楊曉娟(中煤西安設(shè)計工程有限責任公司,陜西 西安 710054)
隨著數(shù)字化和信息化的發(fā)展,“數(shù)字化工廠”的概念越來越被各行各業(yè)所接受,在石油石化、發(fā)電、汽車、航空航天、海事等行業(yè),數(shù)字化建設(shè)經(jīng)過多年的發(fā)展和應(yīng)用,行業(yè)制定了一些列數(shù)字化移交規(guī)范,基本實現(xiàn)了生產(chǎn)運行數(shù)字化、資產(chǎn)管理信息化,建設(shè)一個真正意義的“數(shù)字化工廠”漸漸成為各行業(yè)所追逐的目標。隨著相關(guān)行業(yè)對“數(shù)字化工廠”的探索越來越深,對于其他行業(yè)的數(shù)字化和信息化的發(fā)展也起著越來越積極的推動作用,尤其是礦井水處理行業(yè),其工藝特點和石油化工、發(fā)電行業(yè)有較大的相似性,可以借鑒石油化工、發(fā)電行業(yè)的先進經(jīng)驗,探索出屬于自己的一條“數(shù)字化交付”和“數(shù)字化工廠”道路。
在傳統(tǒng)的交付模式中,業(yè)主收到的資料一般有設(shè)計圖紙、廠家資料、安裝驗收資料等種類繁多的電子文件和紙質(zhì)文件,之所以要對如此多的資料進行收集和歸檔,最重要的還是為了能在運維過程中及時的調(diào)用。然而,在實際運營中,運營人員所針對的對象一般是運行過程中產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù),當需要與基礎(chǔ)靜態(tài)數(shù)據(jù)相結(jié)合時,往往需要花費大量的時間在各種繁雜的文件中進行檢索。
與之相比,數(shù)字化交付貫穿工廠全生命周期的過程,最終交付的是一個在計算機系統(tǒng)中智能關(guān)聯(lián)的虛擬工廠。該虛擬工廠打通了工廠全生命周期的數(shù)據(jù)流,為工廠的安全管理、運行、維護、改擴建、退役提供規(guī)范、合理、準確的數(shù)據(jù)支撐。
區(qū)別于傳統(tǒng)交付模式,數(shù)字化交付需要一個嚴謹?shù)脑O(shè)計和交付過程,以“工廠對象”為核心,將工程設(shè)計、采購、施工、制造、安裝等階段的數(shù)據(jù),進行結(jié)構(gòu)化處理,建立網(wǎng)狀關(guān)系數(shù)據(jù)庫,存儲于工廠數(shù)據(jù)中心,并基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口完成數(shù)據(jù)交付[1]。其流程如圖1所示。
圖1 數(shù)字化交付程序圖
建設(shè)方在項目前期開展大量工作,制定數(shù)字化交付的規(guī)范,以明確各方職責、交付范圍、交付內(nèi)容、交付方式等。
各承包商確定各自的交付范圍和交付內(nèi)容。
各承包商確定軟件平臺、組建專業(yè)團隊,有序開展工作,根據(jù)項目建設(shè)情況及時更新相關(guān)數(shù)據(jù),分階段向業(yè)主提供相關(guān)模型和信息。
貫穿工廠全生命周期,交付一個所有數(shù)據(jù)智能關(guān)聯(lián)的虛擬工廠。
該項目為中煤能源集團某煤化工EPC項目的礦井水處理系統(tǒng),包含4個水處理裝置,分別為:循環(huán)水裝置、脫鹽水裝置、濃鹽水裝置和回用水裝置[2]。
項目涉及的專業(yè)有化學水處理、給排水、暖通、結(jié)構(gòu)、建筑、總圖、電氣、熱控等十余個專業(yè)。
為了保證工程數(shù)據(jù)的一致性、準確性、完整性和關(guān)聯(lián)性,該項目制定了一系列的數(shù)字化交付規(guī)范,主要有:《數(shù)字化交付內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)定》《主項編碼一覽表》《項目編碼規(guī)定》等。
在這些規(guī)范中,對交付范圍、工廠對象屬性、三維模型、智能P&ID、電子文檔等的交付要求進行了詳細規(guī)定。
該項目的交付內(nèi)容主要有工程對象分類屬性表、智能P&ID圖紙、三維模型、非結(jié)構(gòu)性文檔,并建立各類工程數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,通過結(jié)構(gòu)化的組織和展示,最終交付一個以“工廠對象”為核心,包含設(shè)計、采購、施工、試車和項目管理的工程數(shù)據(jù)的靜態(tài)數(shù)據(jù)集成平臺。數(shù)字化交付內(nèi)容關(guān)系圖如圖2所示。
圖2 數(shù)字化交付內(nèi)容關(guān)系圖
3.4.1 工廠對象分類屬性
傳統(tǒng)設(shè)計中,各專業(yè)間傳遞設(shè)計數(shù)據(jù)多通過圖紙、EXCEL表等方式進行,由于數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一,容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯漏的問題。為解決這些問題,需要在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺上進行數(shù)據(jù)管理和交互。該項目中采用AVEVA Engineering作為數(shù)據(jù)管理平臺,以《工廠對象分類屬性表》為模板,創(chuàng)建了所有工程對象類型和完備、規(guī)范的屬性信息,并以工廠對象位號為鏈接,建立工程對象和屬性信息間的邏輯關(guān)聯(lián),從而實現(xiàn)對整個項目的設(shè)計數(shù)據(jù)進行有效的管理[3]。
3.4.2 智能P&ID圖紙
該項目中采用AVEVA Diagrams繪制智能P&ID圖紙,通過制定P&ID的編碼規(guī)則、定制標準圖框、創(chuàng)建標準圖例庫,能夠使P&ID圖紙標準化、規(guī)范化。
在繪圖的過程中,數(shù)據(jù)庫中會自動生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)對象,以文件夾結(jié)構(gòu)進行存放。數(shù)據(jù)庫能夠保存項目中所有P&ID的數(shù)據(jù),能夠?qū)崿F(xiàn)整個項目二維邏輯模型的定義。對于跨越多張圖紙的管道,Diagrams的智能跨圖連接符號可以實現(xiàn)自動跳轉(zhuǎn),方便查看與檢查。P&ID圖紙繪制完成后還可以對其進行一致性檢查,以保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性,提高設(shè)計質(zhì)量。
對一致性檢查完畢的P&ID圖紙進行發(fā)布后,可以與三維模型、工廠對象分類屬性通過位號進行關(guān)聯(lián),共享系統(tǒng)管理和報表生成功能。
3.4.3 三維模型
該項目采用 PDMS作為多專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計的平臺,通過元件庫和材料等級為整個管道系統(tǒng)建立詳細的管道模型,并基于管道模型自動生成布置圖、軸測圖和材料清單;通過與管道應(yīng)力分析程序集成,進行管道應(yīng)力分析;通過與支吊架設(shè)計軟件的集成,并結(jié)合管道應(yīng)力分析結(jié)果,進行實體支吊架詳細設(shè)計;根據(jù)項目要求進行管道保溫設(shè)計。
在二維設(shè)計中,水處理行業(yè)并沒有“材料等級”的概念,因此,在數(shù)字化交付的工作中,首先要做的就是材料等級的梳理,然后根據(jù)材料等級創(chuàng)建元件庫和等級庫,最后通過調(diào)用材料等級來開展管道建模工作。
該項目設(shè)備模型有3種建模方式:(1)廠家提供符合交付要求的三維模型,可直接導入到PDMS中;(2)沒有廠家模型的部分,能夠用基本體搭建的,如罐體,使用PDMS直接建模;(3)沒有廠家模型的復(fù)雜設(shè)備,使用達索的3DE平臺建模。
土建模型使用PDMS土建模塊建立,主要用于其他專業(yè)的定位參考、碰撞檢查和布置出圖。
該項目還對各類儀表、儀表閥、控制閥、操作柱、配電箱以及電氣和儀表電纜橋架等進行了建模。
3.4.4 非結(jié)構(gòu)性文檔
該項目收集了項目建設(shè)過程中的電子文檔資料,包括設(shè)計階段、采購階段和施工階段的電子文檔。設(shè)計階段的模型、數(shù)據(jù)、圖紙、計算書,采購階段的安裝清單、使用說明書、質(zhì)量證明文件,施工階段的各種施工記錄、實驗報告、驗收報告等均屬于交付的范疇。為便于檢索,將數(shù)據(jù)進行處理并與工程對象關(guān)聯(lián),分階段上傳至NET平臺[4]。
3.4.5 可視化靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心
經(jīng)過以上幾個步驟,所有工程對象及信息通過數(shù)據(jù)庫技術(shù),按照工廠對象位號與模型、P&ID圖紙、非結(jié)構(gòu)性文檔自動關(guān)聯(lián),實現(xiàn)一維數(shù)據(jù)、二維圖形、三維模型的有機融合,最終形成一個可視化靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心。能夠在同一個界面中查詢模型、圖紙、文檔及工程對象屬性,并且所有信息都是相互關(guān)聯(lián)的,可以相互跳轉(zhuǎn)。可視化靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心導航樹如圖3所示。
圖3 可視化靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心導航樹
在資產(chǎn)中心的導航樹中可以查看全廠的所有數(shù)據(jù),也可以單獨查看某個裝置的數(shù)據(jù)。
導航樹以5個維度來組織數(shù)據(jù)。
(1)可以按三維模型瀏覽,展開后能在導航樹上按照工廠對象的位號來查看具體對象。
(2)可以按模型結(jié)構(gòu)瀏覽資產(chǎn),該結(jié)構(gòu)與PDMS中的保持一致,該項目是按專業(yè)來構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)的。
(3)可以按資產(chǎn)類型查看工廠對象,該部分是按照《工廠對象分類屬性表》來分類的。
(4)可以按項目的階段來查看非結(jié)構(gòu)性文檔,分為采購階段、設(shè)計階段、施工階段。每個階段中按照交付要求將文檔分類關(guān)聯(lián)。
(5)可按文檔類型來瀏覽非結(jié)構(gòu)性文檔。
除了能在導航樹中直接查看數(shù)據(jù)外,還可以在位號一覽頁直觀地看到與該位號相關(guān)聯(lián)的所有信息,如屬性表、P&ID圖紙、文檔、三維模型等信息。
另外,可視化靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心還提供了便捷的搜索功能,可以通過詳細搜索和模糊搜索查看工廠對象及其相關(guān)聯(lián)的所有信息。同時,可以根據(jù)需要生成報表。
該礦井水處理項目交付的靜態(tài)數(shù)據(jù)集成平臺集成了工程建設(shè)過程中產(chǎn)生的設(shè)計、采購、施工和項目管理中的工程數(shù)據(jù),通過智能P&ID、三維模型和智能文檔等方式,建立了工程數(shù)據(jù)的全關(guān)聯(lián),可以通過導航樹查看、三維模型導航、智能查找和智能報表等多種方式展現(xiàn)。為工廠的安全管理、運行、維護、改擴建、退役提供了規(guī)范、合理、準確的數(shù)據(jù)支撐[5]。
在未來的工作中,我們將致力于推進BIM相關(guān)工作向行業(yè)進行推廣,使更多的專業(yè)在三維環(huán)境中進行協(xié)同設(shè)計,提高設(shè)計質(zhì)量和效率;同時,將延伸“數(shù)字化交付”的鏈條,將運維管理納入的“數(shù)字化交付”范疇,在目前已經(jīng)完成的靜態(tài)數(shù)據(jù)資產(chǎn)可視化集成的基礎(chǔ)上,將運營期的動態(tài)數(shù)據(jù)也進行集成,構(gòu)建企業(yè)可視化數(shù)據(jù)資產(chǎn)中心,并與智能化運維相結(jié)合,為業(yè)主提供數(shù)字化、智能化運營管理模式。