数字化工厂移交系统在油气田工程建设中的研究和应用

张锋 江飞 董江洁 李英杰 王伟 王佳佳 崔新强

1新疆油田公司采气一厂

2新疆油田公司

数字化移交是在先进的管理理念的指导下，形成一套完整、切合油气田地面建设工程实际业务的集成规划软件系统，通过应用互联网、物联网、大数据以及云计算等技术，整合油气田地面工程建设资源，优化油气田地面工程建设业务流程和信息，为工程建设管理人员提供及时、有效的数据，为系统管理人员提供一个功能强大、操作方便的信息化处理平台，使油气田地面建设工程更加有效、规范、迅速和系统[1]，同时通过数字化移交为生产单位的各种生产系统（例如管道与场站完整性管理系统）提供完整的基础数据，真正实现数据的全生命周期流转和使用。

1 研究内容

根据油气田工程运维期各业务领域的运行数据需求（例如管道与场站完整性运行管理）和统一的业务主数据，研究工程建设期信息模型技术规范和信息模型管理规范等内容，以便指导工程数字化全过程管理和数字化移交。

结合EPC项目和业主实际需要，收集和整理涵盖设计、采购、施工各阶段的各类资料和数据，统一相关标准和要求，形成完整的数字工程资料仓库和数据仓库，这些仓库是数字化管理和移交的基础和前提。

按照油气田地面工程建设的各阶段，研究油气田地面工程数字化全过程管理技术：方案设计数字化管理、勘查设计数字化管理、概预算数字化管理、采购数字化管理、设备数字化管理、施工数字化管理、监理数字化管理、竣工验收数字化管理等。

（1）方案设计数字化管理：需要考虑如何与工程技术研究院现有的设计协同管理系统集成，以推送文件并获取成果文件。

（2）勘查设计数字化管理：兼容各类设计软件；移交所有设计文件、三维模型等，为实现工厂模块化预制做好准备。

（3）概预算数字化管理：需要考虑如何与概预算部门现有的系统集成，以推送或获取需要的数据。

（4）采购数字化管理：根据设计移交内容，可在平台完成工程量采购，需要考虑如何与现有系统进行集成。

（5）设备数字化管理：可在平台查看设备的设计资料，查看设备的采购和施工进度。

（6）施工数字化管理：在平台上完成现场施工管理，实现施工阶段的文件资料、数据的采集和移交。

（7）监理数字化管理：在平台上完成监理管理、现场监理。

（8）竣工验收数字化管理：在平台上移交竣工验收所需资料。

与油气田地面工程建设数字化全过程管理相关的设计、施工数字化移交技术包括数字化工厂建模技术、三维可视化技术、信息安全技术和系统集成技术等。

2 系统关键技术

2.1 建设期一体化管理

从油田的全生命周期的“闭环管理”出发，实现EPC各单位协同工作、基于统一数据标准的数字化移交、基于大数据平台的数字化管理，亦即在项目之初就搭建一个各方都能参与的数据共享平台，所有参与方均在同一环境下工作（图1）。

图1 数据共享平台Fig.1 Data sharing platform

云服务是平台建设中的基础设施部分，使用云平台，将项目参与各方连接起来，解除企业间的通信障碍。

2.2 采用先进的国际标准

引用先进的国际标准作为平台建设的理论依据。基础设施行业目前有两个最主要的国际标准：针对流程工厂中工艺的ISO15926 和针对建筑模型的IFC。依据这两个标准制定油气田地面建设工程的业务主数据引用库（RDL），使地面工程全生命周期内的所有系统能够进行无缝数据交换。

2.3 先进的工程集成设计系统

如图2所示，工程设计经历了图板设计、二维CAD 设计、三维CAD 设计，以及集成设计系统等多个阶段，由于设计是后续所有工作的源头，因此，设计阶段所采用的技术手段也就决定了后续工作中能否直接利用其成果进行数字化管理。

当前，各设计系统软件厂商都推出了先进的集成设计系统，为工程数字化设计提供了非常好的手段。集成设计系统的主要优点包括：

（1）更加直观的设计使计算机自动完成工程的错、漏、碰、缺检查，减少现场施工过程的返工。

（2）集成设计平台的布置设计按照1∶1 进行场站设计，使材料统计更加精确、数量更加准确，确保后续的概、预算更加准确、精细。

（3）相比较于传统的纸质文件仅能从图面上获取信息，设计集成系统具有更加丰富和详细的设计数据。例如：系统的拓扑关系、设计属性等，这些数据存放于数据库系统中，一方面，可以在计算机协助下进行更加智能和高效的统计和分析工作；另一方面，这些数据可以直接传递给下游的采购、施工、调试及生产部门，确保了数据入口的单一性，保证数据的唯一性和一致性。

图2 资料在线共享查看Fig.2 Material online view-sharing

2.4 三维可视化技术`

在传统的项目实施过程中，设计院提供给下游的图纸均为二维格式，另外由于设计院所使用的设计工具过于复杂，造成后期的施工、监理以及业主无法直接参与前期的设计过程，也无法直接利用三维模型进行后期的施工管理。因此，采用一种易于用户使用的三维可视化技术为所有用户在通用环境（无需安装特定软件）下使用成为一种必然趋势（图3）。

3 应用效果

3.1 文件自动归档

参建单位协同工作，基于统一数据标准的数字化移交和大数据平台的数字化管理，参考普通纸质文件资料的归档要求，在数字化工厂移交系统中建立相应的文件目录，文件产生之后即上传至数字化工厂移交系统平台，一方面可以有效地进行资料整理和共享，另一方面在项目竣工验收完成后，所有文件自动归档，最终形成有序的电子文档进行移交归档。

3.2 高效的数据采集

根据油气田工程运维期各业务领域的运行数据需求（例如管道与场站完整性运行管理）和统一的业务主数据，制定数字化移交标准，在设计阶段按照标准对三维模型、智能P&ID 进行数据属性填写，通过数字化工厂移交系统对三维模型、智能P&ID 的数据进行解析收集，为工程建设管理人员提供及时有效的数据[2]。

3.3 关联关系

图3 三维可视化二三维联动Fig.3 3D Visulation and 2D and 3D association

油气田工程实施期间会产生大量的文件，其通过数字化工厂移交系统平台自动归档。这些文件包含设计文件、采购文件和施工文件，每个文件的内容涉及一个或者多个模型对象。数字化工厂移交系统平台可将指定模型的相关设计文件、采购文件和施工文件进行关联，同时在查看模型时也会显示简要的设计属性、采购属性和施工属性，是一个功能强大、操作方便的信息处理平台（图4～图6）。

3.4 数据整合校验

图4 三维模型对象的关联关系Fig.4 Incidence relation of 3D model object

图5 三维模型智能推荐关联关系Fig.5 Intelligent recommendation incidence relation of 3D model

图6 对象关联关系Fig.6 Object incidence relation

油气田工程周期较长，参建方较多，数据量较大，数据来源也同样涉及多个单位、多个部门。把数字化工厂移交系统平台归档的文件、采集的数据，进行文件与模型的关联，三维模型与二维图纸的关联，属性表格与模型、图纸的关联，达到文件、模型、图纸、属性相互对应，以便在后期运维中提供更完整的数据信息。为了确保关联关系的准确性，数字化工厂移交系统平台内置了数据校验机制，一方面协助进行更加智能和高效的统计和分析工作；另一方面，这些数据直接传递给下游的采购、施工、调试及生产部门，从而保证数据的唯一性和一致性。

4 效益评价

4.1 经济效益

油气田工程的数字化工厂建设，利用数字化工厂移交系统平台强大的数据收集和处理功能，促进管理模式的调整，降低沟通成本，提高获取数据及信息的效率及质量。通过系统模型模拟现场装置布置情况，尤其是设备、管道、仪表、阀门的构成，为生产运维、现场管理提供了强有力的数据支撑。当需对设备检修更换时，可单选平台中的模型查看相应信息，并对同厂家的同类设备进行预判检查，应用平台的截图功能可直接与施工单位交底，准确清晰，不仅不用花费大量的时间翻阅海量的资料，而且可以预判同类型设备是否也需要检修，而不是等到事故发生后才去检修，为安全生产运维提供了强有力的保障，从而显著提高经济效益。

4.2 社会效益

数字化平台是智能工厂的核心，是数字工厂模型的载体，在油气田地面工程建设中，数字化、智能化、智慧化工厂成为必然趋势，大量三维复杂场景和智能图档需要有效的集成关联，数字化工厂移交系统平台在实际运用中发挥了起承转合的作用，有助于油气田地面工程建设的顺利开展。

数字工厂是数据和实物资产间的全新纽带，如同互联网改变了人与人的互动一样，数字工厂将会改变数据与物理工厂的互动[3]。数字工厂是智能工厂的一项关键基础设施[4]，它为我们搭建了一个广阔的技术平台，将持续催生出尚不为人所知的新应用、新的商业模式，甚至新的产业[5]。

数字化也是国家积极鼓励发展的产业方向，可促进油田产业结构升级，与我国可持续发展战略相统一[6]。

5 结束语

为了能够使工厂运维期更好地继承建设过程产生的数据，需要在工程建设前对数据的内容和形式做出规定，以减少信息的遗失和截流，充分发挥信息化的社会效益。将工程中产生的、计算机能够处理且运行维护需要使用的数据，以便于系统实施的方式移交给业主/运行方，使其在得到一个物理工厂的同时得到一个数字工厂。

数据移交是油气田地面工程业主投资使用的重要组成部分，其最佳实现方式是尽早建立数据“合作”环境。为在油气田地面工程的数据移交、互用、分析上形成共识，规范化数据移交方法，需在工程建设前期制定各项统一技术规定、统一数据标准，为运维期的数据利用打下坚实的基础。