化工项目数字化交付与集成设计平台应用分析

李 刚

（赛鼎工程有限公司，山西 太原 030002）

引 言

近年来，越来越多的化工项目提出了工程设计数字化交付的要求，为了对工程建设数字化交付标准进行规范，住房和城乡建设部发布了《石油化工工程数字化交付标准》（GB/T 51296—2018），已于2019 年 3月1 日起实施。此标准对石化项目数字化工厂、智能工厂建设以及对工程项目设计、采购、施工过程数字化信息进行了规范，有助于国内化工项目数字化交付的健康发展。

数字化交付源于数字化工厂建设的需求，数字化工厂是基于工厂对象，对工程建设阶段产生的静态信息，生产运行阶段产生的动态信息，依靠工厂综合信息管理平台，来实现信息关联交互，以服务于运维。数字化交付过程涵盖信息交付策略制定、信息交付基础制定、信息交付方案制定、信息整合和校验、信息移交和信息验收。

基于数字化交付开展的工程设计项目，设计过程中二维和三维设计数据已通过集成设计平台实现了基于位号的结构化数据集成及多专业协同，同时采用与数字化工厂设计系统配套的文档系统实现了基于位号的非结构化数据设计文档、供应商文档关联，在交付时向业主整体移交设计数据库，极大地方便了生产运营过程调用工程建设全过程的数据及文档，使得工程设计信息更好的服务于工厂运维。

数字化交付通过交付平台集成了设计、采购、施工过程的信息，同时也服务于设计、采购、施工，直到完善竣工信息后交付业主，所以通过数字化交付可以较便捷地实现工程建设不同阶段、各参与方信息的传输、沟通、处理，有助于提升工程价值[1]。

1 化工工程设计与数字化交付

1.1 传统化工工程设计与数字化设计的模式组织

化工工程设计是一项系统工程，需要多部门、多专业设计人员互相协作、互相支持、密切配合才能完成。化工工程设计的关键内容是进行工程计算，即以设计要求为基础，对物料及能量进行衡算，确定合理的设备尺寸、原材料消耗、管道规格等，并以此为基础进行其他相关专业设计计算。

化工工程设计的主要特点表现为：计算繁琐、工作量大，各专业间设计信息以设计条件为载体进行传递，随着设计深度增加，各专业均存在设计信息变更的情况，这样对各专业间的信息沟通管理要求较高，制度不完善或执行不到位，会影响工程的设计进度、质量，也会导致工程造价的增加。

传统设计按各专业分别设计的模式来组织，交付的内容为各专业设计成品文件，专业信息较独立并形成“孤岛”。数字化设计以工厂对象为核心的模式进行组织，交付的信息为工厂对象各专业全生命周期的信息，是设计数据组织模式的一种变革，各类工厂对象以各专业属性集中汇总的形式提供，传统设计与数字化设计的模式组织见图1。

图1 传统设计与数字化设计的模式组织

从图1 可以看出，传统设计模式的各专业信息的独立性与数字化设计模式各专业信息属性的交融性，建立以工厂对象为核心的数字化信息模型，能形成多专业互相关联的结构化数据，为集成设计的应用提供数字化基础。

1.2 单一数据平台的局限性及集成设计平台的应用

工程设计过程中会使用较多的设计软件，如工艺专业的 ASPEN PLUS、HYSYS、PROⅡ、智能 P&ID 等专业软件，工艺专业流程模拟计算、换热器、塔器等设备单体计算过程产生的工艺数据，智能P&ID 等软件产生的二维图形均带有设计属性，其他专业使用不同的设计软件也会产生大量数据，这些数据数量较大，关联关系也比较复杂，而且由于来源不同，导致专业数据格式互不兼容，因而无法通过单一数据平台进行维护管理，进而会引起数据无法同步，同时不能有效共享，导致数据需要重复输入、不断校对，数据一致性无法保障，效率较低；同时，工程设计过程中经常出现数据的修改和设计条件的升版，单一数据平台无法保证不同用户同步获取到最新且一致的数据。

集成设计平台包含数据管理和文档管理，可以实现与智能图形设计软件以及外部数据交互[2]。通过集成设计平台，借助先进的计算机技术，打通不同专业间的数据接口，将各专业软件产生的工程数据集成到同一个平台上，可以打破信息的“孤岛”，实现各专业数据的高效传递和共享，并且可以对工程材料的设计、采购、施工进行一体化管理，确保数据的一致性和可追溯性，提高工程建设质量。通过集成设计平台，还可利用后台数据追踪和记录，结合在线设计校审程序，实现设计文件版本的管理；同时，应用电子签名实现设计条件和设计成品的签署，可实现无纸化办公并且提升整体效率。集成设计平台在数字化交付中的应用见图2。

1.2.2观察组采用方法 本组研究对象采取CTA检测，检测方法：选择64层螺旋CT扫描系统进行检测，于患者肘正中静脉将非离子型对比剂注入，剂量为2mg/kg，注入速度为每秒3～4ml，延迟时间为15秒～23秒。扫描参数：300mA、120kV、螺距为3.5、层厚为1mm、重建间隔为0.5mm。

图2 集成设计平台在数字化交付中的应用

由图2 可知，集成设计平台融合贯通了多专业设计数据，可实现设计数据管理、文档管理和工作流管理等功能，最终进行静态数据的数字化交付。

1.3 集成设计平台助力数字化交付

集成设计与数字化工厂的关系见图3。

图3 集成设计与数字化工厂的关系

工程公司在工厂建设阶段产生的静态数据、业主在工厂运维阶段产生的动态数据和基于工厂三维可视化模型的相互关联，形成数字化工厂。

集成设计平台交付数据具有完整性、准确性、高效性等特点，可助力数字化交付。

1.3.1 集成设计平台包含交付标准中的各类规定，可保证数据完整性

集成设计平台对工程设计数据有明确的规范定义，对工厂的分解结构，类库的定义以及工厂对象编号规定等，遵循《石油化工工程数字化交付标准》（GB/T 51296—2018），项目设计前期通过制定《工程信息编码规定》《工厂对象分类及属性规定》等基础性规定，可保证交付数据完整性。

1.3.2 集成设计平台能对数据进行整合、规范、集成，可保证数据准确性

工程公司作为交付方，移交信息来源于工程公司设计、采购、施工全过程的设计数据文档和模型。各专业按照管理要求统一提交到集成设计平台上的数据，可由集成设计平台同步至交付平台，通过分析整理，形成统一标准、统一标识、有效关联的数据信息；并且多专业三维模型的协同设计，不仅是为了满足数字化交付的需求，更能消除专业间的模型碰撞，提高设计质量。

1.3.3 集成设计平台对数据发布具有高效性，能实现渐进移交和竣工移交

数字化交付项目在初始阶段就确定了以工程公司为工程数据汇总中心，搭建工程交付平台的职责，制定阶段性交付工程数据的收集和管理策略，这样所有分包商在项目的执行过程中、在项目逐步推进过程中，就能够将每个阶段产生的各类工程数据收集起来，实现工程建设期信息的分阶段、渐进式交付。

1.3.4 集成设计平台能对未来智能化工厂提供核心基础数据，有利于工程项目EPC 的优化管理

工程公司作为交付方，移交信息来源于工程公司设计、采购、施工全过程的设计数据文档和模型。为保证移交信息的完整性、准确性、一致性，工程公司需制定一系列基础性规定和质量审核规定等内容，以便将交付信息应用于采购施工阶段，使工程建设各参与方能便捷地获取工程数据，提高工程建设质量。

2 数字化交付及集成设计发展展望及建议

2.1 发展展望

当今世界，信息技术创新日新月异，数字化、网络化、智能化深入发展，结合面临的新形势和新技术应用，化工行业应以助力中国加快从制造大国转向“智造”强国、早日实现“中国制造2025”为重点，推动新技术应用；践行节能环保、循环经济、生态文明等绿色发展理念，广泛应用集成设计、三维设计、仿真模拟等技术，促进物联网、云计算、移动互联网、大数据、智能制造等新技术的集成应用，实现勘察设计手段创新；深度推进数字化工厂在工程建设运营全过程中的应用，实现全生命周期数据共享和信息化管理，提高工程建设综合效益。国内设计单位在向总承包业务为主价值链延伸的同时，基本实现了向工程公司的转型，未来应继续延伸价值链，向智能运维方向发展，实现由“建工厂”到“管工厂”的延伸。数字化交付在以上发展过程中将发挥重大的推动作用，使从源头上掌握工厂运行管理数据成为可能，并以设计数据为基础建设数字工厂，在更高的基础上开展现代化的工厂运维管理及设备资产管理，从而实现工厂全生命周期的数字化管理。

未来化工项目数字化交付需结合化工工程设计的特点与未来智能化工厂的建设要求，引导传统工程设计方式的变革，通过集成设计平台，实现工程数据的统一管理，使得设计数据从产生、专业间流转到交付业主全过程，能高效发挥数字化平台的数据提取、整合功能，更好地服务工厂后期运维管理。

2.2 建议

化工行业正朝着数字化、智能化的方向发展，智能工厂是实现这些目标的必要手段之一。智能工厂建设贯穿项目的设计、采购、施工、生产运行、经营管理全过程，是一项非常复杂和艰巨的任务。化工行业智能工厂的建设并不是一蹴而就，其需要一个过程，应在项目实施过程中分步实施。化工行业各工程公司，应该承担起在工程项目中推广采用设计工具软件，进行集成设计，完成数字化交付，最终实现把一个真正的数字化虚拟工厂交付给业主，为工厂数字化运维做准备。

3 结 语

数字化交付的建设目标是与工程同步实施建设一个与实际工厂信息一致对应的“数字化工厂”。数字化能驱动物资采购与供应的精细化管理，更精准地指导设计、采购、施工、生产全过程的策划和调度，形成企业的核心数据库。通过高性能实时处理的数据平台，广泛采集、处理和分析数字化业务运行过程中的多样化运维数据，不仅能促进企业推广应用信息化新技术，更重要的是可提升企业智能运维的能力，做到科学决策、精准实施。同时，也只有推进数字化转型，通过数字化改善工程交付流程，才能提高工程项目的效率，缩短时间，降低成本。