即可，應盡量避免過度設計，部分業主對模型精度有較高要求甚至要求與現場到貨產品內部和外觀完全一致，這種超出設計要求的高精度對設計工作并沒有實際意義。高精度模型以及運行維護相關的深層次應用應該在完成設計工作、完成現場施工甚至裝置成功開車后實施，絕不應該以犧牲工作效率、工程進度為代價去滿足視覺效果的需求。對于部分業主提出的更為苛刻甚至部分脫離現階段科技生產力水平的設計要求，應該合理的拒絕，否則工程數字化不會給項目帶來積極影響。

6 結語

工程數字化的普遍應用對現如今的設計行業來說可謂是一種巨大的變革，就目前狀況而言，工程數字化的應用主力目前仍舊集中在資本相對雄厚的大型企業，按照目前行業發展情況以及國際大環境的情況來看，在今后的一段較長時間內中低端企業可能還會保留傳統的設計方式，但是由于業主對數字化的認可程度越來越高，今后工程數字化的普及程度也會越來越高，數字化工程的應用深度以及應用面應該比現在更深更廣闊，而具體的設計工作也會由原來的“單打獨斗”轉變成多專業、多人協同的工作。隨著科技的飛速發展，今后工程數字化的應用極有可能會結合大數據、AI 智能、神經網絡、虛擬現實等先進技術在工程設計施工領域創造一個新的高度。但是數字化工程也是一把“雙刃劍”，在接受新鮮事物并靈活運用的過程中應該借鑒國內外同行的成功經驗，取其精華去其糟粕不能盲目的應用，應該盡可能的發揮工程數字化的優勢，合理的設計數字化項目的框架、流程、數據庫等并加以合理的應用，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生，可以預見的是再正確規劃和使用工程數字化這個利器之后，我國的工程設計施工能力會更上一個新的臺階。