曾勇昭，文 彬，劉華冰，劉建華

(1 中國石化銷售股份有限公司廣西石油分公司，廣西 南寧 530020；2 天津中德工程設(shè)計有限公司，天津 300170)

近年來工程建設(shè)領(lǐng)域的數(shù)字化交付技術(shù)迅猛發(fā)展，已在化工、石化、電力、建筑等行業(yè)得到了較好的探索與應(yīng)用[1-3]，但針對油庫的數(shù)字化交付較少。針對數(shù)字化交付與安全環(huán)保管理結(jié)合的研究具有較大的創(chuàng)新和研究意義。在銷售油庫中開展數(shù)字化交付，將整體提升油品銷售企業(yè)安全環(huán)保管理水平，對企業(yè)減員增效，提高資產(chǎn)、設(shè)備、安全環(huán)保管理、應(yīng)急處置和運維水平具有重要價值。

2021年中國石化以廣西某新建油庫為試點，開展了銷售企業(yè)油庫數(shù)字化交付科研項目的研究。旨在積累適用于銷售油庫數(shù)字化交付的技術(shù)，探索數(shù)字化交付在安全、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文系統(tǒng)性地總結(jié)了數(shù)字化交付技術(shù)在廣西某油庫的應(yīng)用，并重點介紹了數(shù)字化交付技術(shù)在銷售油庫安全環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用實踐。

1 油庫數(shù)字化交付的意義

1.1 工程建設(shè)項目傳統(tǒng)交付存在痛點

油庫工程建設(shè)項目傳統(tǒng)交付是指紙質(zhì)文件交付和以簡單層次的電子化文件交付，包括電子圖紙、掃描文件等[4]。傳統(tǒng)交付方式過程繁雜，可視化效果差，整體效率低，交付數(shù)據(jù)難以復(fù)用，有如下痛點：

(1)信息孤島問題

油庫建設(shè)項目傳統(tǒng)交付過程中，存在信息孤島問題[5]。即設(shè)計、采購、施工、調(diào)試、運維數(shù)據(jù)分別孤立存在。油庫運維階段的生產(chǎn)控制系統(tǒng)、安全環(huán)保監(jiān)測報警系統(tǒng)(如可燃?xì)怏w監(jiān)測報警、周界報警、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、火焰探測系統(tǒng)等)相互獨立存在，缺乏信息綜合管理平臺打通各系統(tǒng)間的壁壘。

(2)無三維可視化效果

傳統(tǒng)的安全環(huán)保管理基于二維設(shè)計成果，設(shè)計意圖無法形象表達(dá)，多專業(yè)之間的集成融合度低，導(dǎo)致油庫的安全環(huán)保數(shù)字化管理總體水平提升空間巨大。

(3)油庫隱蔽工程成為油庫安全環(huán)保管理的痛點

埋地設(shè)備、埋地管道、埋地的建、構(gòu)筑物等設(shè)計和交付若采用傳統(tǒng)方式，很難讓設(shè)計、采購、施工、檢測等詳細(xì)信息得到良好的保存、保護(hù)和利用；給后期運行維護(hù)管理帶來困難和風(fēng)險。

(4)不適應(yīng)數(shù)字化時代變革和發(fā)展的需要

傳統(tǒng)安全環(huán)保管理因基于二維設(shè)計和交付模式，難以滿足數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下企業(yè)對安全環(huán)保信息存儲、傳遞、使用等需要[6]。

(5)無法開展安全、環(huán)保管理的智能化應(yīng)用開發(fā)

傳統(tǒng)設(shè)計與交付，無法建成虛擬數(shù)字化油庫載體，無法接收、集成油庫運行期間重要數(shù)據(jù)和信息，進(jìn)而難以實現(xiàn)安全環(huán)保數(shù)據(jù)集成分析、智能提示和輔助決策等功能。

1.2 數(shù)字化交付推動油庫安全環(huán)保管理水平的必要性

鑒于傳統(tǒng)的設(shè)計與交付存在上述諸多痛點，形成了油庫安全環(huán)保管理升級的瓶頸，為取得油庫安全環(huán)保管理水平突破，開展數(shù)字化交付和相應(yīng)智能應(yīng)用的開發(fā)勢在必行。當(dāng)前在能源、交通、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域均有較大程度的開展數(shù)字化交付和智能工廠的建設(shè)，作為石油化工行業(yè)下游的儲運環(huán)節(jié)，開展數(shù)字化交付的科研與實踐是補(bǔ)齊短板、推動整個行業(yè)數(shù)字化交付和數(shù)字化管理開發(fā)水平的重要一環(huán)。開展銷售油庫數(shù)字化設(shè)計和數(shù)字化交付科研探索，對于全國數(shù)以百計的其他油庫后續(xù)開展數(shù)字化交付、智能化提升工作，將提供重要實踐經(jīng)驗。

數(shù)字油庫在解決安全、環(huán)保信息的收集、存儲、檢索和應(yīng)用方面的以往面臨的困難方面具有優(yōu)勢，以數(shù)字油庫為基礎(chǔ)開發(fā)安全環(huán)保管理智能應(yīng)用能大幅提升油庫安全環(huán)保管理水平，為減員增效創(chuàng)造必要條件。數(shù)字油庫在安全環(huán)保管理方面的應(yīng)用包含油庫的應(yīng)急演練模擬、虛擬培訓(xùn)、應(yīng)急指揮、報警聯(lián)動、隱蔽工程信息管理等。

2 油庫數(shù)字化設(shè)計和數(shù)字交付的特點

銷售油庫是石油化工行業(yè)的重要一環(huán)，上游連接煉化企業(yè)，下游連接加油站，油庫油品的一次配送(由煉廠至油庫)一般由鐵路運輸、水路運輸和管道運輸構(gòu)成，油品的二次配送(由油庫至加油站)通常由汽車油罐車配送完成。由于石油化工行業(yè)末端的加油站分布于中國的每個城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，為實現(xiàn)物流配送的經(jīng)濟(jì)性和實效性，要求油庫的數(shù)量較多且分布廣泛。由于中國各區(qū)域和城市的數(shù)字化水平不同，因此銷售油庫的數(shù)字化應(yīng)用應(yīng)具有較強(qiáng)的普適性和實用性，且應(yīng)滿足不同區(qū)域不同銷售企業(yè)的數(shù)字化需求。

在數(shù)字化交付相關(guān)的三維建模軟件商國外有AVEVA公司的PDMS和E3D，Intergraph公司的PDS、SP3D和CADWorx，Bentley公司的AutoPlant和OPM，SIEMENS公司的Pipespec以及Autodesk公司的Plant3D；國內(nèi)有中科輔龍的PDSOFT、中維數(shù)通的ZWPD等[7]。這些三維數(shù)字化設(shè)計軟件在適用性和成本方面相差較大，PDMS、E3D以及PDS和SP3D等國外大公司大型三維軟件成本較高。

課題使用AVEVA公司的PDMS進(jìn)行三維建模，采用Intergraph公司的CADWorx P&ID進(jìn)行P&ID的繪制，并使用鷹圖(青島)軟件有限公司的多維融合數(shù)字工廠平臺LINTOP進(jìn)行了廣西某油庫數(shù)字化設(shè)計和數(shù)字化交付。打造了三維工程數(shù)據(jù)中心，為數(shù)字化安全環(huán)保管理智能應(yīng)用的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

3 油庫數(shù)字化交付內(nèi)容、技術(shù)

在廣西石油數(shù)字化交付課題中，數(shù)字化交付內(nèi)容包含設(shè)計數(shù)據(jù)、采購數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)的交付，并在此基礎(chǔ)上探索開發(fā)了安全、環(huán)保領(lǐng)域的重要應(yīng)用。

設(shè)計數(shù)據(jù)交付包含智能P&ID、PDMS三維模型、設(shè)計文檔等相關(guān)內(nèi)容，并按照設(shè)計數(shù)據(jù)數(shù)字化交付規(guī)定的要求進(jìn)行了規(guī)范處理。

采購數(shù)據(jù)的交付基于工廠對象清單收集整理，交付內(nèi)容包括采購設(shè)備的技術(shù)數(shù)據(jù)、文檔資料和采購設(shè)備的三維模型。

施工數(shù)據(jù)的交付基于工廠對象清單，收集交付了工廠對象的施工的屬性數(shù)據(jù)和文檔資料，還包括管道工程施工數(shù)據(jù)和設(shè)備組焊施工數(shù)據(jù)交付。

上述設(shè)計、采購和施工數(shù)據(jù)的交付奠定了油庫安全環(huán)保管理的基礎(chǔ)，為提升安環(huán)管理的數(shù)字化水平提供了可能。圖1為廣西石油某油庫開展數(shù)字化交付實踐的三維模型截圖。

圖1 廣西石油數(shù)字化交付罐區(qū)三維模型遠(yuǎn)景截圖Fig.1 The screenshot of 3D model of Guangxi petroleum digital delivery tank farm

4 油庫安全環(huán)保領(lǐng)域智能應(yīng)用的開發(fā)與應(yīng)用

數(shù)字化交付對石油企業(yè)的巨大吸引力來源于能夠基于數(shù)字化交付建立數(shù)字孿生油庫，進(jìn)而能夠開展豐富多彩的智能應(yīng)用開發(fā)，最終提升油庫的安全、健康和環(huán)境管理績效。

4.1 生產(chǎn)工藝和信息集成

銷售油庫內(nèi)的生產(chǎn)工藝和信息主要包含儲罐的液位、管道的流量、壓力、溫度、機(jī)泵及其他設(shè)備的運行狀態(tài)和閥門的開關(guān)狀態(tài)，這些實時生產(chǎn)信息在控制系統(tǒng)中存在，與其他的報警系統(tǒng)相對獨立。應(yīng)用數(shù)字化交付平臺的智能融合功能，已在廣西石油某油庫中實現(xiàn)了生產(chǎn)管理系統(tǒng)(MES)與數(shù)字化交付系統(tǒng)的融合，通過兩者的數(shù)據(jù)接口開發(fā)，已實現(xiàn)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)在數(shù)字化交付平臺中集成和集中展示。

此項集成工作具有重要的意義，使抽象的生產(chǎn)控制過程與三維模型和數(shù)字油庫之間實現(xiàn)孿生。使管理者和油庫操作人員能夠全方位快速了解設(shè)備靜態(tài)、動態(tài)信息。圖2是本課題所建數(shù)字孿生油庫大屏展示效果的截圖。

圖2 某數(shù)字油庫業(yè)務(wù)運行狀況大屏展示效果截圖Fig.2 The screenshot of a digital oil depot business operation status large screen display effect

4.2 視頻監(jiān)控集成

數(shù)字交付課題在廣西石油該油庫中，實現(xiàn)了數(shù)字化交付平臺通過調(diào)用視頻監(jiān)控系統(tǒng)的信號，從而能夠在三維數(shù)字油庫中集成顯示相關(guān)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了三維數(shù)字油庫與現(xiàn)實視頻監(jiān)控畫面的同屏顯示。生產(chǎn)監(jiān)控和運維調(diào)度人員能夠從虛擬油庫中快速準(zhǔn)確掌握油庫的全方位實際情況，這有助于提升了油庫生產(chǎn)、調(diào)度、安全和環(huán)保管理水平。

4.3 可燃?xì)怏w檢測報警信息集成

銷售油庫內(nèi)可燃?xì)怏w檢測報警系統(tǒng)是監(jiān)控重要環(huán)境因素的措施，是有效監(jiān)控介質(zhì)泄漏、避免事態(tài)擴(kuò)大的有效手段?？扇?xì)怏w檢測報警信息與數(shù)字油庫的結(jié)合，能夠使報警和風(fēng)險預(yù)警范圍進(jìn)行空間分布的模擬展示，從而使應(yīng)急指揮人員能夠科學(xué)、精準(zhǔn)開展應(yīng)急指揮和人員疏散。圖3為本課題實現(xiàn)可燃?xì)怏w檢測報警信息集成和風(fēng)險預(yù)警空間分布模擬的大屏展示效果。

圖3 可燃?xì)怏w檢測報警信息集成和風(fēng)險預(yù)警空間分布模擬的大屏展示效果截屏Fig.3 Large screen display effect screenshot of combustible gas detection alarm information integration and risk early warning spatial distribution simulation

4.4 安全信息集成與報警聯(lián)動

當(dāng)油庫內(nèi)出現(xiàn)報警信息時，數(shù)字化孿生油庫也將同步出現(xiàn)報警信息，并將油庫畫面實時調(diào)整到報警點位置，且將調(diào)取報警點附近的視頻監(jiān)控信號進(jìn)行實時展示。報警點附近的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和畫面都將迅速呈現(xiàn)在運維調(diào)度大屏中。此報警聯(lián)動功能，能夠使管理者第一時間通過平臺看到油庫的報警的全貌，對油庫提升安全環(huán)保管理具有重要價值。

4.5 綜合管網(wǎng)展示、監(jiān)控維護(hù)和油品流動展示

油庫內(nèi)的埋地管網(wǎng)(如油污水管道收集系統(tǒng)、油庫內(nèi)的部分埋地工藝管道)，是安全、環(huán)保管理的難點，對埋地管網(wǎng)的工程信息、實時運行信息的掌握是避免隱蔽隱患發(fā)展的重要措施。在廣西數(shù)字化交付課題中，通過對三維建模和傳感器數(shù)據(jù)的應(yīng)用，讓管理者能夠在平臺上準(zhǔn)確掌握埋地設(shè)施的種類、數(shù)量、空間位置和實時狀態(tài)。這有助于油庫實現(xiàn)對綜合管網(wǎng)的監(jiān)控，對油庫后期改造施工中動土與動火作業(yè)規(guī)避安全風(fēng)險將起到重要作用。圖4為銷售油庫內(nèi)埋地設(shè)備、埋地構(gòu)筑物和地下管網(wǎng)三維模型局部示意圖。

圖4 銷售油庫內(nèi)埋地設(shè)備、構(gòu)筑物和地下管網(wǎng)三維模型局部示意圖Fig.4 Local sketch map of three-dimensional model of buried equipment，structures and underground pipe network in oil depot

介質(zhì)在管道內(nèi)的流動效果的模擬，能夠形象展示油庫各項操作對應(yīng)的效果，對精準(zhǔn)、快速實施生產(chǎn)控制及避免誤操作具有重要價值。

4.6 人員定位和電子圍欄功能的實現(xiàn)

通過基于北斗信號的人員定位系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)銷售油庫內(nèi)人員的位置信息的準(zhǔn)確定位，通過數(shù)字孿生油庫同步展示人員的身份和位置信息，能夠使油庫加強(qiáng)對人員動態(tài)管理和智慧調(diào)度。數(shù)字化油庫中對人員、報警信息的集成后，借助制定的算法能夠虛擬劃定油庫的危險區(qū)域，當(dāng)人員進(jìn)入該危險區(qū)域時，將觸發(fā)虛擬數(shù)字油庫中的電子圍欄報警功能，從而能夠提示相關(guān)人員引起注意和避免誤入。

4.7 環(huán)境監(jiān)測管理

數(shù)字化交付平臺具有強(qiáng)大的信息集成功能，油庫內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)包含微型氣象站實時數(shù)據(jù)、油氣回收處理實時和歷史數(shù)據(jù)、油污水處理設(shè)備達(dá)標(biāo)外排水指標(biāo)、數(shù)量監(jiān)測等相關(guān)信息。通過數(shù)字化交付平臺集成環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)銷售油庫環(huán)境監(jiān)測管理功能，對加強(qiáng)達(dá)標(biāo)排放，提升油庫的環(huán)保合規(guī)具有重要價值。

4.8 應(yīng)急管理數(shù)字化

通過三維數(shù)字化交付平臺，集成油庫的應(yīng)急管理各項數(shù)據(jù)信息，全面、準(zhǔn)確、形象標(biāo)注應(yīng)急物資規(guī)格、數(shù)量、位置，對應(yīng)急情況下的快速指揮調(diào)度具有重要意義。在數(shù)字油庫中開展虛擬應(yīng)急演練，具有成本低，受限條件少，可重復(fù)多次開展等鮮明特點，有助于優(yōu)化應(yīng)急人員的指揮調(diào)度和人員疏散。此外，當(dāng)出現(xiàn)應(yīng)急情況時，虛擬油庫還將彈出事先集成在平臺內(nèi)的相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)而有助于油庫應(yīng)急處理。

4.9 人員培訓(xùn)和虛擬巡檢

數(shù)字化交付對于人員培訓(xùn)具有獨特優(yōu)勢，在虛擬油庫中，能夠?qū)ε嘤?xùn)對象進(jìn)行形象生動的培訓(xùn)，且能從任意視角查看油庫工廠對象。培訓(xùn)時對埋地隱蔽設(shè)施的介紹具有無可替代的優(yōu)勢。對儲罐和其他關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展示也是虛擬培訓(xùn)的重要優(yōu)勢?？墒故芘嘤?xùn)人員形象了解部分關(guān)鍵設(shè)備、閥門的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

此外通過數(shù)字孿生油庫進(jìn)行虛擬巡檢，能夠提高巡檢的頻次并降低人員勞動強(qiáng)度，通過虛擬巡檢路線上相關(guān)生產(chǎn)信息、安全、環(huán)保信息和視頻信號等實時數(shù)據(jù)的系統(tǒng)性檢查和比對，能夠起到對油庫虛擬巡檢效果，結(jié)合物理巡檢時的相關(guān)表單推送，能夠大大提高巡檢發(fā)現(xiàn)問題的上報應(yīng)急處理等效率和效果。

5 結(jié) 語

在國家大力推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字化建設(shè)的大背景下，廣西石油在銷售油庫率先開展的油庫工程數(shù)字化交付及部分智能應(yīng)用的開發(fā)，對銷售油庫領(lǐng)域具有較大的參考和借鑒價值。數(shù)字化交付技術(shù)對提升油庫安全、環(huán)保管理水平并整體提升現(xiàn)代油庫管理水平，提供了途徑和方法，必將引領(lǐng)一個新的方向。

當(dāng)前在廣西石油雖已在油庫內(nèi)開展了數(shù)字化交付的多項應(yīng)用，但數(shù)字孿生油庫的課題很大，智能應(yīng)用的舞臺很廣，集合各石油企業(yè)的具體需求，還有挖潛空間，如設(shè)備信息全生命周期管理、腐蝕管理、基于GIS的數(shù)字油庫集群建設(shè)等都有待進(jìn)一步探索。