轉載：伍友武、張珂

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

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

1.1三維模型 

三維模型是工程數字化交付過(guò)程中建立的以工廠(chǎng)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數字化交付平臺

數字化交付平臺是用于承載和管理數字化交付信息，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。

1.3數字化交付

通過(guò)數字化交付平臺，將相關(guān)的設計資料、采購、施工及試車(chē)的數據，以標準的數據格式提交給業(yè)主的交付方式。

1.4數字化工廠(chǎng)

數字化工廠(chǎng)是在計算機虛擬環(huán)境中，對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評估和優(yōu)化，并進(jìn)一步擴展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期的新型生產(chǎn)組織方式。其含義是：數字化工廠(chǎng)是一個(gè)以與物理工廠(chǎng)一一對應的三維模型為基礎，集成了與之關(guān)聯(lián)的設計、采購、施工和試車(chē)等數據的虛擬環(huán)境，且同時(shí)具備了工廠(chǎng)屬性和工程屬性，本質(zhì)上是實(shí)現信息的集成，人機交互。

數字化交付內容包括：項目設計、采購、施工和試車(chē)各階段產(chǎn)生的模型、資料文檔、工廠(chǎng)對象屬性等信息，以及工廠(chǎng)對象與資料文檔的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

涵蓋三維模型（交付竣工圖模型，與物理工廠(chǎng)一致）、智能P&ID（滿(mǎn)足PID與三維模型的智能關(guān)聯(lián)）、非結構化文件、屬性數據及關(guān)聯(lián)關(guān)系等文件，交付物數據格式均采用國際化通用格式，可與國際主流數據平臺進(jìn)行銜接，圖2列舉了需交付的數據類(lèi)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(chǎng)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(zhuān)業(yè)，建模深度應滿(mǎn)足相關(guān)規范要求。

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、參考數據庫以及相應的報表等，除此之外，還應提交與質(zhì)量檢查相關(guān)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格書(shū)的設計，并按交付要求輸出相關(guān)設計成品。

2.5工廠(chǎng)對象屬性

針對每個(gè)類(lèi)型的工廠(chǎng)對象，需要交付的由智能設計工具生成的結構化的數據。

2.6資料文檔

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

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(jìn)項目數字化交付工作，確保各項工作按交付進(jìn)度保質(zhì)保量完成，數字化交付團隊可按如圖4所示的組織結構開(kāi)展數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

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

（1）編制交付管理規定、制度和方案，交付信息的統一標準等；

（2）確定交付的工廠(chǎng)對象、數據信息等內容；

（3）各責任單位按規定提交交付資料；

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

（5）各責任單位按反饋意見(jiàn)進(jìn)行修改，修改完成后再提交；

（6）經(jīng)審核的最終準確無(wú)誤的數據，由軟件承包商通過(guò)數據處理和發(fā)布工具，發(fā)布至數字交付工程庫，此作為最終交付數據。

圖5簡(jiǎn)要展示了交付流程。

圖 5 數字化交付工作流程

3.3交付質(zhì)量控制

建設單位或受委托的數字化交付服務(wù)單位對參建單位交付的內容進(jìn)行審核確認，確保交付數據的質(zhì)量，主要包含以下幾個(gè)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(chǎng)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(chǎng)對象屬性數據與關(guān)聯(lián)文件關(guān)聯(lián)關(guān)系的準確性。

（3）合規性：交付內容是否滿(mǎn)足建設單位發(fā)布的相關(guān)規范和標準要求，包含編碼、命名、分類(lèi)、數據格式和模型深度等；

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

交付平臺是數字化交付的核心基礎，必須滿(mǎn)足安全可靠、使用簡(jiǎn)單、易于維護、性能穩定、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據能得到充分流轉和利用，為工廠(chǎng)大數據分析、基于大數據管理以及建立數字化工廠(chǎng)提供數據支持，并不斷擴大數據資產(chǎn)價(jià)值。

4.1數據庫要求

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

4.2系統靈便性

（1）系統應具備靈活可配置特性，對于用戶(hù)的管理要求調整能隨機應變，不動(dòng)代碼開(kāi)發(fā)或極少的代碼開(kāi)發(fā)，針對用戶(hù)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(chǎn)進(jìn)度的情況下快速完成更新、迭代和部署。

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

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

（4）系統要便于安裝，在以后服務(wù)器更換時(shí)能方便快速地恢復系統運行。

4.3系統性能

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

（2）滿(mǎn)足企業(yè)對模型加載、數據查詢(xún)、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、數據的自動(dòng)檢索關(guān)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：系統對各級用戶(hù)分配不同角色，用戶(hù)根據角色對系統進(jìn)行相應管理和操作。

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

（3）訪(fǎng)問(wèn)日志管理：對用戶(hù)登錄、操作等活動(dòng)要有日志紀錄。

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

（5）信息安全管理：滿(mǎn)足業(yè)主信息安全管理要求。

4.5開(kāi)放性

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

4.6數據集成技術(shù)要求

平臺應提供多種接口或工具，以便集成不同來(lái)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據的能力，包括但不限于EXCEL、CSV、XML、數據庫（Oracle、MYSQL等）、JSON和文本文件等。

5.1平臺基礎功能要求

（1）平臺門(mén)戶(hù)：平臺建立項目管理門(mén)戶(hù)主頁(yè)，實(shí)現統一身份認證和單點(diǎn)登錄。通過(guò)門(mén)戶(hù)主頁(yè)能夠查看和跳轉到企業(yè)其他辦公系統。

（2）用戶(hù)管理：平臺具備完善的用戶(hù)體系，可根據需要創(chuàng )建企業(yè)組織架構和用戶(hù)，用戶(hù)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(shí)支持用戶(hù)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(guò)程中能夠隨時(shí)查看流程進(jìn)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

系統具備電子簽章；數據流轉；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(jìn)度管理；變更管理；風(fēng)險管理；項目主數據管理；竣工驗收；竣工檔案管理：數據分析及展示功能等要求

5.3生產(chǎn)運行管理要求

系統具備生產(chǎn)調度優(yōu)化決策，生產(chǎn)物流管理，生產(chǎn)計劃管理，物料平衡，操作優(yōu)化，計量管理，能耗管理，生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監控，統計報表，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

系統支持靈活的設備分類(lèi)結構，通過(guò)自定義設備分類(lèi)結構、維護分類(lèi)屬性，能夠適應工廠(chǎng)設備管理需求。

支持從數字化移交系統快速同步數據，快速建立設備管理系統的基本臺賬。支持對設備庫存、狀態(tài)、變更、報廢和停用等業(yè)務(wù)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(dòng)變更信息、關(guān)聯(lián)資料信息以及關(guān)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(zhuān)家庫，為設備維保維修提供遠程協(xié)助。對工單、維保、點(diǎn)巡檢、備品備件和關(guān)聯(lián)關(guān)系等進(jìn)行管理：

5.5安全管理要求

對直接作業(yè)，風(fēng)險識別、事故環(huán)境，人員定位，電子圍欄，實(shí)時(shí)監測數據、視頻監控、報警信息、數據標牌、虛擬巡檢以及安防數據等均可實(shí)現可視化管理。

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(chǎn)自主三維可視化引擎，支持廣泛的三維模型格式。系統提供強大的數據采集和集成能力，工業(yè)標準支持OPC、BACNet和Modbus 等協(xié)議大類(lèi)下的5~6種協(xié)議類(lèi)型。HTTP信息化接口支持RESTful、WebService和XMPP等協(xié)議。物聯(lián)網(wǎng)即時(shí)通訊協(xié)議支持MQTT協(xié)議。數據庫接口支持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(lèi)：RS485、RS422、RS232。TCP/IP網(wǎng)絡(luò )：5類(lèi)、超五類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)、6類(lèi)網(wǎng)線(xiàn)、光纖、WIFI、GPRS/3G/4G和寬帶。專(zhuān)用接口類(lèi):NB-IOT、LORA、藍牙Mash和ZigBee。

支持二次開(kāi)發(fā)，提供前端三維交互 UI 擴展接口 API、數據采集接口協(xié)議、數據訂閱協(xié)議以及監控報警規則擴展接口，可依據后期需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

數字化交付是建設數字化工廠(chǎng)，智能工廠(chǎng)的核心基礎。目前，我國石化企業(yè)的數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(wù)等參差不齊，造成了數字化交付的深度，水平差異較大。近幾年，中石化下屬企業(yè)鎮海煉化、九江石化及茂名石化等已率先進(jìn)行了數字化建設的試點(diǎn)，取得了顯著(zhù)成效，積累了豐富的經(jīng)驗，為后續即將開(kāi)展數字化建設工作的企業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗。數字化建設必將加速推動(dòng)中石化向世界一流能源化工企業(yè)邁進(jìn)。