化工行业建设期数字化建设交付实施方案

沈志洵

（神华工程技术有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

1 概述

工程项目交付的介质载体一直以纸质文件为主，这种传统的交付方式不仅交付过程繁杂，可视化效果差，并且整体效率也很低。随着信息化时代的发展，纸质载体上的信息难以复用或被计算机系统直接获取，由此推动工程项目交付形式随之发生演变，以电子化文件为主，包含电子图纸、数据表格、扫描文件等的电子化拷贝交付方式很大程度上提升了数据的复用性及整体交付效率，但实施过程中，数据交付的完整性、准确性和一致性三个方面的信息质量要求，以及数据的多次更新迭代，对交付模式提出了更高的要求。

工厂数字化交付指的是通过数字化集成平台，将设计、采购、施工、调试等阶段产生的数据资料和成果间建立关联关系形成有机的整体后进行交付，作为单一的数据源提交给业主的交付方式。这种交付方式提升了数据复用性及标准化程度，避免了因信息孤立造成的交叉查询困难，解决了工程数据在运维期能够被有效利用的问题。目前国内越来越多的企业对工程项目交付的要求也从传统纸质文件交付转向数字交付的方式。

2 实施依据

作为数字化交付的接收方，业主单位应在项目实施前制定数字化交付的策略和交付基础，协调和管理工程数字化交付工作，验收交付方所交付的信息；交付方应按照交付基础的要求收集、整合并移交交付信息。业主单位和交付方共同负责最终交付信息的完整性、准确性和一致性，基于以上工作形成的作业规范便是数字化交付项目的实施依据。

2.1 国家标准

2018 年发布的《石油化工工程数字化交付标准》（GB/T51296—2018）旨在为石油化工数字化工厂和智能工厂建设提供基础，规范工程建设数字化交付工作。其主要适用于石油化工工程项目设计、采购、施工直至工程中间交接阶段的数字化交付。但除此之外，数字化交付工作应符合国家现行有关标准规定。

2.2 企业标准

由于已发布的GB 类数字化标准目前仅适用于石油化工行业，随着各类数字化交付项目的实施，建设单位为满足自身项目的实际需要，通常会在项目实施前，结合项目实际需要，在参考相关标准的基础之上，制定符合项目要求的交付统一规定，此类统一规定一般具有比较明显的行业特性和企业特点，未来通过总结归纳，能够形成行业或国家标准。

3 实施要求

3.1 实施基础

（1）工厂分解结构

工厂分解结构是按照一定的分类原则和编码体系，反映工厂各级分解对象的树状结构。结构规划应充分考虑能够在行业层级内，依据不同工厂的分类方式快速建立工厂分解结构，且便于对结构进行管理，具备后期可添加、减删和修改的调整空间。

（2）工厂对象与属性定义

根据国标定义，工厂对象是指为构成工厂的设备、管道、仪表、电气和建（构）筑物等赋予编号，可独立识别的工程实体，能够满足快速检索和定位的要求。通常在数字化交付的执行过程中，业主单位则会根据功能或结构等特征对工厂对象进行进一步识别和分类，同类别的工厂对象归纳设定有相同的属性定义。

完成对象识别后，工厂对象属性定义用于表述该对象的典型特征，属性定义工作的目的是保证其在规定的交付范围内具有明确的内容定义、名称唯一、易识别且无歧义。属性定义的深度反映了工厂对象信息的详细程度，其主要与信息使用要求、信息收集和处理能力及成本有关。

（3）类库

类库通常包含已定义属性的工厂对象类以及属性之间的关联关系，类库的建立应结构合理、层次清晰、内容完整和支持扩展。

（4）编码规则

数字化交付项目的统一规定中，要求编制项目组织、工厂对象、文档、三维模型等编码的统一规定，形成项目编码标准体系，项目编码标准体系中的编码在执行删除、添加、更新、修改、扩充、映射等管理时，体系的架构不应受到影响。

3.2 交付内容

（1）按类型划分

数字化交付的目标是形成高质量的数字资产。数字化交付内容在根本上都是数据表现，这些数据可分为结构化数据和非结构化数据。结构化数据是指可以使用关系型数据库表示和存储，表现为图形的数据，如智能P&ID、三维模型等。非结构化数据是数据结构不规则或不完整，没有预定义的数据模型，不宜用数据库来表现的数据，如文本、图表、图像等。需要通过工具软件从非结构化文件中提取数据。

（2）按形式划分

交付数据通常包含工厂对象的属性值、计量单位、专业图纸、技术文件等信息，交付的数据一般按类库的要求进行组织，工厂对象的数据内容涵盖设计、采购、施工阶段的基本信息。

工程建设期的二维图形一般多为工程图纸，此类工程图纸如包含的信息经过分析后可分解成多个互相关联的组成部分，各组成部分间有明确的层次结构，可通过关系型数据库进行管理，并遵循一定的操作规范，此类二维图形一般由智能工程软件生成并管理，可以通过规定的方式进行交付，如基于数据库管理的智能P&ID 就是这种通过二维来表达数据信息的代表。

采用统一格式的电子文档必须保证与原版文档保持一致，用于生成电子文档的软件，必须统一软件型号与版本，保证最终交付物能够满足业主对文档质量的要求。同时内容中应包含各类协同工作的规定、手册、修改单等。

三维模型信息应通过工厂对象的工程位号进行关联，与交付的数据、文档中的信息形成一致关系，能够在交付平台中正确读取和显示。交付的三维模型应使用统一的原点和坐标系，应包含必要的可视化碰撞空间。

3.3 交付处理

（1）技术文件发布

数字化交付的技术文件发布过程，应支持多种模式完成交付信息的采集，对于结构化数据可采用信息集成完成采集，对于非结构化数据可采用标准模板通过数据填报、文件上载等方式完成采集。

（2）信息提交

提交过程中，选定的交付平台应具备与主流设计工具、项目管理、采购、施工等信息系统配套的接口或工具，支持各承包商交付的成果从数据库或以工具提取后加载到交付平台上，实现信息集成导入。如果信息需要进行人工录入或将文件进行批量导入的方式进行提交，前期则需要根据平台要求配置相应的模板供录入使用。

（3）关联与校验

基于结构化数据和数据模板所采集的关联信息，应用于交付平台整合上载交付物之间的关联关系，形成工厂对象与数据、文档、三维模型及工厂分解结构间的关联，实现三维信息、二维图纸、业务数据的多维信息整合。关联的范围、形式要求在国标中给予了明确规定，实际使用单位在项目执行过程中也可根据项目实际需要，再次进行规范和提升。

为了保证交付物的质量，提交过程中需根据拟实现工厂对象、文档编号和属性等进行合规性、完整性、准确性和一致性的具体要求，制定相应的校验规则，并且能够根据规则配置相关检验工具用于查验并形成报告。

4 交付技术

4.1 集成设计模式

（1）模式特点

集成化设计范围涉及工艺、管道、建筑、结构、自控、给排水、暖通、电气及粉体等多个专业，专业之间以集成数据为基础，通过数据共享实现专业之间的线上信息传递，各专业人员能够采用电子表格和数据库资源管理器创建和修改数据库中的数据，实现控制多用户对数据的查看和变更权限。进而达到一次输入，多次使用的目的，实现从不连续的电子表格中提取工程数据，更有效管理、控制和挖掘数据。

在集成化设计模式下，专业间的数据传递能够根据业务需要进行权限分配，而当专业间交互的数据出现不一致的情况时，系统的一致性检查功能能够及时对数据质量进行直接修正，将问题全部解决在设计阶段，避免后期设计变更产生的数据混乱，确保了设计成品文件的最终质量。

（2）实施的必要性

集成化设计的目的在于应对工程建设期产生信息量大，涉及的数据量呈分散化、复杂化的发展趋势，传统的EPC 项目设计模式需各设计对象通过纸质或电子文档进行数据传递，再人工整合至设计文件中，降低了工作效率及准确性。在这种情况下，基于高级数据库管理平台的专业工程设计模式成为工程公司及最终用户重点建设的方向。

通过提高工作效率和设计质量，对于EPC 项目全生命周期而言，集成化设计为数字化交付工作奠定了工作基础，也是数字化工程建设的源头。集成化设计可以将工艺设计平台与工程设计平台双向集成，自动生成中间资料和成品文件，自动采集工程项目交付信息，为数字化交付创造条件。

4.2 信息采集

（1）数据类信息

针对数据类交付物，一般通过制定多种标准工作模板，要求各承包商和供应商分别使用对应的标准模板以人工录入或批量导入的方式将工程数据进行填报提交。标准模板也可配置到集成设计系统中，通过数据批量发布的方式直接上传到平台中，模板库则应根据项目要求进行管理以及进行必要的模板更新工作。

（2）图形类信息

针对流程行业特有的工艺流程图，基本上均要求使用专门开发的工程软件将数据以图形图像形式，即智能PID 进行表达。智能PID 绘制后，图形信息实际是将其关联的数据进行提交发布，实现了二维图形中的信息能够通过数据库进行管理的目标。

而对于使用传统的CAD 制图软件或转化为PDF 格式的图形文件，由于其图形生成过程不是以数据为核心的，所以创建时还需要通过填写标准模板的方式将图形所表达的信息作为元数据与图形文件进行绑定，并采用批量上传的方式发布，进而实现此类图形类文档的数据上传目标。

（3）三维信息

三维信息是通过多专业协同建立的三维实体模型，是数字化交付的重点，它不仅反映了工厂对象的空间位置关系，而且通过工厂对象位号为关联，承载工艺数据、仪表信息、设备属性及各类工程文件。经过智能PID 图纸和三维模型的一致性检查后，整体提交至交付平台，也是各类交付信息的载体，是数字化交付信息采集的重点内容。

4.3 交付平台

交付信息宜采用数字化交付平台进行组织与存储，工程公司在数字化建设过程中应该提高数字化平台使用意识。

（1）交付平台类别

专业的数字化交付平台是数字化交付的稳定基础。目前国内外数字化交付平台有很多，其中美国鹰图公司的SPF 平台和英国剑维公司的AVEVA NET 平台是其中的典型代表，其工程软件已在项目实施过程中形成完整的工程设计系统，工程信息能够依据ISO15926等通行规范，支持在整个工程生命周期中，对工厂虚拟资产进行整合、管理和维护。

业主单位一般会根据自身的情况选择专业的数字化交付平台，但数字化交付平台的共性还是在相关的交付标准框架下执行和实施的。通用的移交平台在标准规范及应用需求逐渐明朗的前提下，通用型的数字化交付平台将更多地结合业务需求的共性建立，同时也能兼顾定制开发的方式满足项目的具体需求。

（2）功能要求

数字化交付平台同其他应用系统一样，需要具有权限、日志、流程等系统管理功能，并且能够支持数据迁移。

平台应能够对系统中的所有对象与数据资源进行权限控制，用户可以访问而且只能访问查看获得被授权的工程信息，并应能够对操作用户的操作保持日志记录。系统使用过程中，各类业务流程也应能够满足快速创建、配置、修改等需求。

平台应具有完整的数据备份机制，通过配置数据备份策略，确保备份数据的整体性、正确性和灾难恢复的可靠性。同时，为保证交付数据的质量和管理效率，在交付总体管理中，设置预交付及整体数据迁移的方案应能够有相关功能支持。允许在不同批次的迁移过程中，支持迁移数据进行整体打包，并在交付环境进行配置后能够执行批量的导入工作。数据的持续更新，则能够在维持配置不变的情况下，定期将数据顺利打包存放导入。

5 结论

1）随着业主单位对数据资产的需求日益明确以及工程公司数字化交付业务的发展，利用工程建设阶段性成果为生产准备期和运营期服务。工程企业作为基础信息模型的主要提供者，在承担工厂维修改造工程项目的同时，也应当协助运维方实现随工厂运维改造工程实施带来的基础信息模型的变更，工程企业也能够更加高质量地完成工厂运维改造项目的实施，减少项目实施因原有信息不准确造成的错误。构建装置级“数字孪生”是工程建设单位下一阶段数字化交付业务的发展方向。

2）数字化交付是工程企业各专业在数字化模型中协同作业的结果，数字化交付实施效果，要求工程建设单位转变工作模式，以满足未来数字化交付乃至数字化工厂建设的标准要求，在可预见的未来，工程建设单位要持续加强基础业务建设，逐步将种子文件与作业体系与数字化交付业务相统一；另一方面作为业主单位，也有责任和义务结合自身特点，尽早给出符合行业特点的规范技术文件。

3）工厂数据源和数据基础都是基于数字化信息应用的目的而产生的，实现数字化信息应用是完成数字化转型的关键挑战，工程公司通过工程信息数字化管理和交付信息模型的建立，对物理工厂实际运营状态进行优化，实现工程信息资产的高效利用，是数字化工厂智慧工厂的必由之路。