李艦

大慶油田設(shè)計(jì)院有限公司

國(guó)家《中國(guó)制造2025》宏偉戰(zhàn)略的推出，加速了智能化工廠的不斷發(fā)展，越來越多的石油化工企業(yè)開始向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，數(shù)字化交付是加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化發(fā)展的必要手段。

數(shù)字化交付是以工程對(duì)象為核心，對(duì)工程項(xiàng)目建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)建直至移交的工作過程。數(shù)字化交付可實(shí)現(xiàn)對(duì)資產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)真正意義上的全面管控[1-2]。通過數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)以更低的成本輔助工程建設(shè)、安全、生產(chǎn)運(yùn)維和管理，相比傳統(tǒng)工程項(xiàng)目交付方式，數(shù)字化交付不僅交付數(shù)據(jù)，同時(shí)交付價(jià)值。數(shù)字化工廠是通過數(shù)字化交付形成的無形資產(chǎn)，它不僅是一個(gè)數(shù)據(jù)集成的平臺(tái)，更是一個(gè)信息瀏覽的端口、數(shù)據(jù)應(yīng)用的平臺(tái)、輔助決策的工具，支持施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、擴(kuò)建、檢修和維修，為更科學(xué)、更高效的工程建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)行創(chuàng)造條件。

數(shù)字化交付具有自身業(yè)務(wù)特點(diǎn)，前期探索中已積累了一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，現(xiàn)需制定一套更為完整、科學(xué)、合理的數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)體系和實(shí)施方法。大慶油田自2018 年起，在全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開始了對(duì)數(shù)字化交付相關(guān)技術(shù)的研究和探索。本文依托數(shù)字化交付典型站場(chǎng)南I-1 聯(lián)合站擴(kuò)改建工程，對(duì)設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討。

1 數(shù)字化交付總體技術(shù)方案

全生命周期的數(shù)字化交付涵蓋了設(shè)計(jì)、采購、施工等階段，數(shù)字化交付整體技術(shù)路線如圖1 所示。在工程設(shè)計(jì)期，數(shù)字化交付通過全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)的方式，以站場(chǎng)設(shè)施為核心對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購與施工建設(shè)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行移交，并依托可視化綜合信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工藝、電力、自控、配管等專業(yè)工程信息自動(dòng)傳遞[3]；工程建設(shè)期，大慶油田通過油田自建的“基建運(yùn)行管理系統(tǒng)”、“智慧工地系統(tǒng)”接口，實(shí)現(xiàn)三維模型、設(shè)計(jì)圖紙、采購文件、施工記錄全面關(guān)聯(lián)集成。

圖1 大慶油田數(shù)字化交付整體技術(shù)路線Fig.1 Overall technical route for digital delivery in Daqing Oilfield

全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付的方法和前端，大慶油田設(shè)計(jì)院采用的協(xié)同設(shè)計(jì)是工藝、電力、自控等專業(yè)利用COMOS 軟件完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并將數(shù)據(jù)傳遞到PDMS（工廠三紡布置設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)）軟件，配管、電力、自控等專業(yè)以COMOS上的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù)，在PDMS軟件上完成布置設(shè)計(jì)并和Solidworks、Revit 模型合模后形成最終的站場(chǎng)三維模型。協(xié)同設(shè)計(jì)成果包括智能P&ID、三維模型、設(shè)計(jì)文檔和屬性，通過系統(tǒng)交付的形式，在交付平臺(tái)上集成與關(guān)聯(lián)交付給業(yè)主。

設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付的實(shí)施成果是后續(xù)采購、施工階段數(shù)字化交付以及項(xiàng)目全生命周期運(yùn)維管理的數(shù)字基座。在設(shè)計(jì)交付階段，通過對(duì)三維模型和智能P&ID 進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)以工程對(duì)象為核心的二三維聯(lián)動(dòng)以及設(shè)計(jì)屬性的關(guān)聯(lián)。在文檔關(guān)聯(lián)方面，通過建立關(guān)聯(lián)關(guān)系表格，實(shí)現(xiàn)文檔與三維模型、數(shù)據(jù)、屬性的關(guān)聯(lián)。最終設(shè)計(jì)文檔中涉及的每個(gè)工程對(duì)象都能一致地對(duì)應(yīng)所在的三維模型、智能P&ID和設(shè)計(jì)屬性。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)的建立是數(shù)字化交付的依據(jù)和準(zhǔn)則，對(duì)照Q/SY 01015—2022《油氣田地面工程數(shù)字化交付規(guī)范》，在設(shè)計(jì)階段建立的數(shù)字化交付相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要有《數(shù)字化交付策略》《工程對(duì)象類及屬性定義》《數(shù)字化交付編碼規(guī)定》《設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付內(nèi)容規(guī)定》，并對(duì)針對(duì)質(zhì)量管理建立了《數(shù)字化交付質(zhì)量管理方案》。

《數(shù)字化交付策略》是數(shù)字化交付管理體系的總則，包含交付原則、交付內(nèi)容、交付形式和交付過程。通過建立交付策略，統(tǒng)籌策劃了數(shù)字化交付工作，實(shí)現(xiàn)了以工廠對(duì)象為核心的標(biāo)準(zhǔn)化移交，保證了數(shù)字化信息的一致、準(zhǔn)確和完整?！豆こ虒?duì)象類及屬性定義》是數(shù)字化交付的基礎(chǔ)規(guī)范，包含交付信息和交付基礎(chǔ)等內(nèi)容。通過定義油田站場(chǎng)的工程對(duì)象類別及屬性，明確了設(shè)計(jì)交付階段工程對(duì)象所屬類別以及工程對(duì)象所需交付屬性的內(nèi)容、級(jí)別和來源?！稊?shù)字化交付編碼規(guī)定》是油田站場(chǎng)工程對(duì)象位號(hào)、設(shè)計(jì)文件等相關(guān)工程材料編制編碼的依據(jù)，通過對(duì)位號(hào)、圖紙文件等工程材料編制唯一編碼，保證各個(gè)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)高效傳遞?！对O(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付內(nèi)容規(guī)定》規(guī)范和指導(dǎo)了油田站場(chǎng)設(shè)計(jì)階段的數(shù)字化交付方法，明確設(shè)計(jì)文檔的交付范圍、編號(hào)、格式和屬性以及三維模型和智能P&ID 的設(shè)計(jì)內(nèi)容、深度、繪制要求。在《數(shù)字化交付質(zhì)量管理方案》中規(guī)定了設(shè)計(jì)階段質(zhì)量審核范圍、審核流程、質(zhì)量檢測(cè)點(diǎn)、質(zhì)量管理的保障措施，保障了設(shè)計(jì)階段交付成果的質(zhì)量。

3 全專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

3.1 主要工作內(nèi)容

全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)是實(shí)施數(shù)字化交付的前提條件，包含工藝、電力、自控專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)協(xié)同和配管、電力、通信、自控等專業(yè)的布置設(shè)計(jì)協(xié)同。通過對(duì)設(shè)計(jì)成果進(jìn)行二三維校驗(yàn)和布置協(xié)同校驗(yàn)，保障了二三維數(shù)據(jù)的一致性和模型的完整性。全專業(yè)三維協(xié)同設(shè)計(jì)為數(shù)字化交付提供了重要的原生數(shù)據(jù)，提高了數(shù)字化交付的質(zhì)量和效率。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)依托COMOS 軟件，采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使工藝專業(yè)與自控專業(yè)在同一平臺(tái)上、同一數(shù)據(jù)庫內(nèi)完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并傳遞數(shù)據(jù)到布置設(shè)計(jì)階段[4]。在布置設(shè)計(jì)階段，COMOS 軟件通過二三維數(shù)據(jù)傳遞的方式向AVEVA PDMS 軟件傳遞數(shù)據(jù)，配管、電力、自控、通信等專業(yè)在PDMS 上接收數(shù)據(jù)后開展三維設(shè)計(jì)[5]。土建、暖通、給排水等專業(yè)使用Revit 軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，機(jī)械專業(yè)使用Solidworks 軟件進(jìn)行模型建模工作。各專業(yè)模型完成后，通過模型處理軟件進(jìn)行模型合模。

3.2 二三維校驗(yàn)

二三維校驗(yàn)是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布置設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行一致性檢查。校驗(yàn)時(shí)先對(duì)每張需要校驗(yàn)的圖紙編號(hào)并建立圖紙查詢，再打開相應(yīng)軟件完成不同軟件間的數(shù)據(jù)傳遞，數(shù)據(jù)完成流轉(zhuǎn)后對(duì)二三維數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、匹配關(guān)聯(lián)，對(duì)于有問題的數(shù)據(jù)返回相關(guān)設(shè)計(jì)人修改（圖2）。二三維校驗(yàn)增強(qiáng)了工藝專業(yè)和配管等專業(yè)間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，保證了二三維數(shù)據(jù)的一致和準(zhǔn)確性，提高了校核效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量[6]。

圖2 二三維校驗(yàn)過程Fig.2 Process of two and three dimensional checking

3.3 布置協(xié)同校驗(yàn)

布置協(xié)同校驗(yàn)是對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)階段多專業(yè)繪制的三維模型進(jìn)行校驗(yàn)核查。校驗(yàn)時(shí)將多專業(yè)不同格式的三維模型導(dǎo)入模型融合軟件后修正模型的坐標(biāo)信息，進(jìn)一步檢查模型是否有碰撞并形成校驗(yàn)報(bào)告（圖3）。布置協(xié)同校驗(yàn)保障了模型的準(zhǔn)確性和完整性，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)、漏、碰、缺等問題，有效降低了施工成本，保證了施工質(zhì)量。

圖3 布置協(xié)同校驗(yàn)過程Fig.3 Process of layout collaborative checking

4 設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付

4.1 技術(shù)路線

設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付包含設(shè)計(jì)交付前平臺(tái)基礎(chǔ)定制、文檔交付、工程對(duì)象解析、二三維核驗(yàn)和關(guān)聯(lián)關(guān)系定制五個(gè)步驟。以工程對(duì)象為核心，將滿足交付深度和質(zhì)量要求的智能P&ID、三維模型、設(shè)計(jì)圖紙、文檔和屬性信息上傳交付平臺(tái)并完成數(shù)據(jù)、信息間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)與工廠三維模型的有機(jī)結(jié)合，為后續(xù)采購、施工階段數(shù)字化交付以及項(xiàng)目全生命周期運(yùn)維管理打造數(shù)字基座，設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付技術(shù)路線見圖4。

圖4 設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付技術(shù)路線Fig.4 Design stage digital delivery technical route

4.2 設(shè)計(jì)交付前平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)置

從設(shè)計(jì)交付角度出發(fā)，需根據(jù)大慶油田數(shù)字化交付相關(guān)規(guī)定完成平臺(tái)交付基礎(chǔ)的定制，主要包括類庫和屬性的定義以及WBS 分解結(jié)構(gòu)（圖5）。類庫是描述工程對(duì)象的信息組織結(jié)構(gòu)，包括了工程對(duì)象類、屬性文檔等，同類別的工程對(duì)象具有相同的屬性定義。在實(shí)施數(shù)字化交付前需根據(jù)《工程對(duì)象類及屬性定義》在交付平臺(tái)上完成相應(yīng)設(shè)置。WBS分解結(jié)構(gòu)是反映工程對(duì)象的樹狀結(jié)構(gòu)，項(xiàng)目按照WBS 分解立項(xiàng)。按照區(qū)域、單元的編號(hào)將管道、閥門、設(shè)備和儀表位號(hào)等自動(dòng)引用到對(duì)應(yīng)區(qū)域并確定引用深度[7]。

圖5 設(shè)計(jì)交付前平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)置Fig.5 Basic platform settings before design delivery

4.3 工程對(duì)象解析和二三維核驗(yàn)

COMOS P&ID 和三維模型中的工程對(duì)象以及工程對(duì)象所帶的屬性均有各自的定義方式[8]。工程對(duì)象解析是將原始數(shù)據(jù)中的工程對(duì)象及屬性轉(zhuǎn)換成數(shù)字化交付平臺(tái)類庫的呈現(xiàn)方式。通過編制解析文件，將導(dǎo)出的圖紙、模型文件轉(zhuǎn)化成解析成果文件，上傳平臺(tái)后進(jìn)行解析、驗(yàn)證，核驗(yàn)二三維校驗(yàn)結(jié)果。通過工程對(duì)象解析實(shí)現(xiàn)以工程對(duì)象為核心的二三維聯(lián)動(dòng)。

4.4 文檔及屬性上傳交付平臺(tái)

文檔交付是在數(shù)字化交付平臺(tái)對(duì)應(yīng)層級(jí)及目錄樹下將初設(shè)、施工圖設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的設(shè)計(jì)文檔、文檔屬性上傳平臺(tái)交付給用戶。將全專業(yè)文檔結(jié)合文件編碼目錄整理上傳到平臺(tái)相應(yīng)位置，根據(jù)文件編碼規(guī)定填寫屬性表格，上傳至交付平臺(tái)后交付給用戶（圖6）。文檔交付實(shí)現(xiàn)了文檔按照專業(yè)、類別、區(qū)域單元等多種方式的快速檢索。

圖6 文檔交付Fig.6 Document delivery

4.5 文檔關(guān)聯(lián)

文檔關(guān)聯(lián)是將設(shè)計(jì)文檔與智能P&ID 和三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。具體是為收集的各專業(yè)設(shè)計(jì)文件編制文件編碼，在確定了工程項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)關(guān)系范圍后，將編制的關(guān)聯(lián)關(guān)系表格上傳平臺(tái)完成關(guān)聯(lián)（圖7）。通過文檔關(guān)聯(lián)完成智能P&ID、三維模型和文檔的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了基于虛擬資產(chǎn)文檔管理，創(chuàng)建了一種面向資產(chǎn)角度對(duì)文檔的描述，更加自然、真實(shí)反映文檔存儲(chǔ)及管理的本質(zhì)，提供了快捷、高效訪問文檔的手段[9]。

圖7 關(guān)聯(lián)關(guān)系定制Fig.7 Associated relationship setting

4.6 配套管理

隨著對(duì)數(shù)字化交付認(rèn)識(shí)的不斷深入，在總結(jié)不同類型站場(chǎng)數(shù)字化交付實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過對(duì)設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付做法的探索和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)全面提升交付質(zhì)量和交付效率（圖8），主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一是自主編制軟件，提升工作自動(dòng)化程度；自主開發(fā)檔案號(hào)轉(zhuǎn)文件編碼工具，輔助數(shù)字化交付項(xiàng)目文檔管理人員將檔案號(hào)快速轉(zhuǎn)化為文件編碼。二是編制交付實(shí)施手冊(cè)，規(guī)范實(shí)施流程，明確工作內(nèi)容，提升人員業(yè)務(wù)水平。

圖8 輔助軟件和實(shí)施手冊(cè)Fig.8 Assist software and implementation manuals

5 工程數(shù)字化交付實(shí)施

南I-1 聯(lián)合站擴(kuò)改建工程是大慶油田首座伴隨式數(shù)字化交付轉(zhuǎn)油站，全站主要由工藝、電力系統(tǒng)組成，采用“三合一”處理工藝，按照數(shù)字化油田標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。工程設(shè)計(jì)階段采用多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，同步開展二三維校驗(yàn)及布置協(xié)同校驗(yàn)。設(shè)計(jì)交付階段對(duì)交付精度和模型繪制深度進(jìn)行了升級(jí)，如儀表專業(yè)根據(jù)項(xiàng)目情況分類篩選，儀表代碼關(guān)聯(lián)更加精準(zhǔn)；室內(nèi)管架及室外管廊均采用Revit 建模，可輔助及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力、儀表、配管共架時(shí)的碰撞問題，模型更加精細(xì)；補(bǔ)充管墩埋地部分模型和弧板支吊架庫并避免與管線之間的碰撞，模型更加規(guī)范、完整（圖9）。該工程復(fù)用了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成果，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)快速轉(zhuǎn)化為交付成果的技術(shù)進(jìn)行了探索。

圖9 南Ⅰ-1聯(lián)合站擴(kuò)改建工程三維模型Fig.9 3D model of the expansion and reconstruction project of NanI-1 Multi-purpose Station

通過對(duì)該工程實(shí)施數(shù)字化交付，完成了文檔、智能P&ID、三維模型、屬性及材料等信息的交付；保證了數(shù)據(jù)的同源、一致和完整；實(shí)現(xiàn)了基于工程對(duì)象的設(shè)計(jì)文件在線預(yù)覽、多專業(yè)模型整合、三維模型展示、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)預(yù)覽、文件檢索、在線協(xié)同審查等功能；設(shè)計(jì)階段交付的三維模型是全生命周期數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)基座，在采購施工發(fā)生變更后可作為竣工模型的輸入條件，在采購和施工過程中同樣得到深度應(yīng)用，例如可利用三維模型定制開發(fā)4D 施工進(jìn)度管理功能，為項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度計(jì)劃的編制實(shí)施及變更提供重要依據(jù)，在項(xiàng)目建造前期指導(dǎo)施工、中期把控施工、后期校核施工，推動(dòng)建設(shè)項(xiàng)目精細(xì)化管理[10]。

6 結(jié)束語

設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付是數(shù)字化交付實(shí)施的第一步，設(shè)計(jì)交付的成果為油田站場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)維、設(shè)備資產(chǎn)管理、故障維修、虛擬巡查巡檢、智能運(yùn)維可視化提供堅(jiān)實(shí)保障。大慶油田現(xiàn)階段在設(shè)計(jì)交付方面具備一定的基礎(chǔ)，下一步將針對(duì)不同類型站場(chǎng)明晰交付目標(biāo)，制定不同的交付策略和規(guī)則，形成相應(yīng)的交付管理辦法，明確各類站場(chǎng)設(shè)計(jì)階段交付流程，提高設(shè)計(jì)階段數(shù)字化交付效率；將針對(duì)不同形式的交付成果，例如標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)成果如何與現(xiàn)行的設(shè)計(jì)交付做法有效結(jié)合，多平臺(tái)間的同類設(shè)計(jì)成果如何匹配融合以及橇裝設(shè)備數(shù)字化交付實(shí)施和管理方法等方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究，為全生命周期的數(shù)字化建設(shè)及油田站場(chǎng)的智能化運(yùn)維奠定基礎(chǔ)。