轉載：伍友武、張珂

隨著軟件功能的日益強大，信息技術和互聯(lián)網技術的飛速發(fā)展，數字化轉型已成為企業(yè)提升競爭力的必然選擇。我國適時做出了加強兩化融合的戰(zhàn)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的核心基礎，確保實現(xiàn)設計、采購、施工和調試及運維等工程全生命周期各個階段的數據信息共享和安全管理，并最終達到實時互聯(lián)、協(xié)同作業(yè)、情景關聯(lián)和智能預測等數字化工廠卓越運營的標準。

為規(guī)范石油化工企業(yè)數字化工廠的建設，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日起實施。隨后，中石化依據自身的特點和發(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(zhí)行細則》（試行），于2020年1月1日起開始試行。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要求、功能應用等相關問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程中建立的以工廠對象為基礎的全景、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(tǒng)。

1.3數字化交付

通過數字化交付平臺，將相關的設計資料、采購、施工及試車的數據，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

數字化工廠是在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。其含義是：數字化工廠是一個以與物理工廠一一對應的三維模型為基礎，集成了與之關聯(lián)的設計、采購、施工和試車等數據的虛擬環(huán)境，且同時具備了工廠屬性和工程屬性，本質上是實現(xiàn)信息的集成，人機交互。

數字化交付內容包括：項目設計、采購、施工和試車各階段產生的模型、資料文檔、工廠對象屬性等信息，以及工廠對象與資料文檔的關聯(lián)關系。

涵蓋三維模型（交付竣工圖模型，與物理工廠一致）、智能P&ID（滿足PID與三維模型的智能關聯(lián)）、非結構化文件、屬性數據及關聯(lián)關系等文件，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行銜接，圖2列舉了需交付的數據類別。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業(yè)，建模深度應滿足相關規(guī)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，還應提交與質量檢查相關的報告文件。

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(guī)格書的設計，并按交付要求輸出相關設計成品。

2.5工廠對象屬性

針對每個類型的工廠對象，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

針對每個類型的工廠對象，需要交付的非結構化的資料文檔。包含供應商需按規(guī)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(guī)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

為有序的推進項目數字化交付工作，確保各項工作按交付進度保質保量完成，數字化交付團隊可按如圖4所示的組織結構開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完整一致，準確無誤，應遵循如下交付流程。

（1）編制交付管理規(guī)定、制度和方案，交付信息的統(tǒng)一標準等；

（2）確定交付的工廠對象、數據信息等內容；

（3）各責任單位按規(guī)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行信息集成處理，并組織質量審核，反饋需修改的意見；

（5）各責任單位按反饋意見進行修改，修改完成后再提交；

（6）經審核的最終準確無誤的數據，由軟件承包商通過數據處理和發(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簡要展示了交付流程。

圖 5 數字化交付工作流程

3.3交付質量控制

建設單位或受委托的數字化交付服務單位對參建單位交付的內容進行審核確認，確保交付數據的質量，主要包含以下幾個方面的內容：

（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：工廠對象屬性數據與關聯(lián)文件關聯(lián)關系的準確性。

（3）合規(guī)性：交付內容是否滿足建設單位發(fā)布的相關規(guī)范和標準要求，包含編碼、命名、分類、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(guī)定內容的對比，基于項目物理工廠對象，檢查模型、屬性、關聯(lián)文檔資料的完整性。

交付平臺是數字化交付的核心基礎，必須滿足安全可靠、使用簡單、易于維護、性能穩(wěn)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，為工廠大數據分析、基于大數據管理以及建立數字化工廠提供數據支持，并不斷擴大數據資產價值。

4.1數據庫要求

數據庫應采用混合架構，滿足大數據擴展應用，支持主流的數據庫，如Oracle、MySQL、MS SQL Server等關系型數據庫，以及MONGODB非關系型數據庫。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(tǒng)效率不會隨數據量增大和并發(fā)數增加而急劇降低。

4.2系統(tǒng)靈便性

（1）系統(tǒng)應具備靈活可配置特性，對于用戶的管理要求調整能隨機應變，不動代碼開發(fā)或極少的代碼開發(fā)，針對用戶的審批流程變化、管理對象內容的變化能盡快調整適應，在不影響生產進度的情況下快速完成更新、迭代和部署。

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

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

（4）系統(tǒng)要便于安裝，在以后服務器更換時能方便快速地恢復系統(tǒng)運行。

4.3系統(tǒng)性能

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

（2）滿足企業(yè)對模型加載、數據查詢、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、數據的自動檢索關聯(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(tǒng)對各級用戶分配不同角色，用戶根據角色對系統(tǒng)進行相應管理和操作。

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

（3）訪問日志管理：對用戶登錄、操作等活動要有日志紀錄。

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

（5）信息安全管理：滿足業(yè)主信息安全管理要求。

4.5開放性

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

4.6數據集成技術要求

平臺應提供多種接口或工具，以便集成不同來源的工程信息，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）平臺門戶：平臺建立項目管理門戶主頁，實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證和單點登錄。通過門戶主頁能夠查看和跳轉到企業(yè)其他辦公系統(tǒng)。

（2）用戶管理：平臺具備完善的用戶體系，可根據需要創(chuàng)建企業(yè)組織架構和用戶，用戶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(tǒng)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，同時支持用戶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，在運行的過程中能夠隨時查看流程進度。

（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(tǒng)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；進度管理；變更管理；風險管理；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生產運行管理要求

系統(tǒng)具備生產調度優(yōu)化決策，生產物流管理，生產計劃管理，物料平衡，操作優(yōu)化，計量管理，能耗管理，生產過程實時監(jiān)控，統(tǒng)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(tǒng)支持靈活的設備分類結構，通過自定義設備分類結構、維護分類屬性，能夠適應工廠設備管理需求。

支持從數字化移交系統(tǒng)快速同步數據，快速建立設備管理系統(tǒng)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、異動變更信息、關聯(lián)資料信息以及關聯(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家?guī)?，為設備維保維修提供遠程協(xié)助。對工單、維保、點巡檢、備品備件和關聯(lián)關系等進行管理：

5.5安全管理要求

對直接作業(yè)，風險識別、事故環(huán)境，人員定位，電子圍欄，實時監(jiān)測數據、視頻監(jiān)控、報警信息、數據標牌、虛擬巡檢以及安防數據等均可實現(xiàn)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，要求平臺內置國產自主三維可視化引擎，支持廣泛的三維模型格式。系統(tǒng)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)議大類下的5~6種協(xié)議類型。HTTP信息化接口支持RESTful、WebService和XMPP等協(xié)議。物聯(lián)網即時通訊協(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：RS485、RS422、RS232。TCP/IP網絡：5類、超五類網線、6類網線、光纖、WIFI、GPRS/3G/4G和寬帶。專用接口類:NB-IOT、LORA、藍牙Mash和ZigBee。

支持二次開發(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(jiān)控報警規(guī)則擴展接口，可依據后期需求進行二次開發(fā)。

數字化交付是建設數字化工廠，智能工廠的核心基礎。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(zhèn)海煉化、九江石化及茂名石化等已率先進行了數字化建設的試點，取得了顯著成效，積累了豐富的經驗，為后續(xù)即將開展數字化建設工作的企業(yè)提供了寶貴的經驗。數字化建設必將加速推動中石化向世界一流能源化工企業(yè)邁進。