智慧炼化建设中工程项目全数字化交付探讨

吴 青

（中国海洋石油集团有限公司，北京100010）

流程工业中的炼油与石化（炼化）工业一直是国民经济的支柱产业。经过几十年的发展，目前炼化工业面临着如何淘汰落后产能，实施产业结构转型升级以及炼化一体化、区域优化与绿色、低碳和高效化等问题，智慧炼化建设是炼化产业发展的必然方向与选择［1］。

智慧炼化建设可按照数字炼化、智能炼化和智慧炼化的三步法实施。其中，数字炼化是基础，智能炼化是核心，智慧炼化是目标［1］。数字炼化建设首先需要建设一个集成的、统一的一体化平台——即包括“工程设计（E）-生产管控（M）-市场营销与决策（M）”（简称 EMM）的综合性平台［2］，并且数字炼化的建设必须和实物工厂的建设同步规划、同步推进、同步维修。在数字炼化建设的“E”即工程建设阶段，要以工程项目的“全数字化交付”以及“无缺陷开车”为目标，其设备、材料以及仪表、电气等具体实物的设计参数、制造、监造、安装、调试等数据，以及装置试车、工艺设计模型参数等，要能够“无缝”转化为生产运管、市场营销与决策期间设备全生命周期管理与预防性维修维护、生产管控与优化、数字化智能化一体化销售等环节、阶段所需的各类有效数据，同时还需要考虑该工厂生产所需原油（料）与能源的供应以及产品储运、市场营销服务，且这几者之间通过信息集成、得到实时数据库的支持后能够即时下达指令，使彼此之间能够协调、贯通、交互和全面优化，成为全面完善的数字化工厂或数字炼化［1-2］。

随着信息技术的高速发展，中国许多大型炼化工程建设项目都实现了信息化管理。如惠州炼油1 200万t/a炼油项目（惠炼一期）、中国石油天然气股份有限公司广西石化分公司1 000万t/a炼油项目、中石油四川石化炼化一体化工程项目、中石油独山子1 000万t/a炼油改造工程项目等都运用了信息管理实现其工程建设目标，但这些工程建设项目实际上还未能完全达到数字炼化建设的要求，其信息化项目除了使用面较窄、不能全面覆盖项目管理各项业务外，主要还存在以下不足：1）工程信息相对孤立，缺乏有效共享和工作协同；2）未与企业核心系统（如ERP系统）集成；3）技术标准不统一，系统间的互连互通存在较大问题；4）缺少必要的标准、规范和管理制度基础。

笔者从智慧炼化建设角度、以理想的数字炼化视野，结合中海石油炼化有限责任公司惠州石化公司2 200万t/a炼油改扩建-120万t/a乙烯（惠炼二期）工程建设项目的具体实际，探讨特大型炼油化工一体化工程建设项目的全数字化交付问题。

1 概念、内容、范围和意义

1.1 概念

数字炼化的设计任务通常由设计院 （或工程公司，下同）承担。如果设计院能将完成的成品数字炼化文件（数字化文件）交给业主，即是较低层次上的全数字化交付。传统交付方式以纸介质为主体，全数字化交付则通过专门的平台将相关设计成品以标准数据格式提交给业主，也称数字化移交。

目前，某些化工类工程设计项目实现了全数字化交付，但炼油化工行业特别是特大型炼化一体化项目极少实现。如果要按智慧炼化建设、满足理想的数字炼化的需要来实现全数字化交付，则难度非常之大，要求也十分高。

全生命周期概念下的现代化数字炼化，在其寿命有效期（假如以20 a寿命有效期为例）内应该涵盖整个工厂的设计、建设、运营直至其报废。然而，目前设计院所介入的，充其量是设备全生命周期的前期，即最初的2～5 a。在此期间，设计院拥有相当详细的资产类设计参数（如材质、各种参数等）、制造参数以及［如果EPC（工程总承包）的话］安装、调试的部分或全部数据，还有装置的工艺模型等信息。至工程建设项目完成中间交接、管理权转给业主后，设计院基本不再介入，对所设计、建造的数字炼化的设备、装置、企业在试生产、生产运营期的数据、信息（包括维修维护）等也基本不更新，市场营销方面的信息更加无法掌握。由于设计院的工程技术人员与业主的工程师对数字炼化的理解、关注点相差较大，因此靠设计院构建的数字炼化，其最后交付的数字炼化的实际效果可能不尽如人意、难以满足业主要求。此时，特别强调设计院和业主的数据标准等的一致性。设计院在其统一的“E”平台上，将设计过程中所有相关信息和成品文件以数字化方式提交给业主，完成“全数字化交付”。业主可以通过后期整合工作建设完整的数字炼化，期间设计院应继续为业主提供必要的协助与技术支持，特别是工艺装置模型方面［1-2］。

如果设计院希望业务转型、拓展其服务能力与范围，则可在其统一的“E”平台上，与业主协商，“反向”传递、集成设备维修维护、生产运行、经营等数据信息，最后发展可以为企业提供预防性维修维护、专家诊断、远程优化服务、扩能改造等方向的增值业务。目前，某些单项功能已经实现，如压缩机制造企业提供的机组远程诊断专家系统、某些专业技术服务公司提供的设备（装置如常减压装置）腐蚀监控与诊断系统等。

从这个角度说，对全数字化交付的成品文件的要求是很高的。

1.2 内容与范围

数字化交付的内容和范围根据工程项目类型的不同而不同，但核心内容、范围还是工程数据，如工程文档图纸、数据、参数、3D模型、采办、工程建设信息等。

在项目工程建设开始前，要对所需移交的数据、信息提出明确的要求；当项目工程建设结束后，根据事前所明确的要求，向业主移交准确且完备的数据和信息。

1.3 意义

全数字化交付的最大意义，在于能够大大缩短数字炼化的智能化转型升级的时间和具体路线。

实施高效的全数字化移交，可以有效提升EPC承包商的竞争力，帮助业主消除工程信息孤岛，方便业主后期的生产管理、运维和改扩建。同时，全数字交付有助于业主、监理、供应商提升工程建设项目的管理效率，增强工程建设项目的管控力度，且今后运维中更加高效，成本更为节约［3］。

2 平台与流程

2.1 平台

一个一体化、综合性的“EMM”平台［2］是实现高质量工程项目全数字化交付和理想的数字炼化到智能炼化、智慧炼化的前提和基础。但考虑到目前的实际状况，如果只有一个独立的“E”平台，只要考虑好标准、接口等因素或条件，也是可以实现高质量的全数字化交付的。

不论是一体化综合性的“EMM”平台还是一个独立的“E”平台，该平台中的工程项目管理部分至少要包含基础设计（D）、工程设计即详细设计（E，含设计管理、文档控制等）、工程采购（P，含设备监造、催交催运等）、工程施工（C）、项目管理（M，内含进度管理、费用控制、质量管理、工程监理等）、项目开车（C，含中交、调试、开车等）等6个方面的工程管理子平台。

该工程项目管理平台需满足两大方面的要求：1）工程项目管理阶段，包括，前期规划（预可研、可研、立项及批准）、基础设计、工程实施及“四大控制”（进度、费用、质量和HSE）、中间交接与试车、工程交流与汇报、全数字化交付、无缺陷开车等；2）投产以后的转资以及可视化资产管理与设备的全生命周期管理，实物与数字资产两个方面的维修维护，为运营期其他项目或系统，如生产运营管理（生产计划与调度、生产运行监视、生产工艺优化）、生产质量管理（达标与质量控制系统以及化验分析与实验室数据管理系统）、安全环保（三维应急管理、环保系统、三维可视化培训）等提供相应的数据、模型等的支持与维护。

工程建设阶段的各类专业人员，如设计、采购、建设、监理、生产准备等人员等都在同一个平台上工作，为满足高质量全数字化交付的要求，设计院不同专业人员也需要在同一个平台（D、E子平台）上工作，保证设计信息导入导出顺畅，做好类似“资料互提、同源数据采集、设计文件双向校验以及设计成品输出和归档”等工作，特别是做好“设计、采购、建设”三者之间所需数据、资料的相互衔接。

数字化模型来自设计院。设计院所提交的标准数据格式、成品文件质量的高低与该模型完善程度、水平密切相关。数字化模型涵盖的相关专业越多，数字化集成度就越高。若所有相关专业都参与了该模型设计，且设计水平、数据间关联度能满足要求，则数字化交付流程打通。流程打通后，借助交付平台将各专业信息资料收集、整合并以数据化形式交付业主。目前有成熟的软件产品帮助实现本功能。图1为全数字化交付的示意图。

图1 全数字化交付的概念与平台示意图

2.2 流程

图2为全数字化交付的流程示意图。

图2 全数字化交付流程示意图

全数字化交付主要涉及5个方面：1）包括数字化文件、信息移交的要求、规则和原则在内的技术规范文档；2）数据说明（字典），主要是相应的文档与设备的命名标准；3）用于描述结构化资产的数据和文档方面的数据模型；4）全数字交付的流程和手册文档，包括具体的实施步骤和注意事项等；5）满足移交系统功能要求的软件需求说明。

3 标准、质量、整体技术构架与规范、定义

3.1 标准与质量

全数字化交付是业主（包括监理、制造商）与设计院之间反复进行的数据交换的过程，所以涉事方均必须采用相同的标准和软件。

标准一致是涉事方之间相互理解、达成共识的前提。但目前中国没有针对大型、特大型炼化工程项目全数字化交付的标准，国际上相关经验也不成熟。

数据的标准和质量十分重要。资产、物资等数据是一个企业的重要资产，是市场竞争力以及企业长足发展的基础之一。资产、物资等数据贯穿企业运营链条的始末，涵盖物资相关工作的所有业务环节，是企业管理的重要抓手。工程项目数字化交付后转入正常生产，设备需要转资、全生命周期管理与预防性维修维护。各类数据，例如在工程阶段及其过程，涉及工程料单、BOM清单等物资数据；在采购管理中，招投标、合同、协议、采购订单、收货单等涉及到数据；在物资出入库、物流等过程中，物资编码、物资数据、库存管理、库存策略等涉及数据及其管理问题；工程竣工、形成资产并转换为设备全生命周期管理过程涉及数据整合、管理；设备维修维护、记账、计算与财务成本分析涉及数据等。数据的标准和质量问题对日常业务的开展有着直接而显著的影响，很多情况下会成为业务快速发展与扩张的绊脚石。以中海油物资数据管理方面遇到的问题为例，其数据问题主要包括数据分类缺失、数据分类交叉、属性模板缺失、数据利用率低和数据分类过时。因此，必须做好物资标准、质量以及后续的清理工作。

数字化交付周期长，涉及面广，因此需要在一开始就做好数据编码、标准与质量方面的顶层设计，尽量避免标准“推倒重来”等极端情况。即使需要数据清理，也应该提前考虑清理工作的方便性、经济性等因素。

另外，数据的命名（名称）最好由设计院与业务共同完成。如果不能共同完成，推荐设计院主责。

最后，要确保数字化交付的质量，必须要求设计院设计、质量等各专业在数字化模型中协同作业，不可各自为政。

3.2 整体技术构架与统一的软件、平台

整体技术架构包括硬件、基础软件和应用软件平台［4］。基础硬件平台要提供稳定的硬件和网络环境。图3和图4为惠州炼油（惠炼二期项目）的炼化工程项目总体框架、技术构架示意图。

实现全数字化交付有一个很重要的基本条件，即涉事方采用相同的应用软件。表1为常用的一些应用软件情况。

图3 中国海油惠州石化工程管理总体构架示意图

图4 中国海油惠州石化工程管理技术构架示意图

表1 3D数字炼化工程设计管理软件名称及主要应用状况

为保证数据管理组织结构和传递的一致性，需注意选用合适的应用软件平台［5-7］。

3.3 规范与定义

全数字化交付是一个闭环的流程，从业主（或PMT）在招投标阶段对EPC制定的交付规范起，EPC按规范要求进行一次性（或分阶段性）的项目数据及文档移交，业务（或PMT）对于数据和文档进行校验审核和上载。

EPC工程数据规范由总体规范及文档说明、文档及位号编号规则、软件应用要求、文档及数据交付规则四部分构成。每部分内容均可另附文档做详细规范。

此处所说的定义是指业主与设计院统一思想，明确各自对数字化交付的理解，以便涉事方有明确的共同目标。一些外国公司［7］对诸如基础软件平台、集成发布平台和应用软件平台各采用哪些和什么版本软件，各软件管理哪些对象，每个对象需要管理哪些属性，哪些属性需要在集成发布平台发布并与其他哪个应用软件共享等等均会详细定义、说明。但是中国因为经验不足可能无法如此明确，需要设计院先提出，再与业主商量后确定。

4 关于接口与其他系统的无缝衔接

工程信息管理系统不是一个孤立的系统，工程建设期本身需要置身于公司的日常管理工作中，项目完成以后还要转入生产运营、设备管理以及资产管理。因此，必须考虑数字化交付的文件、资料、数据信息能与其他系统的无缝衔接。图5是中国海油惠州石化工程系统与ERP集成的示意图。

图5 工程信系统与ERP集成示意图

5 数字化交付的管理要求

5.1 关于全数字化交付涉事方角色与职责

全数字化交付中的涉事方包括业主、设计院、监理、设备制造和第三方工程管理部门等，但核心是业主和设计院。

全数字化交付实施过程中，应基于种子文件进行沟通和协调，并明确以哪一方为主导，哪一方配合。目前阶段比较适合的还是设计院主导、业主配合。主导方按照业主的要求，根据项目进度分阶段或按照工程进度约定的时间节点提交给业主，由业主审查、组织和管理。业主将审查后的不一致性报告返给工程公司，工程公司依次整改。这样能大大减少工程公司与业主之间的分歧、误解和错误。其他各方可以参照业主、设计院的职责分工制定好相应的职责。

5.2 关于数字化档案资料与数据的归档与管理

作为全数字化交付所形成的各类资料，与传统的纸质图纸资料为主的档案资料相比，档案资料的载体发生了巨大变化，因此针对档案资料的管理理念、制度体系、手段平台、运行机制方法等也与以往有很大不同。档案管理部门要从符合档案管理法规的角度对全数字化交付的资料提出原则要求，建立、完善、健全归档管理的各项规章制度，确定归档管理运行机制、收集原则、收集范围、分类编号方法、保管、利用等现代管理方法。

工程建设期间还有很多其他档案、资料，如何将这些资料与全数字化交付的资料融合在一起，形成整个工程项目的完整档案资料，是一个需要谨慎考虑的课题。

档案管理人员要在项目前期就参与与设计院等单位之间的数据标准的讨论、制定等工作，了解、关注“EMM”平台或“E”平台与档案资料数字化系统之间的接口等要求、参数，定期参加相关会议和培训，做到无缝衔接。

全数字化交付的数据资料，要及时做好归档、保存，并做好对其的持续管理，特别是变更等管理。

5.3 关于全数字化交付的技术支持

刚推行全数字化交付以及实施初期，相关应用软件平台的技术支持是必不可少的。本地化的技术支持与服务团队既要为工程公司提供足够的软件培训，还要负责服务业主提出的相关要求，对使用软件过程中遇到的问题随时随地提供帮助。

5.4 关于数字资产的持续更新、维修维护与技术支持

这里所说的，不是指如何利用数字化资产管理的方法、手段对实物资产进行维修维护，而是对数字化资产即信息化部分进行必要的定期维修维护。

要做到与实物的物理工厂一一对应，必须注意如何在实物工厂发生设计、施工等变化以及生产运管期间实施技改技措、变更后，对数字炼化进行及时更新、持续提供技术支持，否则不仅徒劳浪费大量人力物力，且对生产管控的指导收效甚微。因此，明确管理部门、配置专业人员，像管理实物资产一样管理好全数字化交付的数字资产并做好整个数字炼化的持续更新、技术支持与定期维修维护，具有十分重要的意义。

［1］ 吴青.流程工业智慧炼化建设的研究与实践［J］.无机盐工业，2017，49（12）：1-8.

［2］ 吴青.炼化企业数字化工厂建设及其关键技术研究［J］.无机盐工业，2018，50（2）：1-7.

［3］ 寿海涛.数字化工厂与全数字化交付［J］.石油化工设计，2017，34（1）：44-47.

［4］ 魏巍.数字化工厂中的IT技术及信息系统结构［J］.信息化建设，2015（8）：116.

［5］ 樊军锋.智能工厂数字化交付初探.石油化工自动化［J］.2017，53（3）：15-17.

［6］ 吕松涛.应用数字化集成设计的项目管理实践［J］.中国勘察设计，2016（1）：88-91.

［7］ 钱新华，顾祥勇.数字化工厂基础信息管理平台建设浅析［J］.中国勘察设计，2015（8）：84-89.