石油化工数字化工厂BIM应用探索

缪维

(中石化第四建设有限公司，天津 300270)



石油化工数字化工厂BIM应用探索

缪维

(中石化第四建设有限公司，天津 300270)

针对石油化工厂朝着大型化、集约化、智能化的发展，介绍了石油化工数字化工厂的发展现状及面临问题，阐述了建筑信息模型(BIM)技术认知、BIM技术应用的价值，并从BIM技术的标准建设、组织体系、人才培育和资金投入等方面提出了数字化工厂BIM应用建议，为促进石化企业转型升级进行有益探索。

建筑信息模型石油化工数字化工厂智慧建设

“中国制造2025”战略是中国为进入世界“制造强国”行列而提出的一项行动纲领，为石油化工行业加快推动信息化与工业化的深度融合指明了方向。近年来，世界范围内石油化工、新能源、替代能源技术不断进步，特别是中国的石油化工工程建设朝着大型化、集约化、智能化的方向蓬勃发展。以建筑信息模型BIM(building information modeling)技术为载体的模块化设计、数字化加工、装配化施工的智慧建设模式将为建设石油化工数字化工厂提供有效的技术手段，创造性地将大数据、生产管控等软件和制造技术的“硬件”结合起来，从根本上改善设计、建设和生命周期管理的石油化工产业过程，对促进企业转型升级具有深远意义。

1　石油化工数字化工厂发展现状及面临问题

“两化”融合的不断推进将有力促进石化行业的转型升级，整个行业上、中、下游各业务领域及各产业价值链的关联度将更加密切，大型石化企业更需要实现上、中、下游产业的一体化协同发展。目前，大型石化企业逐步开始数字化工厂项目应用，由于数字化工厂贯穿整个石化企业从设计、建设、生产到运营管理的全过程，它不是一个独立的系统，而是多个产业链环节中不同应用系统的整合，需要打破各自独立的信息化系统的隔离，在信息安全的基础上实现最大范围的互联互通。然而，处于石化产业价值链前端的工程设计和建设企业虽然已逐渐引入并应用了BIM技术，但尚未达到构建以BIM技术为支撑的信息化、精细化和协同化的现代管理模式，工程项目的数字化集成交付远未实现。深化石化行业智慧建设迫切需要以石化生产企业数字化工厂应用来拉动工程设计和建设企业的智慧建设能力和水平。

1.1工程设计和企业的智慧建设新模式进程

20世纪末到21世纪初，石化工程设计企业应用AutoCAD技术和Intergraph等公司的3D建模技术，精确设计能力得以大幅提高，模块化设计成为必然。石化工程建设企业也纷纷引入Tekla Structures等3D建模软件，在项目现场建立大型工厂化的混凝土构件、钢结构和管道构件预制厂，积极推进装配式施工新模式，有效解决了传统施工模式产生大量工业垃圾、工程质量和安全管理难度大及钢材与混凝土等建设材料浪费严重等诸多问题。然而，工程设计和施工环节的信息交流和传递效率低下，整个工程建设各环节的关联性弱，物流、仓储、安装等配套发展不平衡，成为阻碍模块化设计与装配式施工相结合的智慧建设新模式的发展瓶颈，大型石化工程项目数字化集成交付目标远未达成。

1.2多方参与管理的项目协同工作平台亟需形成

随着石化工程设计和建设企业越来越多地参与国际工程建设，项目参与方众多，项目成员归属于不同的国家、组织和地域，传统的项目管理信息化系统已无法满足项目的跨组织协作需求，如跨境、跨企业的成员管理和授权、跨防火墙的外网访问等，项目团队不得不利用QQ、公共邮箱、FTP等工具来共享项目文件，这种离散的信息共享模式效率较低、安全隐患大，容易造成各方获得的文件版本不一致以及项目文件易被非授权人获取等问题。相对于工程建设的直接参与方，石化生产企业作为业主通常缺乏对设计和施工流程的洞察途径和手段，不能实时了解在建项目的状态，直到问题暴露时才进行干预和解决，为时已晚。支持石化工程业主、设计、施工和供应商之间的全球协同工作和共享信息的综合协同工作平台亟需形成。

1.3数字化工厂一体化设计施工缺乏统一标准

“数字化工厂”是集三维立体技术、模拟仿真、调度优化和控制优化于一身的综合技术，它不是一个独立的系统，而是多个应用系统的整合： 在系统集成过程中，大量信息和数据内容需要进行标准化，例如基本参考模型、术语、语义、服务架构、特性和结构描述；在管理复杂系统中的规划模型、仿真模型、模型形式化描述、一致性、互操作性、接口等；在为工业建立宽频基础设施中的通信协议、时钟同步、可靠性、可用性、实时性等；在安全保障中的安全标识、本质安全、功能安全、工业信息安全等；资源利用效率中的设备能效、系统能效、能效KPI(关键性能指标)、实时优化、绿色标识等。

当前，国内石油化工数字化工厂的现状还仅限于生产企业对工厂现有装置的三维模拟和生产过程管理的协同优化。现有装置的三维模拟是数字化工厂实施的先决条件，目前只能由生产企业自行按照二维设计建设图纸重新构建全厂装置、设备的三维模型，仅有很少部分能够从工程设计建设中产生的三维模型进行转化。另外，工程设计文档(电子PID图，CAD图)集成的数据量巨大、类型庞杂，需要投入大量的人力、物力和时间，极大制约了石化行业数字化工厂应用进程。将数字化工厂向前延伸至设计、建设阶段，实现数字化工厂的一体化设计施工交付和上、中、下游产业的一体化协同发展，迫切需要统一的标准体系来协同多专业、多学科、多单位、多部门作业，方能实现一个完善的数字化工厂系统。

2　BIM技术

从国际BIM软件领军企业Autodesk，Bentley，RIB和国内的广联达、鲁班等众多软件公司推出BIM产品线的趋同性可以看出，市场上公认的BIM技术是利用BIM特性改进工程项目设计、施工、运维等过程的技术，是一种基于模型的智能流程，通过提供模型优化布置分析、碰撞检测、施工过程模拟和协同管理平台等价值增值的功能，为用户优化设计方案、减少施工图错漏、提高客户参与度及增进项目了解等项目效益创造了条件。BIM技术有以下特性：

1) BIM是一个工程实体物理和功能特性的数字表达及其特性的完整描述。它以工程实体三维几何数据模型为基础，集成了工程实体的其他相关物理信息、功能和性能要求等参数化信息，通过开放式标准实现信息的互联。

2) BIM是一个共享的知识资源库，实现工程实体全生命周期信息共享。基于这个共享的数字模型，工程的规划、设计、施工、运维等各个阶段的相关人员都能从中获得需要的数据，这些数据是连续、即时、可靠、一致的，能为工程实体从概念到拆除的全生命周期中所有工作和决策提供可靠依据。

3) BIM是一种应用于设计、建设、运营的数字化管理方法和协同工作过程。这种方法支持工程项目的集成管理环境，可使工程项目在整个过程中显著提高效率和减少风险。在项目的不同阶段，不同利益相关方通过BIM软件在BIM模型中提取、应用、更新相关信息，并将修改后的信息赋予BIM模型，支持和反映各自职责的协同作业，以提高设计、建设和运营的效率和水平。

4) BIM也是一种信息化技术，它的应用需要信息化软件支撑。

3　BIM应用价值

BIM模型是综合建筑信息模型，充分利用BIM的直观、可分析、可共享和可管理等特性，不仅可以提升石化工程设计和建设环节的综合管理能力和管理效率，有效破除工程项目管理中的生产协同和数据协同制约效率提升的瓶颈，也可为石化生产企业的运行维护和生命周期管理提供全新过程和方法，进而提高石油化工数字化工厂精益管理效率。

1) 可促进工程设计和建设企业管理模式创新，推动项目精细化管理。采用BIM技术创建数字化模型，可有效形成业务数据产生、存储、使用、再存储的一个闭环，在缩短管理链条的同时能有效提高项目管理业务数据的准确性和利用率。工程项目的业主、监理、设计、施工、供货商等不同利益相关方采用BIM模型为信息沟通与传递载体，通过上下游之间的高效协同合作，可共享成果和共担风险，贯通模块化设计、数字化加工、大型物流运输、装配化施工产业链，最终实现工程设计和建设现代化产业模式及工程项目的集成数字交付。以BIM模型为核心，综合集成各种信息技术，可系统地管控工程项目全生命周期的每一个环节，包括项目安全、质量、进度、成本和材料等不同业务，有效提升工程项目的精细化管理水平。

2) 可提升工程设计和建设企业的技术能力，实现石化工程智慧建设。例如，在设计阶段应用BIM技术可以实现模块化设计，并通过碰撞检查，预先排除各模块、各专业间的问题，避免今后的变更，降低成本；在工程项目准备阶段，可以支持对施工方案、施工场地布置方案、吊装方案、施工进度计划等多方面的分析和模拟，实现以虚拟设计、虚拟施工、虚拟管理方式对工程项目全生命周期、全方位的预测和事前控制，有效提高工程的可实施性和可控性；在构件加工阶段，可通过将模型信息直接传递到生产设备，进行工程构件的数字化生产与加工，极大地提高生产效率；在施工阶段，可进行现场可视化技术交底，使工人充分理解设计及安装要求，提高装配式施工中安装、连接的正确性及精度，实现石化工程智慧建设。

3) 是实现石油化工数字化工厂精细化管理的重要手段之一。对于工程项目而言，运维阶段的价值远大于设计与建设阶段的价值。以BIM模型为载体，可将设计和建设过程中形成的设计数据、制造数据、供应商数据和生产设施的参数与功能特性等信息转变为生产企业的资产信息，通过管理信息从概念设计到工厂运行与维护的一致性来提高资本支出项目的效益。基于BIM模型的不同层级、部位等在运维期间进行多维度数据智能分析，帮助生产管理人员合理制订生产设施检维修计划，降低生产消耗和生产经营成本，实现数字化工厂精细化管理。

4　石油化工数字化工厂BIM应用建议

目前，BIM技术已成为国际国内工程建设领域信息技术的代表，BIM技术能为石油化工行业转型升级和全产业链的技术能力、生产方式和管理模式的转变提供支撑。无论是石化设计和建设企业深度应用BIM技术实现智慧建设，还是生产企业基于BIM技术实现数字化工厂，应着重考虑以下四个方面。

4.1强化BIM技术应用的标准建设

实践证明，建立BIM技术应用标准能为其应用和发展创造一个良好环境。BIM应用标准可分为数据标准、内容标准和协同工作标准。数据标准规定BIM数据的格式，内容标准规定BIM所应包含的内容，而协同标准规定BIM数据提交方式。国内BIM国家标准编制工作于2012年启动，从统一标准、技术标准和应用标准三个层面为BIM技术应用提供了统一规范。统一标准包括《建筑工程信息模型应用统一标准》；技术标准包括《建筑工程信息模型存储标准》和《建筑工程设计信息模型分类和编码标准》；应用标准包括《建筑工程设计信息模型交付标准》和《制造工业工程设计信息模型应用标准》。同时，各省市针对BIM技术应用也出台了相关标准。石油化工行业更需要制定与BIM相关的贯穿全产业链的行业标准和规范，并在生产、设计和施工企业内制定BIM技术实施导则，从而与国家和地方标准一同形成完整的BIM标准序列，为石化工程建设全生命周期的信息存储、传递和应用，模型数据的存储、交付、分类及编码提供统一规范。

在石油化工数字化工厂应用标准体系中，BIM技术应用标准属于最基本的标准，对整个石油化工数字化工厂应用进程具有举足轻重的作用。

4.2建立BIM技术应用的组织体系

石化企业需要建立与BIM技术应用相配套的企业管理模式及组织体系，才能实现BIM技术的深层次价值。该组织体系的特征是扁平化，以BIM为核心贯穿全产业价值链，其基本格局包括行业级BIM领导机构、企业级BIM中心和项目级BIM组织，形成集团公司—子公司—项目部三级的BIM架构和职能定位。行业级BIM领导机构可以从各生产、设计、施工企业抽调业务专家，聘请研究单位、高等院校、BIM软件企业和供应商专家共同组成，负责行业标准规范的制定和管理，协调一体化工程试点项目的业主、设计、施工、供应商等单位，保证BIM平台的协同运行。企业级BIM中心可通过从信息中心抽调部分精干成员，与企业技术、经营部门和项目部抽调的部分骨干成员，联合组成与信息中心平级的企业级部门，形成BIM支持团队，负责平台的建设与运维、企业BIM实施标准规范制定、BIM人才培养、BIM软件选型和供应商管理，组织BIM项目的推动、支持、跟踪和经验推广及项目信息向企业知识的转化。项目级BIM小组是BIM应用团队，负责以BIM为核心的一体化数字化工厂项目的工程设计、施工的集成数字交付和向数字化工厂转化的落地实施。

4.3加快BIM技术应用的人才培育

当前，BIM人才缺乏是石油化工行业BIM技术应用进展缓慢的主要问题。任何类型人才的培养都不是一蹴而就的，需要经过以业务需求为导向的人才需求分析，人才梯队建设规划和培养、使用、提高的发展过程。鉴于现状，一方面，企业可选择与研究单位、高等院校和BIM软件企业等联合，采取“引进、送出、交流、合作、培育”的方式，开发适合企业发展的系统BIM技术培训课程，形成良好的创新人才培养模式，倾力培养包括BIM管理、业务操作和IT支持三个层面的BIM复合人才。另一方面，企业内部采取“导师带徒”边工作边培养的岗位成长方式，拓宽人才发展通道，完善岗位激励机制留住BIM人才。这样，企业依据自身需要，持之以恒培育各类人才，就会逐步打造一支具有旺盛生命力的BIM团队。

4.4加大BIM技术应用的资金投入

企业信息化的效益不易量化，不能按传统投资效益方法去分析。BIM技术作为信息化技术的一种，其价值体现于企业管理水平持续提升的过程中。石化企业要突破常规思维，摒弃急功近利的思想，做好深度应用BIM技术必须面对巨大困难的战略和战术准备，只有坚持不懈地在BIM标准建立、软件系统集成、硬件环境建设升级、人才培育、项目应用等各方面投入充足的资金和资源，才可能发挥BIM技术更多的应用价值，为石油化工数字化工厂应用奠定坚实的基础。

5　结束语

在全球新一轮产业与技术变革即将到来的今天，石油化工行业应主动抢抓机遇，大力推广应用新技术，建立与行业发展相匹配的产业体系，以求在新一代互联网、物联网产业与技术、智能互联物联和生产制造系统研发应用方面占得先机，实现新的发展模式。随着不断推进BIM技术的应用实践，石化企业必将加快向数字化工厂转型升级的步伐，实现资源“高利用、低排放、减量化、低污染”，进而构建资源节约、环境友好的生产方式，增强石油化工行业可持续发展能力。

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Research on Application of BIM in Petrochemical Digital Factory

Miao Wei

(SINOPEC Fourth Construction Co.， Ltd.， Tianjin， 300270)

Abstracts： Aiming at the large-scale， intensive and intelligentized development of petrochemical plant， development status and problems encountered of the petrochemical digital factory are introduced. The percept on the building information modeling (BIM) technology and the application value of BIM technology are expounded. Suggestions are put forward from aspects of standard construction， organization system， personnel training and funding for BIM technology application in digital factory， which actively explores the means of promoting transformation and upgrading of petrochemical enterprises.

building information modeling；petrochemical；digital factory；intelligence construction

缪维(1969—)，男，河北栾县人，1991年毕业于内蒙古工学院电气自动化专业，获学士学位，现就职于中石化第四建设有限公司电气仪表工程公司，从事生产经营管理工作，任经理，高级工程师。

TP273

B

1007-7324(2016)04-0043-04

稿件收到日期： 2016-06-15。