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油气化工码头工程数字化交付全过程研究 李家华，黄黎明，陈良志，陈家悦（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）摘要：码头工程是油气化工行业数字化工厂和智能化工厂系统建设的不可或缺的工作内容。在水运行业中，以设计院为主体的工程数字化转型势头正盛，但在实施过程中水运行业普遍应用的 BIM 技术体系与油气化工行业的工程数字化交付体系存在一定的差异。为实现将现有水运工程的数字化应用体系融入到石化行业的数字化交付体系当中满足数字化交付要求，本文开展了深入的研究，针对码头工程的数字化实施特点，结合油气化工项目数字化整体交付要求，形成了一套适用于油气化工码头工程的数字化交付体系，并基于实际数字化交付案例对油气化工码头的数字化交付进行了总结和思考，对其它类似的油气化工码头工程数字化交付提供参考借鉴价值。关键词：码头工程；油气化工行业；数字化交付；三维模型；交付对象 中图分类号：U656.1+32 文献标识码：A 文章编号：1004-9592（2023）04-0012-05 DOI:10.16403/ki.ggjs20230403 Research on Digital Delivery Process of Petrochemical Wharf Project Li Jiahua,Huang Liming,Chen Liangzhi,Chen Jiayue（CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou Guangdong 510230,China）Abstract:Wharf project is an integral part of the systematic construction of digital factory and intelligent chemical plant in petrochemical industry.Project digital transformation mainly enhanced by design institutes is gaining momentum in waterway transportation industry.The implementation process shows a certain difference between BIM Technology widely used in the waterway transportation industry and the digital delivery system adopted in petrochemical industry.In order to integrate the former into the latter,in-depth research is carried out.Digital execution characteristics of the wharf project are combined with overall digital delivery requirements of the petrochemical project to produce a set of digital delivery system suitable for petrochemical wharf project.The actual cases are summarized,which will provide a reference for similar projects.Key words:wharf project;oil gas chemical industry;digital delivery;3d model;delivery object引引 言言 随着社会经济和信息化技术的不断发展与进步，以及中国制造 2025和工业 4.01宏伟战略的推出，以“绿色智能”为核心的第四次工业革命正悄然兴起，从而为传统能源行业带来了巨大挑战与机遇。数字化交付能有效减少项目成本,提升管控工作的基本效率,为数据信息基础的优化提供保障2。建设数字化工厂已成为国内外发展趋势，数字化交付是油气化工企业转型升级的必由之路3。近年来，以中石化、中石油、中海油等为主的一些油气化工企业以及部分电力系统的能源企业，不断推动建设数字化工厂的概念，越来越多的项目提出了数字化交付的要求，数字化交付也成为了项目交付成果中的重要组成。目前，水运行业正大力推进信息化及数字化技术在工程项收稿日期：2022-08-31 作者简介：李家华（1987-），男，硕士，高级工程师，主要从事港口工程数字化工作。121Port,Waterway and Offshore Engineering 目中的应用4，大部分项目基于 BIM 技术的应用和方法在行业内开展数字化应用5。当前在水运行业中普遍应用的 BIM 技术体系与石化行业的工程数字化交付体系存在一定的差异，如三维软件、模型数据结构均不同。因此，基于现有的 BIM 技术体系将码头工程融入到石化行业的数字化交付体系就成了码头工程数字化交付的实际途径。1 数字化交付发展数字化交付发展 近几年，数字化工厂受到了广泛关注。数字化交付是对工厂全生命周期的信息完善与积累，交付信息应涵盖建设过程中的设计、采购、施工、开车信息，为工厂全生命周期管理提供完整的信息基础。数字化交付内容应与竣工资料一致，保持数字化工厂与物理工厂一致，旨为构建智能工厂提供更好支撑。而油气化工码头工程的数字化交付工程需基于数字化工厂交付的概念上进行补充和完善，规范油气码头工程在数字化交付中的模型信息深度、非智能化数据的关联、施工信息、设备厂商信息等要求，将石化产业与水运行业更加紧密的结合起来，优化产业链条，促进产业间互补互助，协调发展。基于全工厂的数字化交付成果，升级工厂管理体系架构，以保证移交信息的完整性，准确性和一致性。可深度推进数字化工厂在工程建设运营全过程中的应用，实现全生命周期数据共享和信息化管理，提高工程建设综合效益，最终实现与石化厂区数字化交付的有机结合，数字化交付总体思路如图 1。图图 1 数字化交付总体思路数字化交付总体思路 2 油气化工码头数字化交付策略油气化工码头数字化交付策略 2.1 实施目标和策略实施目标和策略 油气化工码头工程与后方厂区的数字化工程普遍存在工程信息相对孤立，缺乏有效共享和工作协同，厂外工程无法与工厂核心系统集成，码头数字化交付常常“有名无实”。因此需要制定针对性的油气化工码头数字化交付流程，补充相关理论体系和标准文件，为业主和总体院制定更加符合油气化工码头工程的数字化交付策略与规定，提升项目整体数字化建设水平。因此，项目在实施开展之前，需要根据业主方和总体院制定的总体数字化交付策略与规定制定针对本项目的数字化交付目标和策略。数字化交付的最终目的是服务工程建成后的运维，油气化工码头既具有油气化工工程的特点也具有水运工程的特性，因此考虑到水运工程和油气化工工程领域的数字化交付情形后，数字化交付策略应包括对结构、设备等对象进行分类编码，并制定规则以对象识别码为关联将其相关的三维模型、文档及属性数据进行关联，以形成智慧运维的数据基础。在数字化交付过程中需使用标准化、智能化的应用软件和系统，尤其是全面应用智能 P&ID 设计工具软件，交付的三维模型需可实现工程数据的可视化和智能关联，构建以工厂对象为核心的信息组织模式，实现信息以工厂对象为核心的智能关联和管理，为后续工厂运维提供信息基础，方便运维期间工程数据的管理和查询。整体的数字化交付需以设计为源头的正向数字化工厂建设，实现无缝、快捷、低成本的以工厂对象为核心的标准化的智能移交。采购和施工信息以电子文档及数据形式交付，并实现与工厂对象的关联。最终以数字化交付平台作为数字化交付信息的载体，同时充分考虑未来的数字化工厂应用，为智能工厂信息集成平台及工厂运维系统预留接口，满足工程项目数字化交付需求的同时，满足向智能工厂的拓展应用需求，提升业主的生产、运维管理水平。2.2 工程信息属性工程信息属性 工程信息属性涵盖 EPC 全过程的工程信息，13 即指各类工程数据、图纸、文档、模型、采购信息、施工信息，包括这些信息的属性参数及关联关系，数字化交付最终交付给业主的工程信息全部是最终完工版，不包括项目过程中产生的中间版本信息。数字化工程信息主要包括数据、文档、三维模型等，数据是指项目建设过程所产生的工程数据。每一类设备、仪表、管线等工厂对象及其属性数据集在类库中作了定义和描述6。文档包括了项目建设过程所产生的交付文档，如设计、采购、施工、供货商文档等。三维模型包括工厂设计的 3D 模型图形外，还包括工程实体的属性等信息。2.3 工具及应用软件工具及应用软件 设计方尽量采用数字化工具，形成智能的带有数据库的设计成果，所有装置应尽量采用统一的设计工具软件及版本。从目前的应用情况来看，鹰图公司的 SmartPlant3D 系列软件以及AVEVA 公司的产品是目前数字化交付的主要应用软件7，这些软件在油气化工电力行业当中有着广泛的使用基础。目前码头工程中数字化的模型格式与油企化工企业的数字化交付格式存在一定差异，在交付过程中，需对模型属性进行赋值，并对其格式进行转换，兼容于规定的软件系统当中。常见的方法是通过插件的形式导入到项目要求的数字化交付软件当中，所以对于码头工程在数字化交付过程中，应用软件需考虑具有接口导入的问题，否则无法与整体数字化工厂形成统一平台。2.4 码头分解结构码头分解结构 项目开始前应根据工程实际情况，按照方便项目过程管控、便于运营维护的原则进行油气化工码头交付信息组织结构的分解。码头分解结构应由接收方提供并下发给交付方，或由交付方编制并满足接收方要求。码头分解结构宜先按专业进行划分，然后按空间布置或工艺系统划分，分解结构可按下图创建。码头层级的代码应与油气化工厂区一起整体考虑，不应与厂区内其他装置代码冲突。交付信息组织结构宜按树状结构进行组织，交付内容应以交付信息组织结构为基础进行交付，并以此形成数字化油气化工码头。图图 2 码头分解结构码头分解结构 3 油气化工码头数字化交付成果油气化工码头数字化交付成果 常规的油气化工码头工程数字化交付成果大致可以按参与方来明确，包含设计参与方、施工参与方、供应商的数字化交付工作。3.1 设计参与方数字化交付成果设计参与方数字化交付成果 设计参与方交付内容可为分四大类包括智能P&ID、三维模型、工厂对象属性（结构化数据）、资料文档（非结构化数据）等四大类，包括但不限于智能 P&ID、三维模型、设备模型、规格书、数据表施工图、制造图等交付物。针对油气化工码头工程涉及专业多、软件多样的特点，采用云端协同平台进行多专业间的协同模式，对设计数据进行集中的管理和控制。各专业将设计成果和模型存储于云平台，共享给其他专业，可保证项目信息的唯一性和及时更新，各成员可以随时随地访问云服务器获取相关信息，保证信息流动的畅通，提高工作效率和设计管理的便捷性。14 智能 P&ID、三维模型是开展数字化交付工作的基础和载体。考虑到码头部分模型与化工类模型存在软件兼容的问题，码头部分模型可通过导出成通用格式的方式与化工部分模型进行融合，并进行三维模型的整体交付，交付格式和范围均可满足模型数字化交付的要求。设计阶段数字化交付的的结构化数据包括了油气化工码头工程对象属性，以及数据组织形式，非结构化数据包括了设计图纸、设计说明、规格书、数据表、计算书等，数据的交付按数字化交付整体规定实施即可，若码头工程存在与数字化交付整体规定不一致的地方，则需与建设单位进行沟通，归到相似的分类中，或者增设单独码头交付类。3.2 施工参与方数字化交付成果施工参与方数字化交付成果 施工类交付内容包括但不限于管道施工设计、管道施工数据、设备安装、交工文件等。同时设计需向施工提供配管三维模型和 IDF 文件，施工在此基础上深化管道施工设计，再将深化后的模型交付建设单位。上述工作均可以避免重复建模和数据整理，减少人工成本，提高数据准确性。现场施工、安装进度通过三维模型直观展示出来，利用设计交付的三维模型开展管道施工设计，通过三维模型进行施工设计，生成管道预制方案，实现管道施工全过程可视化管控。通过智能 P&ID 和三维模型，自动生成管道试压包。基于与现场装置完全一致的三维模型，通过监理、检测单位上传的质量报告，及时发现现场施工质量问题，并通过三维模型定位位置，基于与现场装置完全一致的三维模型，进行吊装方案、大件运输的仿真优化、设计。3.3 供应商数字化交付成果供应商数字化交付成果 供应商交付内容包括但不限于轻量化三维模型、重量化三维模型、设备参数、备品备件参数、制造图纸、随机资料等。同时设计向采购提供设备基础的三维模型，供应商在此基础上深化设计，再将深化后的模型交付建设单位，供应商将设备及备品备件参数结构化后交付建设单位，建设单位无需重新整理，直接使用。需要注意的，建设单位在招标中要在设备招标文件和采购合同中明确数字化交付要求和考核条款，尤其是成套设备的拆分颗粒度和模型深度，成套设备所有可拆分的设备单体均需命名设备位号，零部件参数要求结构化交付。另外，建议设备重量化三维模型交付可作为招标加分项，其余轻量化三维模型、数据表、图纸（含 P&ID）、备品备件参数、开箱文件、设备操作手册、检修指南、安全注意事项等数字化交付内容直接作为采购招标的否决项，通过该方法可保证采购阶段数字化交付成果的完整性和准确性。4 项目案例项目案例 某石化配套码头工程拟建 4个泊位，包括 1个5 万吨级 LPG 泊位、2 个 2 万吨级液体化学品泊位、1 个 3 万吨级件杂货泊位，拟利用的港口岸线总长 1 215.9 m。同时建设防波堤 1 981.6 m、引堤700 m 及陆域接厂区道路 85.6 m。设计通过能力560.2万吨/年。图图 3 三维模型数字化交付成果三维模型数字化交付成果 本项目为工程总承包项目，参与方包括业主和拿总院、各装置院和承包商等，业主明确要求需进行数字化交付，根据拿总院发布的数字化交付统一规定分阶段进行三维模型、智能 P&ID、结构化数据和非结构化数据等成果的规范化交付。业主和总体院制定了本项目相关数字化交付统一规定系列文件，明确规定了设计阶段、施工阶段、采购阶段模型、数据、文档的交付深度、格式、命名要求、关联关系、交付进度和质量要求等。根据数字化交付整体规定结合公司码头项目的数字化实施标准，设计阶段采用了协同设计的方法开展设计过程，参数化建模等手段快速开展各专业模型创建，在协同环境内链接其他专业模型进行参照设计，实现设计数据共享和管理，并在项目全生命周期实施数据信息的共享，在设计阶段完成了三维模型、智能 P&ID以及设计成果的整体交付。在施工阶段过程中，总承包商施工部15 人员对设计阶段三维模型进行了深化的应用，如基于三维模型和智能 P&ID 优化管道施工设计，开展施工进度展示等工作，并根据数字化交付施工阶段规定，按格式提交了施工类数据表格。采购部分模型与施工阶段模型进行了汇总融合，实现了三维模型数字化交付的完整性，同时总承包商也对各设备供应商的设备信息提交进行了要求，包括数据表、备品备件参数、开箱文件、设备操作手册、检修指南等，所有成果的成功交付也标志着该码头项目数字化交付的顺利完成。图图 4 供应商数字化交付成果界面示意图供应商数字化交付成果界面示意图 5 结结 语语 数字化交付是目前主流趋势，建设单位越来越重视数字工厂的建设。现有的数字化交付标准主要针对的是化工行业的工厂对象类属性，码头工程作为石化项目中比较特殊的一部分，由于行业性差别，无法直接套用标准里的规定。为更好的进行油气化工码头数字化交付，需要开展针对性更强的数字化交付研究，对对象类别、交付属性、编码规则、数据格式、交付内容、供应商要求等给出更符合水运码头行业设计标准和习惯，同时兼顾数字化工厂数据集成要求的指导性文件。本文对油气化工码头的数字化交付全过程开展了研究，针对油气化工行业的数字化要求，进行了配套码头工程的数字化交付研究，并结合项目案例实现了油气化工码头的数字化成果交付，对其它类似的油气化工码头工程数字化交付提供参考借鉴价值。参考文献：参考文献：1 延建林,孔德婧.解析“工业互联网”与“工业 4.0”及其对中国制造业发展的启示J.中国工程科学,2015,17(07):141-144.2 吴奇庆.数字化工厂与数字化交付探析J.中国科技纵横,2019(8):29-30.3 马时霖,秦海良,王晓刚,等.浅谈智能工厂建设中的数字化应用J.乙烯工业,2021,33(4):6-10.DOI:10.3969/j.issn.1671-7120.2021.04.003.4 李家华,张宏铨,万浩然,黄黎明.水运工程中 BIM 模型编码技术研究及应用J.中国港湾建设,2021,41(10):38-43.5 陈正鹏,唐鑫.水运工程 BIM 技术应用现状与实施模式分析J.中国水运(下半月),2020,20(12):25-27.6 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 51296-2018石油化工工程数字化交付标准S.北京:中国计划出版社.2018.7 孙冠华,贺永金,姜继鼎,孙建斌.化工数字化交付项目中三维协同设计的应用及优化J.河北工业科技,2021,38(04):300-307.16