长输管道的数字化设计及交付

王苗

（中石化石油工程设计有限公司，山东东营257000）

1 数字化交付的背景

在工程建设过程中，业主为了降本增效，不断提出要求参建单位缩短工期，改进施工工艺，以便降低投资和运营成本，从而要求参建单位统一标准，规范流程，集成应用和信息协作完成工程建设。构建数字化管道的关键环节就是数字化交付，而数字化交付是基于数字化设计的基础上进行的。采用Smart Plant集成设计软件完成数字化设计之后，首先要完成设计的数字化交付，然后将采购数据和施工数据采集完成，连同设计数据一同移交给业主，从而完成工程建设期的数字化交付。

2 数字化交付的内容

2.1 数字化交付的基础-标准体系的定制

数字化交付的首要任务是制定项目级数字化交付标准体系，用于规定交付内容和交付要求。针对长输管道项目的数字化交付，需完成编码标准、交付标准、数据标准以及采集标准的制定。这四个标准是相互关联，相辅相成的关系。图1为编码体系示意图。

图1 编码体系示意

其中编码标准是基础，确保数字化设计的规范性，例如工厂结构编码，程序文件，操作手册等。

数据标准规定了从勘察到施工各阶段工程对象的数据属性，细化到每个专业的每一个对象，这个对象被称之为实体。例如一个弯头就是一个实体，它在设计、采购、施工阶段采集的数据属性中有相同的内容，也有不同的内容，因此需要制定它在不同阶段所要采集的数据项，从而形成相应实体的数据规定。

采集标准是制定数据的采集模板，用来实现数据的智能采集，比如各阶段的设计数据采集模板，施工数据采集模板，采购数据采集模板等。此外还有实施指南，用于规定各参建单位进行数字化交付的实施细则。

数字化交付标准用来确保数字化交付信息的一致性，合规性和完整性。包含交付策略、各专业的设计内容与深度规定。

2.2 数字化交付的前提-数字化设计

标准建立完成之后就要开展数字化交付。交付的第一任务就是要完成数字化设计。针对长输管道项目而言，分为站场工程和管线工程。长输管道站场工程应用SmartPlant集成设计系统进行设计，实现工程的“数字化、智能化、虚拟化、集成化”设计，满足工程的全生命周期管理的需求。图2 是基于Founda⁃tion平台的集成设计软件应用架构示意图。

图2 基于Foundation平台的集成设计软件应用架构示意[1]

根据已完成的长输管道项目，建立了适用于长输管道工程标准数据库和模板，为以后的项目提供强有力的数据支持。而且形成了一套符合国际惯例的集成设计流程、体系文件。此外还实现关键参数建模工程，智能数据匹配功能。在虚拟化方面，通过可视化设计技术，可进行各专业实时更新可视化以及动态碰撞检查，并且可以进行工厂的运维仿真，可应用虚拟化进行运维培训等。此外，采用多软件平台、多格式模型参考整合，为逆向建模及数字化、智能工厂建立奠定基础。

在天然气站场的标准化设计中，进行模块划分，实现以模块为单位的工艺流程标准化设计与复用，保证PID中各对象的参数属性，也大大提高了设计效率。针对长输管道站场的三维模型设计，建立了以设备为中心，各专业协同的模块化三维设计，最后按照工艺流程，各个模块连接起来，从而形成长输管道项目站场的数字化三维设计。

对于已建站场，可以用Leica 三维激光扫描仪通过逆向建模的方式进行模型更新、数据更新等。左图显示的是点云扫描结果，右图是导入S3D的模型结果，可以看到匹配度非常高。

对于线路工程设计是基于GIS自己开发的线路工程辅助设计系统，优化传统设计工作流程，实现线路设计数字化和数据的共享交互。

2.3 数字化交付的核心-数字化交付平台

设计阶段完成之后即可开展设计的数字化交付。设计的数字化交付是在标准体系的指导下，通过集成设计平台，将工程数据、工程模型、工程文档及关联关系进行移交[2]。

对于使用Smart Plant 软件开展的站场工程设计，可以通过SPF 进行数据、模型、文档等的数字化移交。通过解析Smart⁃Plant的设计成果，转换数据格式，轻量化模型，但保留三维数据模型和属性数据、图档资料的关联关系，基于三维GIS的平台实现站场设计成果的交付、浏览和查询。

对于未使用集成系统设计的线路工程，就基于地理信息系统（GIS）搭建工程模型，实现设计成果、专项评价结果、工程建设成果以及地理信息的数据、文档、模型及关联关系的交付，形成可视化的工程数字化交付平台，实现数字化交付及可视化工程管理。

数字化交付平台中不仅可以实现设计数字化交付，还可以实现采购和施工的数字化交付。在设计数字化交付阶段已经将技术规格书、数据表入库到全生命周期的数据库中，在采购阶段，供货商根据采集标准规范、制定设备物资采购数据填写清单，可以同步物资管理系统。

在管道工程和站场工程的施工阶段，实施对施工过程数据采集和监理检查。在施工现场，可以对设计数据、图纸进行查询查看，如果现场没有网络环境，可以提前将需要的数据、文档进行下载。在施工提交和上报施工数据阶段，可以在线填报，也可以离线填写，统一保存，待有网络的时候，统一上传同步。施工数据采集除了可以上传数据、文档意外，还可上传施工照片。监理和业主可以对施工数据进行抽检和查看。

将设计、采购、施工成果和数据导入到工程数字化管理系统，并将合同约定的交付物转成通用格式，移交给业主的接受平台，即可完成工程建设期的数字化交付，为项目运营期管理提供数据基础。

3 前景展望

3.1 虚拟化技术的研究

对于管道建设方面，将继续工程虚拟化技术的研究，进行施工组织、施工过程模拟，虚拟装卸，模拟吊装，安全分析等虚拟化研究，并对建设过程中的施工数据、人机定位等信息进行采集，掌控现场进度，指导现场安装。

针对运维方面，在虚拟的数字化管道中，对管道设计及周边环境进行模拟，比如特殊工况的模拟，火灾、泄露等特殊场景模拟，可以用于人员的逃生培训，消防演练等，从而保证生产安全运行。

3.2 智能化技术的研究

研究数字化设计就是为研究智能化设计奠定基础，将知识图库、专家知识库与智能化设计结合在一起，应用大数据和人工智能等技术对结构数据进行深度挖掘和机器学习，最终实现设计的智能化。

4 结语

智能管道是长输管道项目的发展方向，研究数字化交付对智能管道研究意义深远，也是必经之路。对项目工期，运营维护也产生不可替代的作用。