張大津 李默宇

摘要：隨著國(guó)際油價(jià)的持續(xù)回升，目前又迎來(lái)了海外油田地面工程發(fā)展的新時(shí)代，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，以設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的工程公司需要通過(guò)集成化設(shè)計(jì)手段，提升設(shè)計(jì)理念，具備高效可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交付的能力，縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期，提高工程管理和創(chuàng)新能力。因此，進(jìn)行工程集成化設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)是目前必不可少的重要步驟，本文將從幾個(gè)方面說(shuō)明油田地面工程向集成化方向發(fā)展的必然趨勢(shì)并以SmartPlant系列軟件為載體，探索集成化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)的道路，同時(shí)采用元素系統(tǒng)的方法將系統(tǒng)集成，可維護(hù)性在集成化軟件中起著重要作用，元系統(tǒng)所采用的面向目標(biāo)的知識(shí)表示和面向目標(biāo)的推理機(jī)為系統(tǒng)的維護(hù)提供有利條件。

關(guān)鍵詞：海外油田；集成化；數(shù)據(jù)交付；工程管理

中圖分類號(hào)：TE4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）08-0200-03

1 引言

近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程不斷深化，中石油根據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的巨大需求，實(shí)施“走出去”的國(guó)際化經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略，在中亞、中東、北非、南美等地區(qū)投資或收購(gòu)油田，參與當(dāng)?shù)氐挠蜌赓Y源開(kāi)發(fā)，這為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)公司向海外市場(chǎng)拓展提供了有利條件。

機(jī)遇的到來(lái)往往伴隨著巨大的挑戰(zhàn)，為適應(yīng)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的需求，面臨著組織機(jī)構(gòu)從單一的勘察設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展為工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)，業(yè)務(wù)領(lǐng)域從單一的勘察設(shè)計(jì)發(fā)展到項(xiàng)目管理和工程總承包，市場(chǎng)范圍從以國(guó)內(nèi)為主發(fā)展到國(guó)際和國(guó)內(nèi)多元化市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程經(jīng)驗(yàn)往往是以符號(hào)模式表現(xiàn)，并且有的還具有不確定性，而數(shù)值分析則采用數(shù)值計(jì)算程序。這就給開(kāi)發(fā)集成的軟件帶來(lái)了較大的困難，本文旨在就三大系統(tǒng)的集成做一嘗試性的探討。

為此，筆者在這里探討目前集成化設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與趨勢(shì)，以及利用SmartPlant系列產(chǎn)品進(jìn)行集成化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)的思路，希望能為今后的集成化設(shè)計(jì)發(fā)展提供一定的參考。

2 研究?jī)?nèi)容

利用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及初始支護(hù)的選擇，并用數(shù)值分析方法進(jìn)行了支護(hù)可靠的驗(yàn)算，提供了有效的支護(hù)數(shù)值計(jì)算設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)將對(duì)這兩部分加以補(bǔ)充和完善。

在此基礎(chǔ)上，完成監(jiān)測(cè)專家子系統(tǒng)，包括監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與整理、預(yù)測(cè)、結(jié)果分析與評(píng)價(jià)（量測(cè)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)結(jié)果分析與評(píng)價(jià)）、加固措施與設(shè)計(jì)修改等模塊，形成一個(gè)完整的油田工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)。由于各子系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言各不相同，有的是基于符號(hào)推理的專家系統(tǒng)，有的是基于數(shù)值計(jì)算的算法程序。各子專家系統(tǒng)中的知識(shí)表達(dá)也各不相同，這就需要設(shè)計(jì)一種將各種不同語(yǔ)言、不同知識(shí)表達(dá)、集成的集成模塊，它既易于與不同語(yǔ)言接口，同時(shí)又便于處理不同的知識(shí)表達(dá)。

3 集成化設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

通用的集成結(jié)構(gòu)，包括五級(jí)集成，如圖1。

（1） 表達(dá)方式集成：統(tǒng)一的界面和信息表達(dá)，確保能夠提供一個(gè)入口，一個(gè)“單一訪問(wèn)實(shí)情的點(diǎn)”，可以快速的被同化和接受。（2）數(shù)據(jù)集成：統(tǒng)一并集合來(lái)自不同類型源的數(shù)據(jù)，提供單一可靠的正確來(lái)源。（3）應(yīng)用軟件集成：適配器完成在應(yīng)用系統(tǒng)間內(nèi)，統(tǒng)一的信息傳遞。（4）業(yè)務(wù)處理集成：跨越式傳遞、協(xié)同、執(zhí)行、增強(qiáng)的工作流程。對(duì)整個(gè)工作流程的再造，上升到項(xiàng)目管理層次，報(bào)告控制、資料控制、版本管理、進(jìn)度管理等。（5）集成化組合應(yīng)用軟件實(shí)施：新的應(yīng)用系統(tǒng)可以利用更高集成度的集成庫(kù)。

從設(shè)計(jì)公司角度出發(fā)，為適應(yīng)當(dāng)前時(shí)代對(duì)于工程信息化、集成化、數(shù)字化的迫切需求，規(guī)范設(shè)計(jì)過(guò)程和行為以及提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和精度成為首要任務(wù)，一個(gè)基于統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的，跨專業(yè)、跨軟件的協(xié)作化集成設(shè)計(jì)平臺(tái)環(huán)境成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

通過(guò)參加各方面的交流與調(diào)研，并查閱文獻(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)工程公司的集成化之路多是自發(fā)或者由項(xiàng)目推動(dòng)進(jìn)行，大體分為下述三個(gè)方面：

3.1 海外市場(chǎng)的需求不斷提高

如今很多業(yè)主需要分包到內(nèi)部及專業(yè)工程公司來(lái)進(jìn)行工廠的設(shè)計(jì)、翻修設(shè)計(jì)及維護(hù)設(shè)計(jì)，因此，設(shè)計(jì)公司需具有高效的設(shè)計(jì)復(fù)用數(shù)據(jù)和“工業(yè)慣例”的能力，來(lái)縮短項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期。

但是目前設(shè)計(jì)工具應(yīng)用大都局限于本專業(yè)層面，即各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之間處于獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)：在設(shè)計(jì)生命周期中，從上游專業(yè)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，通常還是需要人工傳遞和維護(hù)才能交付到下游專業(yè)。

從信息流角度講，采集、傳遞和加工處理三個(gè)環(huán)節(jié)，目前僅僅只更新了信息采集的方式，傳遞方式并沒(méi)有根本性改變，后期的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)加工處理的可靠性也受傳遞方式穩(wěn)定性的制約。

3.2 國(guó)際化進(jìn)程不斷推進(jìn)

由于工程技術(shù)領(lǐng)域的不斷變革和國(guó)際化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，大型的國(guó)際工程公司近年來(lái)也進(jìn)行了集成化設(shè)計(jì)改革。

美國(guó)福陸公司始創(chuàng)于1912年，財(cái)富500強(qiáng)排名第124位，排名世界第一的工程公司，業(yè)務(wù)范圍覆蓋石油、天然氣，化工、石化等領(lǐng)域。作為一個(gè)大型國(guó)際化公司，盡管已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多地協(xié)同工作，并搭建了相對(duì)穩(wěn)定的信息化平臺(tái)，但在2002初，福陸公司也意識(shí)到原有的設(shè)計(jì)工作模式很難再進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，這種情況很大程度上制約了今后公司整體實(shí)力的提升。

因此，從2004年開(kāi)始，分五年開(kāi)始實(shí)施集成化戰(zhàn)略方案，其內(nèi)容包括對(duì)工作流的梳理、集成化方案評(píng)估、集成環(huán)境開(kāi)發(fā)、領(lǐng)航項(xiàng)目應(yīng)用等階段。

截止2010年，集成環(huán)境基本建成，并包含自主開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化插件、管道支吊架數(shù)據(jù)庫(kù)及各類符號(hào)，同時(shí)，將整個(gè)公司的圖紙及文件模板進(jìn)行了重新的梳理，達(dá)到了強(qiáng)化基礎(chǔ)工作的作用，公司的國(guó)際化進(jìn)程得到了進(jìn)一步的推進(jìn)。

3.3 向總承包轉(zhuǎn)型的瓶頸不斷凸顯

目前以設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的工程公司目前普遍面臨著組織機(jī)構(gòu)從單一的勘察設(shè)計(jì)企業(yè)發(fā)展為國(guó)際工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)，業(yè)務(wù)領(lǐng)域從單一的勘察設(shè)計(jì)發(fā)展到項(xiàng)目管理和工程總承包，市場(chǎng)范圍從以國(guó)內(nèi)為主發(fā)展到國(guó)際和國(guó)內(nèi)多元化市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。

而集成化設(shè)計(jì)可以提高公司EPC項(xiàng)目效益、EPC項(xiàng)目管理水平、公司材料管理、控制水平，有助推動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的應(yīng)用和基礎(chǔ)工作的開(kāi)展。

從項(xiàng)目細(xì)節(jié)出發(fā)，集成化所包含的版次管理使設(shè)計(jì)人員避免預(yù)估和設(shè)計(jì)材料表的錯(cuò)誤、材料可追溯性、材料平衡、應(yīng)用材料預(yù)測(cè)預(yù)留功能、為項(xiàng)目降低了風(fēng)險(xiǎn)，完整的材料狀態(tài)使項(xiàng)目動(dòng)態(tài)掌握信息，降低了項(xiàng)目費(fèi)用和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，有效輔助施工進(jìn)度控制，提高了工作效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量。

結(jié)合上述工程公司的集成化設(shè)計(jì)情況，前后對(duì)比可以看出，整體集成化設(shè)計(jì)方案實(shí)施后，取得的益處是顯而易見(jiàn)的也是全方位的，如全面的自動(dòng)標(biāo)注進(jìn)一步減少出圖時(shí)間、項(xiàng)目運(yùn)行的一致性、數(shù)據(jù)流的穩(wěn)定傳遞有效的降低了費(fèi)用支出、各軟件的整體實(shí)施降低了項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)等等。

4 集成化設(shè)計(jì)理念

集成化設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)理念的更新，采用集成化設(shè)計(jì)理念，這不僅對(duì)設(shè)計(jì)階段有益處，利用計(jì)算機(jī)管理對(duì)采購(gòu)過(guò)程、施工階段和工廠今后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)進(jìn)行一定的規(guī)劃，且一定的作用。

面向海外市場(chǎng)，面對(duì)轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)，我們的設(shè)計(jì)理念必須有一個(gè)根本性的改觀。

隨著計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)信息技術(shù)的發(fā)展，石油天然氣行業(yè)的上游提出“數(shù)字化油田”的概念，相應(yīng)地，下游的油氣田地面工程建設(shè)領(lǐng)域也需要集成化設(shè)計(jì)，完成數(shù)字化交付，以更好地控制項(xiàng)目進(jìn)度和成本。

為建設(shè)集成化設(shè)計(jì)平臺(tái)，首要任務(wù)是明確發(fā)展方向和設(shè)計(jì)理念，即以點(diǎn)帶面，與專業(yè)公司緊密協(xié)作，以計(jì)算機(jī)軟件帶動(dòng)基礎(chǔ)工作，以配管帶動(dòng)其他專業(yè)，推進(jìn)國(guó)際化進(jìn)程，逐步把現(xiàn)有設(shè)計(jì)流程提升到全新的標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、集成化的“三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)工作模式”。

以工藝為推動(dòng)力、以高度集成提高業(yè)務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力、利用信息資源形成核心創(chuàng)造力的“三位一體”開(kāi)拓模式，實(shí)現(xiàn)SPP&ID;、SPM、SPI、SP3D對(duì)工程項(xiàng)目的規(guī)劃、決策和支撐作用。

5 集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用并行分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成，它模擬人類專家群體的工作，實(shí)現(xiàn)決策自動(dòng)化。由于油田工程中涉及到眾多領(lǐng)域知識(shí)，眾多的功能和任務(wù)，涉及到多種描述形式的知識(shí)的處理和使用。對(duì)這樣復(fù)雜的知識(shí)系統(tǒng)最有效的處理方法是將其分割為若干單一的領(lǐng)域知識(shí)系統(tǒng)（子系統(tǒng)）。按所要完成的任務(wù)和功能來(lái)劃分。處于復(fù)雜系統(tǒng)同一水平或同一層次的子系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的，它們協(xié)調(diào)工作和集成將完成某一復(fù)雜任務(wù)，同一水平的子系統(tǒng)既是區(qū)別的代表不同的領(lǐng)域?qū)＜?，具有不同的領(lǐng)域知識(shí)，但又是聯(lián)系的，它們要共同合作完成一個(gè)任務(wù)。

6 元系統(tǒng)設(shè)計(jì)

元系統(tǒng)作為大規(guī)模知識(shí)集成環(huán)境的核心，應(yīng)具有相當(dāng)?shù)闹悄芤怨芾?、控制、協(xié)調(diào)、維護(hù)眾多的子系統(tǒng)，這樣的功能通過(guò)建立專家系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)以總控元系統(tǒng)為例來(lái)考查其結(jié)構(gòu)，其余元系統(tǒng)稍加變動(dòng)即可，總控元系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。它是由人機(jī)界面、元知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)構(gòu)、靜態(tài)黑板、子系統(tǒng)的接口、學(xué)習(xí)機(jī)和解釋機(jī)等基本部分組成。

7 集成化設(shè)計(jì)初步方案規(guī)劃

國(guó)內(nèi)各設(shè)計(jì)公司的發(fā)展情況各有優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，通過(guò)深入分析技術(shù)要點(diǎn)，確保有計(jì)劃部署和有步驟實(shí)施，預(yù)計(jì)整體集成化設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)預(yù)計(jì)分為三個(gè)階段，如表1所示。

實(shí)施步驟如下：

7.1 準(zhǔn)備階段

（1）SPI按照自控專業(yè)需求，完成初步的二次開(kāi)發(fā)并正式投入實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用。（2）SPP&ID;準(zhǔn)備階段的工作，數(shù)據(jù)收集整理具備代表性項(xiàng)目的P&ID;，組織工藝與儀表專業(yè)討論控制回路，及儀表符號(hào)的表示方式。（3）SP3D圍繞三維配管，開(kāi)展領(lǐng)航項(xiàng)目，在領(lǐng)航項(xiàng)目中進(jìn)行了設(shè)備、管道、儀表、結(jié)構(gòu)、電纜橋架、暖通風(fēng)道的三維模型建立，并生成管口方位圖、設(shè)備布置圖、管道布置圖、儀表?xiàng)l件圖、樓面開(kāi)孔條件圖、單線圖等項(xiàng)目所需條件及成品，并進(jìn)行碰撞檢查及生成綜合材料表等相關(guān)表格、并測(cè)試邏輯支吊架的使用情況。（4）推廣SPP&ID;，完成管理員的高級(jí)課程培訓(xùn)，組織培訓(xùn)Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)、XML及VB開(kāi)發(fā)相關(guān)內(nèi)容，由鷹圖公司協(xié)助完成二次開(kāi)發(fā)，提高SPP&ID;的應(yīng)用水平，總結(jié)歸納SPP&ID;對(duì)工藝流程的影響及再造，匯總完成相關(guān)使用手冊(cè)。（5）提高SP3D應(yīng)用深度，通過(guò)在項(xiàng)目中的應(yīng)用，深化細(xì)化成品文件，進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。（6）利用SPRD建立公司級(jí)別的管道等級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行SPRD到SP3D的集成測(cè)試。

7.2 應(yīng)用階段

全面推廣SPP&ID;、SP3D、SPI等軟件。

將SPI、SP3D、SPP&ID;三款軟件在項(xiàng)目上進(jìn)行全面推廣，理清上下游數(shù)據(jù)傳遞流程，為集成化做好準(zhǔn)備。

同時(shí)，著手探索SPI及SP3D的Automation開(kāi)發(fā)，完成部分典型配管的自動(dòng)化配管，開(kāi)始探索泵、壓縮機(jī)及分離器的模塊化設(shè)計(jì)。

消除結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件與三維設(shè)計(jì)之間的技術(shù)壁壘，合理運(yùn)用第三方結(jié)構(gòu)軟件（如StruCad、Tekla等）與SmartPlant系列軟件的映射接口，形成有效協(xié)同關(guān)系。

7.3 推廣階段

SPP&ID;的工藝數(shù)據(jù)通過(guò)SPF傳遞到SPI軟件，進(jìn)行儀表設(shè)計(jì)。

SPI軟件建立儀表幾何數(shù)據(jù)，通過(guò)SPF傳遞到SP3D軟件，用于建立儀表元件模型。

SPP&ID;的工藝數(shù)據(jù)通過(guò)SPF傳遞到SP3D軟件。

SP3D管道設(shè)計(jì)時(shí)直接點(diǎn)選SPP&ID;，管線可讀取管線數(shù)據(jù)用于指導(dǎo)配管設(shè)計(jì)。

SPP&ID;圖紙上的閥門等元件直接關(guān)聯(lián)到SP3D材料數(shù)據(jù)庫(kù)選用材料。

設(shè)計(jì)集成化的初步探索，保證數(shù)據(jù)能夠通過(guò)Foundation平臺(tái)流暢傳遞，初步實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)流”工作模式，在系統(tǒng)集成環(huán)境建立成功的同時(shí)完成系統(tǒng)的基礎(chǔ)客戶化，因此，該階段對(duì)技術(shù)人員數(shù)量的需求也將達(dá)到峰值。

Material和Construction兩款軟件與SPF集成。

綜合以上計(jì)劃方案，根據(jù)各階段軟件的投入與應(yīng)用情況，初步制定了人員投入、硬件配置需求投入計(jì)劃，按照年份提前申報(bào)該計(jì)劃，以滿足集成化平臺(tái)管理和維護(hù)需要，可以有效地控制公司的集成化平臺(tái)運(yùn)營(yíng)成本。

8 結(jié)語(yǔ)

相信按照階段規(guī)劃步步推進(jìn)，各項(xiàng)目標(biāo)逐一落實(shí)，全新的“數(shù)據(jù)流”工作模式投入實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用，屆時(shí)多專業(yè)工程數(shù)據(jù)將實(shí)現(xiàn)共享及交換，通過(guò)設(shè)計(jì)校驗(yàn)，設(shè)計(jì)精度得到提高。從概念設(shè)計(jì)到正式投產(chǎn)，對(duì)工程數(shù)據(jù)的全生命周期的管理水平將進(jìn)一步加強(qiáng)，提升“數(shù)字化油田”的易用性及復(fù)用性。集成化的穩(wěn)步推進(jìn)能夠有效夯實(shí)分公司的各項(xiàng)基礎(chǔ)工作，從“專業(yè)協(xié)同”的角度不斷深化和細(xì)化工作流程，工藝、管道、儀表等專業(yè)的技術(shù)規(guī)格書以及控制文件，消除專業(yè)間的技術(shù)壁壘。并從智能工程的角度出發(fā)，提出以元系統(tǒng)進(jìn)行油田工程智能的集成方法，并用C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了元系統(tǒng)的原型。經(jīng)實(shí)踐，筆者認(rèn)為這是一種切實(shí)可行的集成方法，當(dāng)然關(guān)于這方面的研究，還有很多工作要做，如關(guān)于提高元系統(tǒng)運(yùn)行效率的及接口標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題尚待研究。標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的設(shè)計(jì)流程將助力設(shè)計(jì)公司的國(guó)際化進(jìn)程，而隨著生產(chǎn)力與核心競(jìng)爭(zhēng)力不斷提升，更將高效率、高質(zhì)量地完成更多的海外油田地面工程項(xiàng)目，為打開(kāi)海外市場(chǎng)提供保障，為國(guó)家能源戰(zhàn)略保駕護(hù)航。