浅析数字化交付中的交付物管理

沈斌

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

GB/T 51296—2018《石油化工工程数字化交付标准》[1]的发布在石油化工工程设计领域开启了数字化交付的新时代。数字化交付构建了以工厂对象为核心的信息组织和管理模式，通过工厂对象的唯一性特征，自动关联与该工厂对象相关的各类交付物，包括数据、文档、三维模型等，实现对工厂对象及其相关交付物的高效、便捷查询，浏览和处理。数字化交付通过建立数字化交付平台，将工程建设过程的数据、文档和三维模型作为交付内容，为企业数字化工厂和智能工厂的建设提供可靠的信息来源和可视化的信息载体，为企业ERP等管理系统提供资产全生命周期的信息，提升了企业的资产管理水平，助力企业高质量发展。笔者通过参与中石化几个大型项目的数字化交付工作的实践，从介绍数字化交付的交付物内容出发，分析了数字化交付过程中交付物管理的难点问题，提出了解决应对的主要方法和建议。

1 数字化交付的交付物

1.1 结构化数据

结构化数据是指应用信息技术将项目设计、采购、施工阶段产生的各类信息转变而成的数据，交付的数据包括： 工厂对象类及其属性的数据，计量类及计量单位的数据，专业文档类型的数据，以及工厂对象类与属性、计量类与计量单位、工厂对象类与专业文档类型之间关联关系的数据等，它们构成了描述工厂对象的信息组织结构，即类库，类库的逻辑结构和层级关系如图1所示。

图1 类库的逻辑结构和层级关系示意

交付的数据还包括项目工厂分解结构的数据，如描述工厂、装置、分区等数据元素；工厂分解结构与工厂对象关联关系的数据；工厂分解结构和文档关联关系的数据；以及工厂对象和文档关联关系的数据。数字化交付数据间的关联关系如图2所示。交付的数据一般按照预先定义的数据模板进行编制。数据接收方分阶段对设计、采购和施工承包商交付的数据进行收集、整理、审核和确认工作，形成最终的数据交付内容，满足项目不同阶段对数据的需求和数字化交付验收的要求。

图2 数字化交付数据间的关联关系示意

1.2 非结构化文档

非结构化文档是在项目设计、采购、施工阶段产生的各类资料性文件。这些文件一般为PDF，TIF等非可编辑格式的电子文件，交付版本为最终竣工图版，并具有相应的签署和盖章。交付文档多为项目交工技术文件要求的资料，也可以根据建设单位要求调整范围并在相关合同中予以明确。除了交付文档外，还需要提供该电子文件可编辑的目录清单。

1.3 三维模型

三维模型需要按照数字化交付平台要求的格式交付模型文件和属性文件，包括： 设备、管道、仪表、电气和建构筑物等工厂对象，石油化工行业主流三维设计软件数字化交付的模型文件格式见表1所列。同时，还要提供质量证明文件，如： 碰撞检查报告、二三维校验报告、设计检查报告等[2]。有些项目需要交付整个项目的备份文件，包括： 生成包含管道焊口信息的IDF文件[3]和设计成品文件，如： 管道平面布置图和单管图等。

表1 三维模型交付的格式

1.4 智能P&ID

智能P&ID一般需要交付P&ID全部备份文件，包括图形文件、数据库、相关参考数据、自定义的格式(formats)、规则(rules)和模板(report templates)等。

1.5 智能仪表

智能仪表一般需要按照数字化交付规定要求编制仪表索引表和仪表规格书的数据模板，并提供仪表管路连接图(hook-ups)等设计成品文件。有些项目需要交付完整的数据库，包括符号和模板文件等。

2 交付物管理的难点

2.1 交付物的内容和形式不同

数字化交付和传统的文档管理在本质上是相互关联的，但是数字化交付扩展了传统文档管理的范畴[4-6]。从交付内容上，除了文档外，还包括数据和三维模型等，另外，数字化交付提出了全生命周期的信息移交，内涵上的范围更广；从形式上，数字化交付需要将纸质文档转化成PDF等有唯一编号的电子文件，数据需要填写在预定义的数据模板中，三维模型及P&ID等图形文件限定使用智能软件的类型，甚至软件版本，并规定了详细的模板或种子文件。较传统方式对纸质文档的收集、分类、整理和编目的管理而言，数字化交付的交付物管理要求更高，颗粒度更精细。而且从组织形式上也由卷册管理转向关联关系管理，组织结构更加复杂，更需要信息技术的有力支撑。此外，可视化的三维模型是数字化交付的亮点之一，但是却存在着文件如何归档的问题，传统文档管理中对该类文件无明确规定。

2.2 交接双方对工厂对象的分类不同

工厂对象是数字化交付提出的概念，是指构成石油化工工厂的可独立识别的工程实体。工厂对象是数字化交付的核心，数字化交付的交付物管理都是围绕它来展开的。其信息颗粒度直接决定了数字化交付中数据、模型的详细程度，以及与工厂分解结构和文档之间关联关系的复杂程度。因此在项目最初阶段就需要定义清楚，并以此为基础在工程建设各个阶段以及运营维护阶段对其数据和模型进行更新、维护，如果定义有问题，将会导致不同阶段的数据共享困难，从而需要增加额外的成本对数据重新建立或再整理。

工程项目的交接双方从各自对数据供给或需求角度都阐述了对工厂对象的不同分类方式[7]，造成交付结果的不统一、不完整或不准确。例如： 设计阶段大型机组、成套设备一般都按照包设备由供应商提供，作为独立工厂对象管理；而运维阶段它被分解为设备、管道、仪表、电气等不同种类的多个对象进行管理，按照独立工厂对象的交付物信息颗粒度无法满足运维阶段管理的需求。

2.3 不同阶段对数据的需求不同

工厂对象在全生命周期的不同阶段会产生不同类型的数据，同时使用者对其需求也各不相同。项目工程设计阶段关注工厂对象的工艺数据、机械数据和涉及安全、环保方面的数据等，还关注布置信息和设备材料的统计数据等；项目施工阶段有大量的管道施工工作，需要记录和管理管道预制、焊接、无损检测等信息，统计项目施工进展情况等；项目试车完工阶段需要提交完整的交工技术资料，满足对如压力容器、压力管道和安全附件等特种设备监督检查所需信息，分系统完善试车、开车系统所需的各种数据；项目运维阶段主要关注设备的通用属性信息，如： 名称、型式和外形尺寸等，以及物资管理所需的供应商提供的信息。不同阶段不同专业对数据和属性的细致程度也有很大的差别，因此要定义全面的数据集合，并且明确数据类型和编制规则是十分困难的事情。

2.4 关联关系的建立不足

数字化交付的技术优点是关联性的建立，它体现在工厂分解结构、工厂对象和文档三者间的关联关系建立上。显而易见，精准关联关系的建立是高效、便捷查询的前提条件，尤其是对于非结构化文档。尽管2016年起住建部全面实施“白图替代蓝图”，推广数字化交付技术，但是现阶段的交付仍然以非结构化文档为主，并且相当多的是由纸质文件扫描而来，需要通过OCR(optical character recognition)识别和转换才能与工厂对象建立起关联关系。如果工厂对象和文档没有按照工厂分解结构进行划分并标识，它们的关联关系就会缺失或不准确。例如： 工厂对象编号中未体现装置号，就不能与工厂分解结构关联，也不能通过自动识别工具与文档建立关联关系。由于设计工具和设计习惯上的原因，工厂对象编号常常存在录入错误，使得工厂分解结构、工厂对象和文档三者间的关联关系无法自动建立起来。

2.5 工程设计的三维模型内容深度不足

石油化工工程设计使用的三维模型软件是一种设计辅助工具，最初主要目的为管道布置设计。模型元件一般较为简单并未真实地反映实物的细节和材质，像法兰的螺栓、螺母和垫片并未实际显示在模型里面，一些细节构造，如动设备的电机、静设备的内件和保温结构等，都需要按照“搭积木”的方式一点点的在三维模型中建立才能满足运维使用者对这些细节内容的需求，但这样做既降低了设计的工作效率，又影响了模型的实际运行速度，难以满足信息浏览和查询的需求。

2.6 交付物的质量检查缺乏系统性

尽管数字化交付在项目初始阶段会制定统一规定，编制种子文件和数据模板，但是面对海量的交付物信息，各种不同的信息来源和途径，信息的导入、转换、校验和加工处理仍需要有系统性的手段来保证这些信息与数字化交付规定的符合性，同时还要保证工作效率，否则信息的完整性、一致性和准确性就无法落地。

3 交付物管理的对策

3.1 健全编号编码体系

数字化交付首要工作是数字化，数字化是应用信息技术手段将工程建设和运行维护阶段各种信息转换成便于计算机表达、传输和处理的结构化数据和非结构化文档的过程。计算机软件不是可以自动识别信息的系统，也不能自动校验信息的质量，因此，要实现数字化的过程，就需要对这些数据和文档赋予编码和编号，并建立和健全编号编码体系。数字化交付策划阶段需要根据建设项目情况制定交付物的统一规定，如设计单体或工厂对象编号规定、项目文件编号规定、材料等级规定等，包含包设备内部工厂对象的编号规定，分别对数据、文档和模型中的编号和编码做出统一性要求，并在项目执行过程中对编号编码的符合性做校验，从而满足验证交付物质量的要求。

编号的编制规则应具有唯一性、实用性、系统性和扩展性。无论是工厂对象编号，还是专业文档编号都应符合唯一性的编制原则，不同的编号系统之间应该建立映射关系；编号一般为英文或拼音的首字母缩写，直观、易用，便于数据的采集和处理；编号较为复杂时可分层级建立，同时适宜的编号结构也支持编号的扩展，满足信息颗粒度的要求，解决数据分类不同、需求不同带来的影响。健全编号编码体系，做好顶层设计，是交付物管理的基础。

3.2 完善文档管理平台

为实现文件创建、发布、分发、归档和交付的文档全生命周期管理，消除不同信息系统带来的信息孤岛问题[8]，项目需要建立文档收集、转换、校验、批量处理、编目统计、综合查询和移交等多功能于一体的统一的文档管理平台，并在项目执行过程中，强化文档管理制度，规范工作程序，落实文档管理责任与分工，严格控制归档文件的质量。

完善的文档管理平台是交付物管理的保障。交付物管理典型的工作流程如图3所示。

图3 交付物管理工作流程示意

从图3中可以看出文档管理是数字化交付的重要环节，数字化交付的文档管理已经不再是传统的电子化文件的交付管理，而已经转变为包含数据模板、数据库文件和模型文件等多类型复杂的文档交付管理，因此需要适应新要求优化和完善文档管理平台：

1)适应全生命周期的文档管理和控制要求。包括建立线上的工作流程，支持快捷的远程访问和文档传递，支持更多格式文件的在线浏览，最好能够解析三维模型并实现在线审查，提供安全的存储、共享和移交服务等。

2)将文档管理统一规定转化为校验规则满足上传和发布文档的质量验证需求，如： 检查文档编号、格式、属性的符合性，验证文档是否影响读取，是否安全可靠，以及管理文件版次等。

3)具有报表功能，可以对文档分类筛选、统计并输出报表。

3.3 分阶段梳理结构化数据

数字化交付的信息交付工作一般与工程建设同步进行，宜根据数据的应用场景采用分阶段的交付方式。项目策划阶段审查智能软件的配置和数字化交付统一规定的落实情况，满足工程设计和信息交付的双重目标。方案设计阶段借助评审装置设备布置方案和可施工性审查模型内容，满足工艺流程和设备制造、安装的需求。详细设计阶段审核设计检查报告、碰撞检查报告、设备和材料统计报告、管道焊口信息文件和设计成品文件等，满足施工及安装需求。现场施工阶段审核供应商交付信息、设计变更和施工采集信息，维护交付信息的完整性和一致性。试车完工阶段审核交付信息中各系统和子系统的划分是否满足验收、试车方案和竣工移交的要求，对交付信息进行最终审核。

分阶段交付需要各阶段的承包商都要建立信息交付管理组织，配备专职人员，自始至终地贯彻项目数字化交付统一规定要求，协调存在问题，审核信息交付质量。业主也需要建立数字化交付管理团队验证、接收交付信息，负责交付的设计管理、文档管理和信息技术管理等。

3.4 发展智能信息处理技术

海量数据的录入、校核不能靠手工或半手工方式解决，更不能仅仅依赖数据产生的源头解决所有问题，需要不断更新和维护信息，这就需要发展智能信息处理技术。现阶段的数字化交付智能信息处理技术主要体现在以下几个方面：

1)智能关联。建立各智能软件间的数据映射表，将工厂对象、P&ID图形和属性、三维模型和智能仪表数据自动关联；通过工厂对象编号的识别，自动建立工厂分解结构、工厂对象和文档三者间的关联关系。

2)模糊查询。使用者不需要关心系统的组织结构就可以查询信息，通过少部分信息锁定查询范围，从而得到更为详细的查询结果。

3)数据识别。对于结构化数据利用编号规则和关联属性识别和转换数据；对于非结构化数据利用OCR识别技术将PDF文档中的工厂对象编号和属性数据识别转化为结构化数据，并进行数据的存储与关联。

4)三维模型审查。将各种类型的三维模型转换到同一平台上，使用三维模型浏览平台方式审查模型，提供标识、测量、记录和多视角多窗口展示等功能。

5)三维模型处理。可对三维模型进行解析、转换、渲染、着色、贴图和轻量化处理等，丰富设计三维模型内容深度，实现与物理工厂的统一，优化性能，满足应用场景模拟与仿真的需求。

智能信息处理技术是数字化交付的必要手段，它为高质量的推进数字化工厂和智能化工厂建设和发展提供了重要的技术支持。

3.5 探索数据标准的统一

数字化交付项目制定了一系列的交付物管理统一规定，给智能软件配置种子文件，定制输出的数据模板和图纸模板等，但是还不具有普遍适用性，对软件系统和输出数据、文件的兼容性目前还有很大的限制。集成化设计模式可以使设计各专业的输入输出更加标准化，更容易建立或验证信息之间的关联关系，从而能在一定程度上形成交付信息的统一，形成标准的集成化设计工作流和信息数据流[9]。同时集成化设计增强了质量验证的系统性，通过集成环境可以高效地处理不同系统产生的不一致数据，提高了最终信息交付的质量。未来仍然需要继续探索数据标准的统一，使得各系统具有开放的标准接口和成熟的对外服务引擎，系统管理更加安全可靠。

4 结束语

通过几个大型项目数字化交付管理的实践，为工程公司建立起一套较为完善的大型全厂性项目数字化交付管理文件，并按照数字化交付标准细化了其中的交付物管理内容和工作流程，完善设计集成化和项目管理的要求，为后续的数字化交付项目提供了更好的解决方案，为运维管理提供了更加便捷、高效的数字化管理平台和数据应用服务。随着数字化交付项目的继续深入，各项工作将更加规范，管理更趋完善，效率大幅提升。