数字化交付在工程设计中的运用

田宇

（华陆工程科技有限责任公司，西安 710065）

1 数字化交付概述

数字化交付主要是指围绕工程对象，对工程项目建设期间产生的一系列静态信息进行数字化创建直到移交的整个工作过程，主要包含信息交付策略制定、信息交付方案制订、信息交付基础制定、信息整合及校验，以及信息移交与信息验收等[1]。相比于传统以纸质图纸以及无法搜索的扫描件为主体的工程设计交付形式，数字化交付主要是利用集成化平台，以标准数据库的形式把设计相关的成品、内容、对象数据、对象参数等提交给业主，以方便后续使用中能够高效、及时、便捷地检索所需文件，使业主在经营管理中更加直观，能够简单、快捷地经集成平台调用所需文件数据， 并可参考相关数据做好维护工作，而且后续扩建中也能方便地查阅调用设计信息，属于一种新型设计产品交付方式。 而且在数字化交付应用中，工程设计人员可在数据集成与共享的基础上，利用线上平台更自动化、精准化地校验上下游专业设计结果，尽量减少设计错误率，切实提升设计效率。 针对相同类型的项目，可使所设计的项目模型与数据具有更高的复用率， 有助于减少同类项目前期准备时间。 业主通过数字化交付，能够基于设计数据科学地建设智能化工程，动态了解工程运行相关管理数据，促使工程更稳定、智能地运营与维护，并可对设备资产加强数字化管理。

2 工程设计数字化交付的常见问题

2.1 设计软件相关问题

目前， 在数字化交付中， 主流的设计软件有PDMS、Smartplant 系列软件等， 和以往平面设计软件相比， 此类3D软件具有较高的硬件要求，往往无法适用于传统平面设计中用到的电脑硬件，在设计期间，经常因为工作站配置或者服务器配置较低等造成死机，进而引发数据丢失、项目进度受影响等问题[2]。而且3D 软件和部分辅助设计软件不兼容，设计过程中会使工程师面临一定的困扰。

2.2 对工程设计师能力要求高

和传统设计项目相比， 数字化交付相关项目对工程设计师提出了更高的要求， 因为数字化交付所用软件和传统二维软件相比更加复杂，同时操作界面也有别于二维设计软件，对此，需要工程设计师深入学习，充分掌握新型三维设计软件的使用方法，全面了解与熟练应用软件功能。 在以往项目设计中，主要会通过3D 软件进行辅助设计，发挥检查碰撞以及各专业协调等功能，设计完成后再提交要求，然后交由采购方进行材料与设备的购买，从而进行现场施工，直至项目完成。 而数字化交付相关工程在3D 软件设计中，需要利用相关软件在同一平台中整合项目设计、采购、施工等信息，要求各专业、各领域全面参与，这使得项目管理流程有别于传统项目流程，要求工程设计师基于3D 软件新功能以及数字化交付项目新形式等重新制定项目管理流程、采购流程以及施工流程等。 若工程设计师自身能力欠缺，容易在数字化交付过程中出现问题。

3 数字化交付在工程设计中的运用内容

本文主要以化工工程项目为例， 分析工程设计中运用数字化交付的内容。 通常情况下，装置院要分别承担自身所负责的装置设计任务，完成相关设计内容，总体院除了要进行总体数字化交付规定的制定，对相关交付规定做出合理解释，将项目类库或者项目初始化的种子文件提供给各个装置， 还要协助业主分阶段对供应商以及承包商所移交内容的设计完整性、 深度以及相符性等进行模型审查以及验收审查， 若有需求，还要在交付全过程进行全面设计审查。 此外，还要全面梳理业主ERP 采购编码以及数字化交付工程编码相互对应关系等。 在化工工程项目设计中运用数字化交付， 常会使用AVEVA 平台、SPF 平台以及西门子数字化平台COMOS 平台。

在化工工程项目数字化交付期间，要求交付内容不仅要提供电子以及印拷贝文件等相关交付物，还要同步提供工程设计集成环境平台以及有关工具软件相对应的数据库备份，并要同步提供文件元数据表，要求数据表高度完整。具体来说，数字化交付应用中涉及的内容主要有工厂分解结构、 智能工厂要求、工程位号分类、三维建模、成套包交付、关联关系等。 化工工程设计中运用数字化交付，比较重要而且耗时较多的环节是三维建模，主要是利用数据一致性检查、碰撞检查等自动化方式，尽量提升设计质量，所以，大部分项目业主会提出三维建模的具体内容以及深度要求[3]。其中，内容方面主要要求三维系统模型生成管道空视图、管道材料表、截面图、平面图等文件，而设计深度方面则主要针对管道、仪表、设备、建筑、结构、地管、电讯、电气、消防系统和固定消防装置等提出详细、深化的要求。

4 数字化交付在工程设计中的实践案例

某大型化工项目主要建设大型煤制乙二醇装置， 工程主要包含气化、变换、净化、空分、乙二醇及全厂公用工程和辅助设施等。 该工程总投资约200 亿元，结构复杂，规模较大，涉及较多工程主项。经过深入分析，业主要求应用数字化交付设计。

4.1 建立三维模型

在该工程三维模型建立中，要先根据装置院的建设顺序，同业主共同制订资料分步接收计划。 收集的资料为可编辑版或电子版，数字化交付过程非一次性交付，如果中间过程资料非最终版本，应按照过程逐步完善，项目交付验收将按照设计院竣工版图纸为准。

本项目实施过程中采用AVEVA PDMS 作为三维设计软件，AutoCAD 作为二维图纸的制图工具，Microsoft office 作为文本制作及处理工具， 并采用AVEVA NET 作为数字化交付平台，用于交付物交付前的自检。 相关专业人员通过三维协同设计平台进行设计建模以及协调互动， 并在平台中实时反馈设计信息。 在完成各部位的三维模型后，进入分级总装阶段，利用虚拟模型进行碰撞检查， 由此发现结构设计以及布局中存在的不足和缺陷，同步予以修改。

4.2 信息及资料录入

第一步建立的工程三维模型属于初级产品， 尚无法充分达到数字化交付以及后期运维管理要求， 需要把工程相关各类信息与资料导入三维模型中，比如，各专业设计文件、施工图纸以及工程施工与监理期间产生的各种关于工程建设与验收的文档资料，还有各种设备性能参数、安装信息、厂家信息等。 同时，要求录入的信息要和模型内部的各种设备设施保持相互对应关系，最终获得逻辑关系密切的数字三维信息模型。主要专业三维模型录入和交付的深度要求如下。

4.2.1 设备模型内容及建模深度

1）设备一览表中所有设备的设备定位及外形。

2）设备本体、管口、人孔。

3）设备吊耳、轴耳和吊柱。

4）附设备梯子、平台。

4.2.2 管道模型内容及建模深度

1）管线一览表中DN15 及以上所有工艺及公用工程管线的管道模型。

2）DN50 以上管道的支吊架。

3）安装在管线上的管道特殊件及仪表。

4）管道夹套管及管道伴热分配站、疏水站、回水站。

4.2.3 仪表模型内容及建模深度

1）所有设备和管道上的一次仪表、有毒可燃检测仪表均需建模，需示意外形，满足空间占位。

2）大于或等于200 mm 宽的电缆桥架。

3）埋地铠装电缆与穿线管，需示意外形，满足空间占位。

4）机柜间需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

4.2.4 电气模型内容及建模深度

1）路灯、装置区户外灯具，需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

2）大于或等于200 mm 宽的电缆桥架。

3）埋地铠装电缆与穿线管，需示意外形，满足空间占位。

4）变电所需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

4.2.5 结构模型内容及建模深度

1）位于地面及楼面的设备基础，需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

2）承台，建、构筑基础及基础梁，需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

3）建、构筑物的梁、板、柱、斜撑、屋架、吊车梁，需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

4）管廊、水池、烟囱、栈桥等特种结构，需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

4.2.6 建筑模型内容及建模深度

1）厂区内所有装置、公辅设施等工业建筑需要建模。

2）装置界区内地坪及地坪内地沟。 需按实际外形尺寸建立空间占位模型。

3）厂区公用建筑（综合楼、化验楼、中央控制室、生活楼、消防站、办公辅楼、危废暂存库、检修间、备品备件库、危险品库、化学品库等）需建立建筑外观模型。

4.3 发布并应用数字三维模型

项目数字化交付发布前， 管理员将不定期对数据执行Integrity Check 功能检查数据库的完整性；设计过程中，设计人员将不定期地执行Data Consistency Check 功能， 检查数据一致性；执行碰撞检查，检查碰撞问题；通过二次开发工具检查等级分界、标高、设备管口等易错模型；通过报告检验管线、设备、仪表等数据对象位号和属性。

为使数字三维模型有更小的文件体量，在数据库交付前，删除所有的测试区域、测试模型、临时过滤器、临时文件、临时目录和测试报告等。 使用人员基于三维数字化模型，可通过网络连接或设备所内嵌的信息资料库实现远程查询、 管理及会诊，达到无纸化办公目的。 在三维数字模型建立基础上，还能直观、形象地查询各类设备以及设施其结构参数、特征参数、空间定位、相互关系等信息，在后续工程维修过程中能够在无损状态下及时明确故障点位，尤其有助于快速、精准地了解隐蔽工程管线敷设走向以及具体位置等，及时定位故障点。

4.4 建立数字化交付平台

该项目以数字化集成设计为基础， 采用AVEVA 公司的AVEVA NET 作为交付平台，建立完善包含工程标准规范、工程信息收集、数据校验、浏览、存档、持续化改造为一体的大型工程数字化交付平台。 平台支持浏览多类型图纸文件 （如DWG、PDF 格式等），可以直接在网页浏览器中浏览，不依赖源系统（软件）的可视化功能；平台支持热点化图纸，即对包含的工厂对象编号经过自动热点化的处理，可供用户进行点击，以便查看此位号相关的详细信息； 平台支持对图纸进行各类标注，还可将标注的信息保存并分发给其他用户查看，标注不应影响原图纸文件；平台具备良好的文档管理功能，支持用户自定义文档目录树结构， 支持文件内容与各类文件属性的关联查询，可对平台进行文件增、删、改、查及升版等基本操作，具备文件多类型标注处理，具备全文检索功能。

4.5 特殊定制与开发

因为化工项目具有一定的特殊性，而且工艺流程复杂，工程设计除了一些常规要求，还会涉及部分额外需求，例如，建设单位提出的智能巡检、 模拟仿真沉浸式培训、 固定资产管理、数据处理分析等要求。 对此，可通过计算机语言实现深度开发，基于建设单位一些个性化需求进行特殊定制与开发。 该工程在数字化交付中，于交付平台的底层建立数据库，用其存储数据，并使编码系统充分发挥其桥梁功能，使服务平台当中不同的服务模块联系起来，最后基于三维模型在Web 界面中显示。 通过该交付平台，可对此工程实现全生命周期管理。

5 结语

近年来， 数字化交付开始广泛应用于多个领域和诸多项目中，通过整合数字化交付全厂数据，可为工程建设、工程运维以及后期改造扩建等提供有力支撑。 在未来发展中，数字化交付的数字化、 无纸化管理理念将得到更广泛和更深入的应用，促使工程管理更加智能化，工程决策更加科学化，并使资料与信息管理趋于电子化、网络化。