石油化工工程“數字化”研究

王東方

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

石油化工工程建設是一個復雜的系統工程，涉及建設單位、設計單位、施工單位、監理單位、供應商以及行政監督管理部門等眾多單位且參與人員構成復雜，因而工程文檔與施工同步、竣工文件高質量按期交付是項目管理的巨大挑戰。推廣應用多年的信息化，日漸難以滿足提升項目建設期管理效率、提高運營期大數據分析經濟效益、實現項目全壽命周期高標準管理的需求，“數字化”工廠是滿足上述管理需求以及未來更高層次智能化需求的有效工具。實現“數字化”工廠需要搭設涵蓋工程數據中心、運營數據中心、管理數據中心的數字化平臺，數字化平臺的各項基礎數據通過文檔的“數字化”予以歸集，本文圍繞 “數字化”文檔實施予以分析。

1 “數字化”平臺概述

石化工程“數字化”平臺將設計、采購、施工、試運行等各階段產生的數據、模型和文檔，按預先定義的標準和規范加載至平臺（見圖1）。數字化交付平臺負責對數據、模型和文檔的質量和完整性進行檢查和處理，通過在線協同工作實現圖紙審查、施工文檔審查、變更工作審查等業務線上管理。最終以位號為中心，二、三維數據為導航，可靠的工程信息顆粒度為基礎聚合和集成在一起，形成數字化工廠信息模型。

圖1 數據交付示意圖

文檔系統功能如下：文檔管理、文檔分類查詢、文檔屬性查詢、文檔版本控制、文檔歷史記錄追溯查詢、文檔與工廠分區結構關聯查詢、文檔與專業分類關聯查詢、文檔與設備關聯查詢、文檔瀏覽、文檔批注等。

從設計單位、施工單位、設備廠商、建設單位等不同來源收集工程移交數據、模型和文檔主要內容有：設計資料包括三維模型、設計文檔、工藝圖紙、智能儀表數據、智能電氣數據、設備等對象位號編碼以及相關屬性等；采購資料包括供應商資料、材質證明、制造資料、維護手冊等；施工資料包括工序交接、安裝記錄、質量監督、各類調試、試運行等；建設單位各類管理資料等。

二、三維數字化模型是工廠基礎部件展示的重要載體，通過位號編碼或其他自定義規則使三維模型、P&ID數據、文檔內的位號和對象編碼等互相之間建立熱點化的關聯。最終將模型、工程位號以及相關屬性參數自動識別、移交、發布到數字化交付平臺，實現模型和數據的集成管理（見圖2）。

圖2 項目數字化交付流程圖

“數字化”平臺需具備文檔雙向協同瀏覽技術，即同一團隊內的協同瀏覽成員都可向協同瀏覽服務器發送請求，協同瀏覽各成員的當前代理網頁一致。除數字化平臺已搭設文件結構目錄外，應支持用戶自定義文件結構目錄樹，能實現在平臺中直接預覽、新建、修改、刪除、升版、瀏覽、下載、打印等操作。

石化工程“數字化”深度應達到通過手持移動終端在工廠三維模型圖上，任選某一設備可查看設備屬性、設備詳圖、安裝信息、QC信息、運維情況等（見圖3），任選某管道可查看管道屬性、管道PFD/PID圖、改造信息、實際焊道位置以及焊接安裝等信息，實現文檔信息便捷、高效利用。

圖3 數字化三維模型信息圖

2 “數字化”信息關聯

工程對象和文檔信息應與工程分解結構建立結構合理、層次清晰、內容完整且支持可擴展的關聯關系。工程對象和文檔均應按獨立編號規則各自編號，兩者編號應滿足唯一性、可關聯性[1]。

實現數字化目標，首先要實現文檔信息關聯。通過設備位號、管道號、線纜號、坐標等將工廠對象全生命周期的信息數據進行貫穿和關聯，關聯的信息數據根據需要甚至包含施工照片、視頻等。

為確保文檔信息完整統一，應編制《石化工程文件格式手冊》基礎庫。以《石化工程文件格式手冊》為基礎搭設標準化文檔結構目錄，編制模型位號與標準化文檔的映射關系，導入三維數字工廠平臺中，實現工廠對象與數據、文檔、三維模型等不同信息之間快速關聯（見圖4）。源文檔為電子文檔，應建立石化工程文件格式手冊庫，統一全廠文件版式。源文檔為非電子文檔，應掃描為電子文件；若原文檔包含多種文件格式，應轉化為統一格式電子文件。

圖4 泵設備文檔信息關聯

3 “數字化”平臺功能

3.1 工程文檔協同

國家法規規定了工程質量終身負責制，而實現終身制負責需要工程資料及時完整歸集[2]。大型石化項目建設周期較長，參建單位和參建人員更迭時而發生，導致真實有效歸集工程文檔難度較大。以往石化項目竣工后需長達數月的工程資料整理，而參建人員隨項目完工大多調離，文檔整理過程不可避免需要遺漏資料補做、補簽，進而導致工程資料同步性、真實性難以保證。

現電子數據與紙質簽章具備法律認可的同等效力，通過數字化平臺可保證石化工程文檔真實、準確、及時、完整。工程師進場簽署電子文件確認書（至少包括工作范圍、有效期限、承擔責任內容），確認個人電子數據與紙板簽字具有同等效力；工程師離場簽署授權書（至少包括授權人、授權范圍、授權期限、承擔責任內容），實現電子文件閉環管理。

法規要求質量控制點檢查前，承包商在自檢合格基礎上提交檢查文件，監理工程師經審查無問題再赴現場檢查，但實際執行往往是監理工程師現場檢查合格后才收到承包商檢查表予以補簽。工程通常工期緊、人員少，以致上述行為成為石化工程建設領域默認“慣例”。以《石化工程文件格式手冊》為基礎搭設“數字化”文檔平臺，可使工程師擺脫繁重文字工作，使數據自動流向下游處理環節，實現工程師通過手持移動終端在線同步完成質量控制點檢查表上報、驗收、審批、歸檔（見圖5），確保工程資料同步性、真實性。

圖5 質量控制點驗收

3.2 知識管理

組織的知識是企業的重要資源，對組織知識進行有效的動態管理，是應對企業內外部環境變化和風險的重要資源保障。ISO 9001—2015強調了對組織知識管理目的就是避免由于員工更替、未能獲取和共享信息等而導致組織損失[3]。

依托 “數字化”平臺定期組織管理部門、工程承包商、設備廠家、一線管理人員總結經驗，借鑒中石化的《SHS 石油化工設備維護檢修規程》，將常見問題及解決方案歸類，運用全生命周期及設施完整性管理理念制作涵蓋項目立項、初/詳設、采辦、工程建設到生產維護各環節的格式化、影音化（文字為輔）標準作業規程。

“數字化”平臺三維場景模型（見圖6）中，通過創建和增加動態的人物角色模擬裝置工藝操作、運營維護操作、安全應急演練等過程，實現工廠對象“可操作”的三維可視化管理應用服務。

圖6 三維場景模型

3.3 管理提質增效

現5G、數字云等技術足以支撐數字化硬件需求，具備建立全場無線網絡覆蓋能力。通過數字化交付，探索石化工程建設管理新模式，推動工程管理精益化，提高工程質量，實現投資精準管控。

以往項目質量管理數據依靠人工收集，耗時耗力、精確度不高且信息滯后，以致質量控制投入大而管理效果不佳。借助“數字化”平臺可實現數據實時收集、實時分析，為管理部門高效提供質量趨勢報告，并對高風險點予以示警。例如實時分析焊工日工作量，超出日基準及時提示管理部門予以關注，消除工人因疲勞導致焊接合格率下降風險。

利用“數字化”平臺對石化工程建設的隱蔽工程、工序交接、材料發放、設備安裝等ABC三級質量控制點進行全程監控，避免人為蓄意破壞事件。曾有項目個別建設工人因承包商惡意拖欠工資，心存怨恨將不規則木塊雜物卡入高壓彎頭內并焊接管道隱蔽?？ㄈ腚s物牢固，管道試壓后的吹掃工序是無法清除的，唯有切開焊口才可清除。在 “數字化”平臺ABC三級質量控制點驗收文件添加影音附件，可實現及時、便捷在線檢查管道組對工序交接，通過多方相互監督避免此類事件；同時，也可避免質量驗收影響石化工程建設連續性。

通過文檔數字化交付獲得的工程信息以及后期的維護和更新信息，工程人員、生產人員等通過手持移動終端在三維模型上自動顯示設備、管線等工程對象的物理位置和自己所處位置，并可為工廠改擴建提供真實的數據信息如地下管網的分布、設施間距離信息等。

生產運營期，通過生產實時數據庫和歷史數據庫信息進行對比分析，可掌握設備的運行狀況，制定科學的設備維護計劃，防止重大設備損壞和非計劃停機事件發生。根據數字化平臺提供的備品備件信息、設備信息、維修數據等，能夠有效提高檢修維護的工作效率，降低檢修維護成本，保證設備的完好率，延長設備使用壽命。

4 結束語

如何降低項目生命周期成本、提高項目整體效益，數字化是有效工具。通過數字化工作，將項目生命周期內各階段孤立的、分散的文檔信息整合在三維模型上，在深度浸入的場景中多角度、多形式的協同工作，挖掘大數據信息價值。通過文檔信息的數字化，建立與現實工廠完全一致的數字化工廠，為生產運營精細化管理、更新改造及培訓提供技術支持，實現企業降本增效、提質增效目的。