王苗

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東東營(yíng)257000）

1 數(shù)字化交付的背景

在工程建設(shè)過(guò)程中，業(yè)主為了降本增效，不斷提出要求參建單位縮短工期，改進(jìn)施工工藝，以便降低投資和運(yùn)營(yíng)成本，從而要求參建單位統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范流程，集成應(yīng)用和信息協(xié)作完成工程建設(shè)。構(gòu)建數(shù)字化管道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是數(shù)字化交付，而數(shù)字化交付是基于數(shù)字化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。采用Smart Plant集成設(shè)計(jì)軟件完成數(shù)字化設(shè)計(jì)之后，首先要完成設(shè)計(jì)的數(shù)字化交付，然后將采購(gòu)數(shù)據(jù)和施工數(shù)據(jù)采集完成，連同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一同移交給業(yè)主，從而完成工程建設(shè)期的數(shù)字化交付。

2 數(shù)字化交付的內(nèi)容

2.1 數(shù)字化交付的基礎(chǔ)-標(biāo)準(zhǔn)體系的定制

數(shù)字化交付的首要任務(wù)是制定項(xiàng)目級(jí)數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)體系，用于規(guī)定交付內(nèi)容和交付要求。針對(duì)長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目的數(shù)字化交付，需完成編碼標(biāo)準(zhǔn)、交付標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及采集標(biāo)準(zhǔn)的制定。這四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是相互關(guān)聯(lián)，相輔相成的關(guān)系。圖1為編碼體系示意圖。

圖1 編碼體系示意

其中編碼標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)，確保數(shù)字化設(shè)計(jì)的規(guī)范性，例如工廠結(jié)構(gòu)編碼，程序文件，操作手冊(cè)等。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了從勘察到施工各階段工程對(duì)象的數(shù)據(jù)屬性，細(xì)化到每個(gè)專業(yè)的每一個(gè)對(duì)象，這個(gè)對(duì)象被稱之為實(shí)體。例如一個(gè)彎頭就是一個(gè)實(shí)體，它在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工階段采集的數(shù)據(jù)屬性中有相同的內(nèi)容，也有不同的內(nèi)容，因此需要制定它在不同階段所要采集的數(shù)據(jù)項(xiàng)，從而形成相應(yīng)實(shí)體的數(shù)據(jù)規(guī)定。

采集標(biāo)準(zhǔn)是制定數(shù)據(jù)的采集模板，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集，比如各階段的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集模板，施工數(shù)據(jù)采集模板，采購(gòu)數(shù)據(jù)采集模板等。此外還有實(shí)施指南，用于規(guī)定各參建單位進(jìn)行數(shù)字化交付的實(shí)施細(xì)則。

數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)確保數(shù)字化交付信息的一致性，合規(guī)性和完整性。包含交付策略、各專業(yè)的設(shè)計(jì)內(nèi)容與深度規(guī)定。

2.2 數(shù)字化交付的前提-數(shù)字化設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)建立完成之后就要開(kāi)展數(shù)字化交付。交付的第一任務(wù)就是要完成數(shù)字化設(shè)計(jì)。針對(duì)長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目而言，分為站場(chǎng)工程和管線工程。長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)工程應(yīng)用SmartPlant集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)工程的“數(shù)字化、智能化、虛擬化、集成化”設(shè)計(jì)，滿足工程的全生命周期管理的需求。圖2 是基于Founda?tion平臺(tái)的集成設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用架構(gòu)示意圖。

圖2 基于Foundation平臺(tái)的集成設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用架構(gòu)示意[1]

根據(jù)已完成的長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目，建立了適用于長(zhǎng)輸管道工程標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和模板，為以后的項(xiàng)目提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。而且形成了一套符合國(guó)際慣例的集成設(shè)計(jì)流程、體系文件。此外還實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)建模工程，智能數(shù)據(jù)匹配功能。在虛擬化方面，通過(guò)可視化設(shè)計(jì)技術(shù)，可進(jìn)行各專業(yè)實(shí)時(shí)更新可視化以及動(dòng)態(tài)碰撞檢查，并且可以進(jìn)行工廠的運(yùn)維仿真，可應(yīng)用虛擬化進(jìn)行運(yùn)維培訓(xùn)等。此外，采用多軟件平臺(tái)、多格式模型參考整合，為逆向建模及數(shù)字化、智能工廠建立奠定基礎(chǔ)。

在天然氣站場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中，進(jìn)行模塊劃分，實(shí)現(xiàn)以模塊為單位的工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與復(fù)用，保證PID中各對(duì)象的參數(shù)屬性，也大大提高了設(shè)計(jì)效率。針對(duì)長(zhǎng)輸管道站場(chǎng)的三維模型設(shè)計(jì)，建立了以設(shè)備為中心，各專業(yè)協(xié)同的模塊化三維設(shè)計(jì)，最后按照工藝流程，各個(gè)模塊連接起來(lái)，從而形成長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目站場(chǎng)的數(shù)字化三維設(shè)計(jì)。

對(duì)于已建站場(chǎng)，可以用Leica 三維激光掃描儀通過(guò)逆向建模的方式進(jìn)行模型更新、數(shù)據(jù)更新等。左圖顯示的是點(diǎn)云掃描結(jié)果，右圖是導(dǎo)入S3D的模型結(jié)果，可以看到匹配度非常高。

對(duì)于線路工程設(shè)計(jì)是基于GIS自己開(kāi)發(fā)的線路工程輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作流程，實(shí)現(xiàn)線路設(shè)計(jì)數(shù)字化和數(shù)據(jù)的共享交互。

2.3 數(shù)字化交付的核心-數(shù)字化交付平臺(tái)

設(shè)計(jì)階段完成之后即可開(kāi)展設(shè)計(jì)的數(shù)字化交付。設(shè)計(jì)的數(shù)字化交付是在標(biāo)準(zhǔn)體系的指導(dǎo)下，通過(guò)集成設(shè)計(jì)平臺(tái)，將工程數(shù)據(jù)、工程模型、工程文檔及關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行移交[2]。

對(duì)于使用Smart Plant 軟件開(kāi)展的站場(chǎng)工程設(shè)計(jì)，可以通過(guò)SPF 進(jìn)行數(shù)據(jù)、模型、文檔等的數(shù)字化移交。通過(guò)解析Smart?Plant的設(shè)計(jì)成果，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式，輕量化模型，但保留三維數(shù)據(jù)模型和屬性數(shù)據(jù)、圖檔資料的關(guān)聯(lián)關(guān)系，基于三維GIS的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)設(shè)計(jì)成果的交付、瀏覽和查詢。

對(duì)于未使用集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的線路工程，就基于地理信息系統(tǒng)（GIS）搭建工程模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果、專項(xiàng)評(píng)價(jià)結(jié)果、工程建設(shè)成果以及地理信息的數(shù)據(jù)、文檔、模型及關(guān)聯(lián)關(guān)系的交付，形成可視化的工程數(shù)字化交付平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付及可視化工程管理。

數(shù)字化交付平臺(tái)中不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)字化交付，還可以實(shí)現(xiàn)采購(gòu)和施工的數(shù)字化交付。在設(shè)計(jì)數(shù)字化交付階段已經(jīng)將技術(shù)規(guī)格書、數(shù)據(jù)表入庫(kù)到全生命周期的數(shù)據(jù)庫(kù)中，在采購(gòu)階段，供貨商根據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、制定設(shè)備物資采購(gòu)數(shù)據(jù)填寫清單，可以同步物資管理系統(tǒng)。

在管道工程和站場(chǎng)工程的施工階段，實(shí)施對(duì)施工過(guò)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)理檢查。在施工現(xiàn)場(chǎng)，可以對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、圖紙進(jìn)行查詢查看，如果現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可以提前將需要的數(shù)據(jù)、文檔進(jìn)行下載。在施工提交和上報(bào)施工數(shù)據(jù)階段，可以在線填報(bào)，也可以離線填寫，統(tǒng)一保存，待有網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，統(tǒng)一上傳同步。施工數(shù)據(jù)采集除了可以上傳數(shù)據(jù)、文檔意外，還可上傳施工照片。監(jiān)理和業(yè)主可以對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行抽檢和查看。

將設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工成果和數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工程數(shù)字化管理系統(tǒng)，并將合同約定的交付物轉(zhuǎn)成通用格式，移交給業(yè)主的接受平臺(tái)，即可完成工程建設(shè)期的數(shù)字化交付，為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 前景展望

3.1 虛擬化技術(shù)的研究

對(duì)于管道建設(shè)方面，將繼續(xù)工程虛擬化技術(shù)的研究，進(jìn)行施工組織、施工過(guò)程模擬，虛擬裝卸，模擬吊裝，安全分析等虛擬化研究，并對(duì)建設(shè)過(guò)程中的施工數(shù)據(jù)、人機(jī)定位等信息進(jìn)行采集，掌控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝。

針對(duì)運(yùn)維方面，在虛擬的數(shù)字化管道中，對(duì)管道設(shè)計(jì)及周邊環(huán)境進(jìn)行模擬，比如特殊工況的模擬，火災(zāi)、泄露等特殊場(chǎng)景模擬，可以用于人員的逃生培訓(xùn)，消防演練等，從而保證生產(chǎn)安全運(yùn)行。

3.2 智能化技術(shù)的研究

研究數(shù)字化設(shè)計(jì)就是為研究智能化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，將知識(shí)圖庫(kù)、專家知識(shí)庫(kù)與智能化設(shè)計(jì)結(jié)合在一起，應(yīng)用大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的智能化。

4 結(jié)語(yǔ)

智能管道是長(zhǎng)輸管道項(xiàng)目的發(fā)展方向，研究數(shù)字化交付對(duì)智能管道研究意義深遠(yuǎn)，也是必經(jīng)之路。對(duì)項(xiàng)目工期，運(yùn)營(yíng)維護(hù)也產(chǎn)生不可替代的作用。