轉載：伍友武、張珂

隨著軟件功能的日益強大，信息技術和互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，數(shù)字化轉型已成為企業(yè)提升競爭力的必然選擇。我國適時做出了加強兩化融合的戰(zhàn)略決策，石油化工企業(yè)更是舉足輕重。數(shù)字化交付是建設數(shù)字化工廠的核心基礎，確保實現(xiàn)設計、采購、施工和調試及運維等工程全生命周期各個階段的數(shù)據信息共享和安全管理，并最終達到實時互聯(lián)、協(xié)同作業(yè)、情景關聯(lián)和智能預測等數(shù)字化工廠卓越運營的標準。

為規(guī)范石油化工企業(yè)數(shù)字化工廠的建設，國家住建部2018年9月頒發(fā)了GB/T51296-2018《石油化工工程數(shù)字化交付標準》，2019年3月1日起實施。隨后，中石化依據自身的特點和發(fā)展需要，對照上述標準，于2019年10月編制印發(fā)了《石油化工工程數(shù)字化交付執(zhí)行細則》（試行），于2020年1月1日起開始試行。本文就石化工程項目數(shù)字化交付的定義、內容、工作要求及數(shù)字化交付平臺的技術要求、功能應用等相關問題作了一些初步探討。

1.1三維模型 

三維模型是工程數(shù)字化交付過程中建立的以工廠對象為基礎的全景、立體和仿真模型。下圖1為一例三維模型示意圖。

1.2數(shù)字化交付平臺

數(shù)字化交付平臺是用于承載和管理數(shù)字化交付信息，可與多種工程軟件集成并兼容多種文件格式的信息集成管理系統(tǒng)。

1.3數(shù)字化交付

通過數(shù)字化交付平臺，將相關的設計資料、采購、施工及試車的數(shù)據，以標準的數(shù)據格式提交給業(yè)主的交付方式。

1.4數(shù)字化工廠

數(shù)字化工廠是在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。其含義是：數(shù)字化工廠是一個以與物理工廠一一對應的三維模型為基礎，集成了與之關聯(lián)的設計、采購、施工和試車等數(shù)據的虛擬環(huán)境，且同時具備了工廠屬性和工程屬性，本質上是實現(xiàn)信息的集成，人機交互。

數(shù)字化交付內容包括：項目設計、采購、施工和試車各階段產生的模型、資料文檔、工廠對象屬性等信息，以及工廠對象與資料文檔的關聯(lián)關系。

涵蓋三維模型（交付竣工圖模型，與物理工廠一致）、智能P&ID（滿足PID與三維模型的智能關聯(lián)）、非結構化文件、屬性數(shù)據及關聯(lián)關系等文件，交付物數(shù)據格式均采用國際化通用格式，可與國際主流數(shù)據平臺進行銜接，圖2列舉了需交付的數(shù)據類別。具體交付內容有：

2.1三維模型

使用三維建模設計軟件完成的工廠模型，涵蓋了總圖、配管、自控、電信、電氣、設備、給排水、消防、結構及暖通空調等專業(yè)，建模深度應滿足相關規(guī)范要求。

2.2管道IDF文件

是指使用三維設計軟件生成的管道軸測圖數(shù)據文件。

2.3智能智能P&ID圖

基于種子文件繪制的智能P&ID文件，包含圖形文件、參考數(shù)據庫以及相應的報表等，除此之外，還應提交與質量檢查相關的報告文件。

2.4智能儀表設計

使用智能儀表設計軟件完成儀表索引表和儀表規(guī)格書的設計，并按交付要求輸出相關設計成品。

2.5工廠對象屬性

針對每個類型的工廠對象，需要交付的由智能設計工具生成的結構化的數(shù)據。

2.6資料文檔

針對每個類型的工廠對象，需要交付的非結構化的資料文檔。包含供應商需按規(guī)范要求提交的三維模型、屬性數(shù)據及文檔資料；施工單位需按規(guī)范要求提交的屬性數(shù)據及文檔資料。

圖3展示了具體要交付的內容及交付后的部分功能應用。

3.1交付組織機構

為有序的推進項目數(shù)字化交付工作，確保各項工作按交付進度保質保量完成，數(shù)字化交付團隊可按如圖4所示的組織結構開展數(shù)字化交付項目的各項工作。

圖 4 組織機構

3.2交付工作流程

為保證數(shù)字化交付成品與物理工廠完整一致，準確無誤，應遵循如下交付流程。

（1）編制交付管理規(guī)定、制度和方案，交付信息的統(tǒng)一標準等；

（2）確定交付的工廠對象、數(shù)據信息等內容；

（3）各責任單位按規(guī)定提交交付資料；

（4）軟件承包商對所有交付的資料在交付平臺上進行信息集成處理，并組織質量審核，反饋需修改的意見；

（5）各責任單位按反饋意見進行修改，修改完成后再提交；

（6）經審核的最終準確無誤的數(shù)據，由軟件承包商通過數(shù)據處理和發(fā)布工具，發(fā)布至數(shù)字交付工程庫，此作為最終交付數(shù)據。

圖5簡要展示了交付流程。

圖 5 數(shù)字化交付工作流程

3.3交付質量控制

建設單位或受委托的數(shù)字化交付服務單位對參建單位交付的內容進行審核確認，確保交付數(shù)據的質量，主要包含以下幾個方面的內容：

（1）一致性：設計單位需保證，交付模型與交付圖紙的一致性，交付模型與竣工的物理工廠及竣工資料完全一致，包括輔助設施和地下工程等；

（2）準確性：工廠對象屬性數(shù)據與關聯(lián)文件關聯(lián)關系的準確性。

（3）合規(guī)性：交付內容是否滿足建設單位發(fā)布的相關規(guī)范和標準要求，包含編碼、命名、分類、數(shù)據格式和模型深度等；

（4）完整性：已交付內容與項目交付規(guī)定內容的對比，基于項目物理工廠對象，檢查模型、屬性、關聯(lián)文檔資料的完整性。

交付平臺是數(shù)字化交付的核心基礎，必須滿足安全可靠、使用簡單、易于維護、性能穩(wěn)定、可擴展、兼容性和集成性強的要求。確保各主要建設內容之間的數(shù)據能得到充分流轉和利用，為工廠大數(shù)據分析、基于大數(shù)據管理以及建立數(shù)字化工廠提供數(shù)據支持，并不斷擴大數(shù)據資產價值。

4.1數(shù)據庫要求

數(shù)據庫應采用混合架構，滿足大數(shù)據擴展應用，支持主流的數(shù)據庫，如Oracle、MySQL、MS SQL Server等關系型數(shù)據庫，以及MONGODB非關系型數(shù)據庫。支持數(shù)據采集、數(shù)據分析、數(shù)據提取和數(shù)據遷移等，保證數(shù)據庫系統(tǒng)效率不會隨數(shù)據量增大和并發(fā)數(shù)增加而急劇降低。

4.2系統(tǒng)靈便性

（1）系統(tǒng)應具備靈活可配置特性，對于用戶的管理要求調整能隨機應變，不動代碼開發(fā)或極少的代碼開發(fā)，針對用戶的審批流程變化、管理對象內容的變化能盡快調整適應，在不影響生產進度的情況下快速完成更新、迭代和部署。

（2）系統(tǒng)首頁、功能導航結構、記錄視圖、系統(tǒng)報表以及均支持用戶自定義。

（3）系統(tǒng)要具有一定的智能性，要針對設計行業(yè)的特點有高效的解決方案，便于實施，盡量少的增加管理者、設計者的工作量,能自動完成重復性的工作。

（4）系統(tǒng)要便于安裝，在以后服務器更換時能方便快速地恢復系統(tǒng)運行。

4.3系統(tǒng)性能

（1）平臺支持海量信息、多用戶并發(fā)，且初始加載速度快捷、場景瀏覽運行速度流暢穩(wěn)定。

（2）滿足企業(yè)對模型加載、數(shù)據查詢、展示的響應速度要求。

（3）軟件應具備海量信息存儲管理功能，有效的處理海量信息。

（4）具有三維模型、文檔、數(shù)據的自動檢索關聯(lián)機制。

（2）適應性強，能在主流配置計算機上流暢。

4.4安全性

（1）角色管理：系統(tǒng)對各級用戶分配不同角色，用戶根據角色對系統(tǒng)進行相應管理和操作。

（2）權限管理：系統(tǒng)要根據不同用戶、不同角色，進行相應的權限限制和管理。

（3）訪問日志管理：對用戶登錄、操作等活動要有日志紀錄。

（4）數(shù)據傳輸安全：支持HTTPS協(xié)議，數(shù)據在傳輸過程不丟失，不被篡改，不被破壞。

（5）信息安全管理：滿足業(yè)主信息安全管理要求。

4.5開放性

平臺應提供標準接口，以便和外部系統(tǒng)集成。外部系統(tǒng)包括但不限于DCS、MES、SIS、ERP和WMS等系統(tǒng)。

4.6數(shù)據集成技術要求

平臺應提供多種接口或工具，以便集成不同來源的工程信息，包含但不限于：

（1）三維引擎需具備集成多種三維設計軟件生成的三維模型、數(shù)據的能力，包括但不限于以下軟件：PDMS、SP3D、PDS、CADWorx、REVIT和3DMax等。

（2）具備集成智能P&ID圖紙、數(shù)據的能力，包括但不限于以下軟件：AVEVA Diagrams、SmartPlant P&ID、AutoCAD P&ID、COMOS P&ID以及INPower P&ID等。

（3）具備接收多種格式圖紙的能力，包括但不限于以下格式：DWG、SVG。

（4）具備接收多種格式文件的能力，包括但不限于以下格式：DOCX/DOC、XLXS/XLS、PPTX/PPT、PDF、TXT、MP4、JPEG、BMP、GIF以及PNG。

（5）具備配置化集成多源數(shù)據的能力，包括但不限于EXCEL、CSV、XML、數(shù)據庫（Oracle、MYSQL等）、JSON和文本文件等。

5.1平臺基礎功能要求

（1）平臺門戶：平臺建立項目管理門戶主頁，實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證和單點登錄。通過門戶主頁能夠查看和跳轉到企業(yè)其他辦公系統(tǒng)。

（2）用戶管理：平臺具備完善的用戶體系，可根據需要創(chuàng)建企業(yè)組織架構和用戶，用戶在不同的項目中可以有不同的角色，基于角色不同配置對應的權限。

（3）流程管理：系統(tǒng)需自帶或能集成成熟的工作流程，可預制一些行業(yè)通用的流程模板，同時支持用戶自定義流程模板用于配置流程審批角色。支持工作流程可視化，在運行的過程中能夠隨時查看流程進度。

（4）還應具備角色管理，權限管理，操作日志，運行日志，組織管理和報表管理等功能。

5.2工程項目管理要求

系統(tǒng)具備電子簽章；數(shù)據流轉；項目協(xié)同；立項管理；設計管理；采購管理；供應商管理；費用管理；合同管理；進度管理；變更管理；風險管理；項目主數(shù)據管理；竣工驗收；竣工檔案管理：數(shù)據分析及展示功能等要求

5.3生產運行管理要求

系統(tǒng)具備生產調度優(yōu)化決策，生產物流管理，生產計劃管理，物料平衡，操作優(yōu)化，計量管理，能耗管理，生產過程實時監(jiān)控，統(tǒng)計報表，智能巡檢，仿真培訓，應急管理及電子交接班等功能。

5.4設備運維管理要求

系統(tǒng)支持靈活的設備分類結構，通過自定義設備分類結構、維護分類屬性，能夠適應工廠設備管理需求。

支持從數(shù)字化移交系統(tǒng)快速同步數(shù)據，快速建立設備管理系統(tǒng)的基本臺賬。支持對設備庫存、狀態(tài)、變更、報廢和停用等業(yè)務的管理。能夠建立設備全壽期綜合信息臺賬，包括設計信息、采購信息、施工安裝與調試信息、運維維保信息、異動變更信息、關聯(lián)資料信息以及關聯(lián)備品備件信息等。

支持建立設備管理的故障庫，支持對巡檢維保的操作步驟管理，支持建立設備運維保障專家?guī)?，為設備維保維修提供遠程協(xié)助。對工單、維保、點巡檢、備品備件和關聯(lián)關系等進行管理：

5.5安全管理要求

對直接作業(yè)，風險識別、事故環(huán)境，人員定位，電子圍欄，實時監(jiān)測數(shù)據、視頻監(jiān)控、報警信息、數(shù)據標牌、虛擬巡檢以及安防數(shù)據等均可實現(xiàn)可視化管理。

5.6三維可視化看板要求

內置三維可視化引擎，要求平臺內置國產自主三維可視化引擎，支持廣泛的三維模型格式。系統(tǒng)提供強大的數(shù)據采集和集成能力，工業(yè)標準支持OPC、BACNet和Modbus 等協(xié)議大類下的5~6種協(xié)議類型。HTTP信息化接口支持RESTful、WebService和XMPP等協(xié)議。物聯(lián)網即時通訊協(xié)議支持MQTT協(xié)議。數(shù)據庫接口支持ODBC。視頻流支持RTMP協(xié)議（包含可以轉為RTMP的其他協(xié)議）；

支持多種物理鏈路。如串口類：RS485、RS422、RS232。TCP/IP網絡：5類、超五類網線、6類網線、光纖、WIFI、GPRS/3G/4G和寬帶。專用接口類:NB-IOT、LORA、藍牙Mash和ZigBee。

支持二次開發(fā)，提供前端三維交互 UI 擴展接口 API、數(shù)據采集接口協(xié)議、數(shù)據訂閱協(xié)議以及監(jiān)控報警規(guī)則擴展接口，可依據后期需求進行二次開發(fā)。

數(shù)字化交付是建設數(shù)字化工廠，智能工廠的核心基礎。目前，我國石化企業(yè)的數(shù)字化建設尚處于初始階段，由于各企業(yè)的基礎水平、目標任務等參差不齊，造成了數(shù)字化交付的深度，水平差異較大。近幾年，中石化下屬企業(yè)鎮(zhèn)海煉化、九江石化及茂名石化等已率先進行了數(shù)字化建設的試點，取得了顯著成效，積累了豐富的經驗，為后續(xù)即將開展數(shù)字化建設工作的企業(yè)提供了寶貴的經驗。數(shù)字化建設必將加速推動中石化向世界一流能源化工企業(yè)邁進。