镇海沸腾床渣油加氢装置数字化交付探索与实践

叶锋1，蒋波1，庞修海2

(1.中石化洛阳工程有限公司，河南省洛阳市；2.中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司，浙江省宁波市)

        摘要：以中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司沸腾床渣油加氢装置数字化交付过程为例，介绍了数字化交付的方法和数字化工厂的形成过程，对数字化交付和三维可视化施工技术工作进行了总结。采用数字化交付有助于实现设计协同,提高设计的准确性,实现施工可视化管理，打通设计、采购、施工等工程数据流来确保数据的准确性和唯一性，对后期的管理、运维、改建、扩建等提供数据支持。数字化交付在工程建设期、生产运维期的深化应用，提高了工程建设的质量和效率，实现了生产运维和工程建设的充分融合。

        关键词：沸腾床渣油加氢装置 数字化交付 数字化模型 管控平台

        数字化交付是以工厂对象为核心，对工程项目建设阶段产生的静态信息进行数字化创建直至移交的工作过程。为满足高质量全数字化交付的要求，工程公司不同专业人员也需要在同一个平台(PDMS，SP3D，PDS，E3D等)上工作，保证设计信息能够准确、便利地导入导出，做好数据采集、设计文件双向校验等工作，特别是做好“设计、采购、建设”三者之间所需数据、资料的相互衔接，并完成项目执行全过程的项目管理。以中国石油化工股份有限公司镇海炼化分公司沸腾床渣油加氢装置数字化交付过程为例，对数字化交付和三维可视化施工技术工作进行了总结。

        1、数字化交付架构

        依据GB/T 51296—2018《石油化工工程数字化交付标准》要求，按照资产全生命周期管理总体目标，以工程全过程数字化建设(EPCCM)为主线，以设计集成为源头，以工程建设期、生产运维期应用为导向，实现工程建设工程物理工厂与数字工厂同步建设、同步交付。

        2、构建全专业数字化模型

        以PDMS为中心，将不同专业、不同格式的三维模型结合到一起，构建全装置的数字化模型，主要实现以下功能。

        (1)结构专业实现了从桩位、基础、管墩到钢结构的PDMS模型展现，全装置采用钢结构制造厂的Tekla制造模型导入PDMS，进行管道和仪电槽盒的碰撞检查。

        (2)总图专业实现道路、竖向排雨水以及雨水沟的PDMS真实体现。

        (3)设备专业将采用X-Vessel设计的塔器、容器导入PDMS，给管道设计提供设计参考。单体设备的平台梯子三维设计软件已经运行成熟并无缝接入PDSM三维设计平台。

        (4)加热炉专业将制造厂的Tekla模型导入PDMS三维设计平台。

        3、搭建三维协同设计集中管控平台

        3.1 主要功能模块

        3.1.1 精细化模型剖切

        支持精细化模型在X，Y，Z 3个方向上的剖切。剖切后，可以通过漫游平移缩放，实现观察精细化模型的内构件。可在统一的数字化平台内观察了解反应器内构件，帮助设计人员可视化高效地学习新型反应器的设计原理，实现技术积累；同时在施工阶段，也为施工单位在设备安装等过程提供协助。

        3.1.2 空间距离及设备表面积计算

        支持三维场景内任意两点或者多点之间的距离测量，系统可以自动精确方便地获取垂线段距离，有利于对车间的布置设计及对施工方案讨论与调整。支持任意模型的表面积自动计算。可以在施工前，作为设备设施刷漆工作前的工程量预估。

        3.1.3 批注功能

        在任意位置添加文字或者图标批注，文字信息与三维可视化模型场景关联，极大地提升了信息的传递和理解效率。

        3.1.4 视角保存

        支持兴趣视点的保存，可以实现关注区域一键到达，避免重复检索和调整观察的视角。方便模型查看浏览。在施工阶段，一个问题需要多次开会讨论时，可以快速切回对应的模型场景。

        3.1.5 场景管理

        可在一个账户内建立多个场景空间，每一个场景下除了设备的工程信息与文档外，其余信息各场景独立保存互不影响，以帮助用户建立不同的场景空间管理不同类别的信息，实现信息的分类独立保存；可将特定信息分享给指定用户，在信息共享上实现分级管理。

        3.1.6 模型抽离

        模型抽离虚化，不仅可直观观察到地下隐蔽设施，并能方便从复杂区域内直接观察到目标工厂对象与周边设备设施的情况，用以评估工程施工、设备未到货影响施工范围等评估。

        3.1.7 快速检索

        支持全字段的精确检索和模糊匹配检索，快速找到目标工厂对象，可以快速找到常用的单个目标。

        3.1.8 导航树

        导航树支持PDMS原始结构树的展示，可以实现导航树节点和模型节点的双向定位。导航树可以展示原始设计结构树，便于用户通过结构树定位关心的模型。

        3.2 三维模型管理功能

        3.2.1 分类文件

        分类文件是对工厂对象组织结构的描述，包括工厂对象分类、属性、量纲、属性规则、文档分类、文档属性等内容，用以规范数字化交付标准的基础定义，确保按业主要求交付。

        3.2.2 模型自动更新

        PDMS与集中管控平台实现每日空闲时间自动进行模型同步，在集中管控平台能够观察PDMS中真实的工作进展、工作场景原貌。

        3.2.3 多来源模型数据导入

        将不同来源的模型导入平台主要指对装置设计、采购所应用的不同格式软件的模型进行解析，包括PDMS，XV，Tekla、探索者、SolidWorks，3Dmax等软件。

        3.2.4 内部结构模型导入

        支撑含有内部构建的模型以三维可视化的方式进行剖切展示，以便于及时掌握新型设备设计原理和应用于现场施工安装。

        3.2.5 模型颜色修改

        在设计模型过程中，往往采用系统默认的颜色配置，这与实际的工厂对象颜色有一定的差异，在交付设计成果的同时采用自动化的方式对模型颜色进行批量修改，提高了设计人员的工作效率。

        3.2.6 分类映射

        在EPC阶段，模型里的分类及属性主要是以设计方面的专业用语为主。如PDMS里的分类有EQUIP，PIPING，STRU等，在交付设计成果的同时对这些成果进行了“翻译”，直接将交付数据转化为业主所需。

        3.2.7 模型校验及整理

        主要指对已交付的模型进行人工抽检，包括检查模型是否具有几何外形、模型分类是否正确、模型空间是否重叠、模型位号是否唯一。模型整理主要指对抽检模型和校验模型中发现的问题进行确认和整改，确保按业主要求交付。

        3.3 属性数据交付

        3.3.1 标准模板

        按照中石化EM28大类要求进行数据的重新组织，制定要求交付数据模板，并根据要求将设计原始数据表与要求交付数据模板制定映射关系，提供每类数据表自动提取工具。

        3.3.2 交付属性

        工厂对象属性数据模板数据来源于不同设计专业、采购、施工阶段，利用自动化的工具对大量的非结构化数据进行批量处理(提取、整合、剔除)，在交付给业主完整属性数据的同时，减少了EPC人员处理数据的工作时间，提升了工作效率。

        3.3.3 校验及整理属性

        基于已定义的分类文件中的属性规则，对属性数据表中的属性值进行属性合规性和饱和度校验，确保交付的属性合规、完整。整理模型主要指对校验属性过程中发现的属性问题进行整改，包括属性值的修改和补充。

        3.4 文档交付

        3.4.1 构建关联关系

        基于业主交付要求，对EPC交付文档和工厂对象之间自由建立关联关系，方便业主在装置运营时，通过工厂对象便可以找到与其有关联的全部文档，并支持文档的在线预览，降低业主在数据检索的时间，提升工作效率。

        3.4.2 交付文档

        在设计-采购-施工阶段交付的大量文档通过批处理方式进入系统，支撑用户通过关联关系进行查看。

        3.4.3 校验文档关联性

        校验文档关联性指对已交付的文件与工厂对象的关联关系进行校验，主要包括：关联工厂对象位号与模型位号是否一致；已交付的文档是否与计划关联的工厂对象建立关联；模型中的工程对象是否有与之关联的文档。

        3.4.4 整理文档

        整理文档主要指对校验文档关联性过程中发现的问题进行整改，包括关联位号的修改、文档补充等。

        3.5 状态管理

        根据不同设计状态属性，如参考、工作、存档、施工、成品、变更及竣工等，在平台中只显示分区某个状态的工程对象模型。根据管道或者设备的属性提取关注的参数并进行模型的高亮和重点显示。

        3.6 设计进度管理

        根据模型的自动更新，在平台中按照不同的属性和分区进行统计、排序，并能进一步关联，实时监控设计进度。

        4、三维可视化管道施工管理

        基于三维可视化技术，以管道焊接质量和进度控制为核心，覆盖管道施工全业务过程、多单位协同的可视化管理工具。同时利用管线焊接三维模型自动生成、试压包自动划分、无损检测自动组批、交工资料自动生成等智能化模块，使施工组织更高效、施工质量更可控。

        4.1 主要功能

        4.1.1 管道预制管理

        接收设计平台输出的描述管线的标准格式文件，包括IDF和PCF文件，基于标准库和图形库对文件进行解析自动构建三维模型。焊口设计主要根据SH/T 3558—2016《石油化工工程焊接通用规范》对管线进行焊口位置和焊口属性的设置以及编号。当施工过程发生变更时，可以根据具体情况增删焊口，进行变更的标识(设计割口、施工割口、扩探口等)，使管理人员能够一目了然地了解管线的施工和变更情况。

        4.1.2 获取全面的设计数据

        将管道模型及其拓扑关系通过PBS分解方式进行，并与施工图纸进行关联。从设计文件中提取了完整的管线工艺参数与组成件及其属性信息，包括管线、管件、阀门、法兰、垫片和焊缝。自动获取管线号、管道级别、压力等级、材料等级、设计温度及压力、操作温度及压力等工艺参数信息,指导后期施工管理过程。

        4.1.3 自动统计工作量

        按照不同材质、管径、压力和壁厚等条件，分别统计每个分区的寸径，并在模型中显示。

        4.1.4 自动生成报表

        将数据与三维模型结合，同时集成业务规则使数据自动流向下游处理环节，交付时自动生成资料，通过过程控制保证数据质量，提高交付成果可利用性和交付过程工作效率。

        4.1.5 进度统计与展示

        在三维模型中呈现每道焊口基本信息及过程记录信息，同时提供图文结合的方式，通过信息下钻的视图展示各级的进度、质量数据，并可在统计的基础上进行任意时间段的分析，有助于实时了解工程进展。

        4.1.6 焊口信息

        以焊口模型为载体，实现业务数据的直观展示、查询等应用，有助于质量、安全的监管。实现管道焊接施工的焊口设计直至焊口全部合格的闭环管理和各阶段数据的集成，形成有效地数据组织，实现一次输入、全局共享。

        5、结束语

        项目的数字化交付是为数字化工厂、智能化工厂提供基础数据的支撑，进行有效的数字化移交，主要体现在以下几个方面：①数字化交付作为一种先进的理念和手段，对实现设计协同、提高设计的准确性、实现施工可视化管理等提供帮助；②数字化交付打通了设计、采购、施工等工程数据流，确保了数据的准确性和唯一性，对后期的管理、运维、改扩建等提供有效数据支持；③数字化交付在工程建设期、生产运维期的深化应用，提高了工程建设的质量和效率，实现了生产运维和工程建设的充分融合。

        作者简介：叶锋，高级工程师，本科，1987年毕业于清华大学热能工程系，主要从事工程项目管理工作。