田宇

（華陸工程科技有限責任公司，西安 710065）

1 數字化交付概述

數字化交付主要是指圍繞工程對象，對工程項目建設期間產生的一系列靜態(tài)信息進行數字化創(chuàng)建直到移交的整個工作過程，主要包含信息交付策略制定、信息交付方案制訂、信息交付基礎制定、信息整合及校驗，以及信息移交與信息驗收等[1]。相比于傳統(tǒng)以紙質圖紙以及無法搜索的掃描件為主體的工程設計交付形式，數字化交付主要是利用集成化平臺，以標準數據庫的形式把設計相關的成品、內容、對象數據、對象參數等提交給業(yè)主，以方便后續(xù)使用中能夠高效、及時、便捷地檢索所需文件，使業(yè)主在經營管理中更加直觀，能夠簡單、快捷地經集成平臺調用所需文件數據， 并可參考相關數據做好維護工作，而且后續(xù)擴建中也能方便地查閱調用設計信息，屬于一種新型設計產品交付方式。 而且在數字化交付應用中，工程設計人員可在數據集成與共享的基礎上，利用線上平臺更自動化、精準化地校驗上下游專業(yè)設計結果，盡量減少設計錯誤率，切實提升設計效率。 針對相同類型的項目，可使所設計的項目模型與數據具有更高的復用率， 有助于減少同類項目前期準備時間。 業(yè)主通過數字化交付，能夠基于設計數據科學地建設智能化工程，動態(tài)了解工程運行相關管理數據，促使工程更穩(wěn)定、智能地運營與維護，并可對設備資產加強數字化管理。

2 工程設計數字化交付的常見問題

2.1 設計軟件相關問題

目前， 在數字化交付中， 主流的設計軟件有PDMS、Smartplant 系列軟件等， 和以往平面設計軟件相比， 此類3D軟件具有較高的硬件要求，往往無法適用于傳統(tǒng)平面設計中用到的電腦硬件，在設計期間，經常因為工作站配置或者服務器配置較低等造成死機，進而引發(fā)數據丟失、項目進度受影響等問題[2]。而且3D 軟件和部分輔助設計軟件不兼容，設計過程中會使工程師面臨一定的困擾。

2.2 對工程設計師能力要求高

和傳統(tǒng)設計項目相比， 數字化交付相關項目對工程設計師提出了更高的要求， 因為數字化交付所用軟件和傳統(tǒng)二維軟件相比更加復雜，同時操作界面也有別于二維設計軟件，對此，需要工程設計師深入學習，充分掌握新型三維設計軟件的使用方法，全面了解與熟練應用軟件功能。 在以往項目設計中，主要會通過3D 軟件進行輔助設計，發(fā)揮檢查碰撞以及各專業(yè)協調等功能，設計完成后再提交要求，然后交由采購方進行材料與設備的購買，從而進行現場施工，直至項目完成。 而數字化交付相關工程在3D 軟件設計中，需要利用相關軟件在同一平臺中整合項目設計、采購、施工等信息，要求各專業(yè)、各領域全面參與，這使得項目管理流程有別于傳統(tǒng)項目流程，要求工程設計師基于3D 軟件新功能以及數字化交付項目新形式等重新制定項目管理流程、采購流程以及施工流程等。 若工程設計師自身能力欠缺，容易在數字化交付過程中出現問題。

3 數字化交付在工程設計中的運用內容

本文主要以化工工程項目為例， 分析工程設計中運用數字化交付的內容。 通常情況下，裝置院要分別承擔自身所負責的裝置設計任務，完成相關設計內容，總體院除了要進行總體數字化交付規(guī)定的制定，對相關交付規(guī)定做出合理解釋，將項目類庫或者項目初始化的種子文件提供給各個裝置， 還要協助業(yè)主分階段對供應商以及承包商所移交內容的設計完整性、 深度以及相符性等進行模型審查以及驗收審查， 若有需求，還要在交付全過程進行全面設計審查。 此外，還要全面梳理業(yè)主ERP 采購編碼以及數字化交付工程編碼相互對應關系等。 在化工工程項目設計中運用數字化交付， 常會使用AVEVA 平臺、SPF 平臺以及西門子數字化平臺COMOS 平臺。

在化工工程項目數字化交付期間，要求交付內容不僅要提供電子以及印拷貝文件等相關交付物，還要同步提供工程設計集成環(huán)境平臺以及有關工具軟件相對應的數據庫備份，并要同步提供文件元數據表，要求數據表高度完整。具體來說，數字化交付應用中涉及的內容主要有工廠分解結構、 智能工廠要求、工程位號分類、三維建模、成套包交付、關聯關系等。 化工工程設計中運用數字化交付，比較重要而且耗時較多的環(huán)節(jié)是三維建模，主要是利用數據一致性檢查、碰撞檢查等自動化方式，盡量提升設計質量，所以，大部分項目業(yè)主會提出三維建模的具體內容以及深度要求[3]。其中，內容方面主要要求三維系統(tǒng)模型生成管道空視圖、管道材料表、截面圖、平面圖等文件，而設計深度方面則主要針對管道、儀表、設備、建筑、結構、地管、電訊、電氣、消防系統(tǒng)和固定消防裝置等提出詳細、深化的要求。

4 數字化交付在工程設計中的實踐案例

某大型化工項目主要建設大型煤制乙二醇裝置， 工程主要包含氣化、變換、凈化、空分、乙二醇及全廠公用工程和輔助設施等。 該工程總投資約200 億元，結構復雜，規(guī)模較大，涉及較多工程主項。經過深入分析，業(yè)主要求應用數字化交付設計。

4.1 建立三維模型

在該工程三維模型建立中，要先根據裝置院的建設順序，同業(yè)主共同制訂資料分步接收計劃。 收集的資料為可編輯版或電子版，數字化交付過程非一次性交付，如果中間過程資料非最終版本，應按照過程逐步完善，項目交付驗收將按照設計院竣工版圖紙為準。

本項目實施過程中采用AVEVA PDMS 作為三維設計軟件，AutoCAD 作為二維圖紙的制圖工具，Microsoft office 作為文本制作及處理工具， 并采用AVEVA NET 作為數字化交付平臺，用于交付物交付前的自檢。 相關專業(yè)人員通過三維協同設計平臺進行設計建模以及協調互動， 并在平臺中實時反饋設計信息。 在完成各部位的三維模型后，進入分級總裝階段，利用虛擬模型進行碰撞檢查， 由此發(fā)現結構設計以及布局中存在的不足和缺陷，同步予以修改。

4.2 信息及資料錄入

第一步建立的工程三維模型屬于初級產品， 尚無法充分達到數字化交付以及后期運維管理要求， 需要把工程相關各類信息與資料導入三維模型中，比如，各專業(yè)設計文件、施工圖紙以及工程施工與監(jiān)理期間產生的各種關于工程建設與驗收的文檔資料，還有各種設備性能參數、安裝信息、廠家信息等。 同時，要求錄入的信息要和模型內部的各種設備設施保持相互對應關系，最終獲得邏輯關系密切的數字三維信息模型。主要專業(yè)三維模型錄入和交付的深度要求如下。

4.2.1 設備模型內容及建模深度

1）設備一覽表中所有設備的設備定位及外形。

2）設備本體、管口、人孔。

3）設備吊耳、軸耳和吊柱。

4）附設備梯子、平臺。

4.2.2 管道模型內容及建模深度

1）管線一覽表中DN15 及以上所有工藝及公用工程管線的管道模型。

2）DN50 以上管道的支吊架。

3）安裝在管線上的管道特殊件及儀表。

4）管道夾套管及管道伴熱分配站、疏水站、回水站。

4.2.3 儀表模型內容及建模深度

1）所有設備和管道上的一次儀表、有毒可燃檢測儀表均需建模，需示意外形，滿足空間占位。

2）大于或等于200 mm 寬的電纜橋架。

3）埋地鎧裝電纜與穿線管，需示意外形，滿足空間占位。

4）機柜間需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4.2.4 電氣模型內容及建模深度

1）路燈、裝置區(qū)戶外燈具，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

2）大于或等于200 mm 寬的電纜橋架。

3）埋地鎧裝電纜與穿線管，需示意外形，滿足空間占位。

4）變電所需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4.2.5 結構模型內容及建模深度

1）位于地面及樓面的設備基礎，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

2）承臺，建、構筑基礎及基礎梁，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

3）建、構筑物的梁、板、柱、斜撐、屋架、吊車梁，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4）管廊、水池、煙囪、棧橋等特種結構，需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

4.2.6 建筑模型內容及建模深度

1）廠區(qū)內所有裝置、公輔設施等工業(yè)建筑需要建模。

2）裝置界區(qū)內地坪及地坪內地溝。 需按實際外形尺寸建立空間占位模型。

3）廠區(qū)公用建筑（綜合樓、化驗樓、中央控制室、生活樓、消防站、辦公輔樓、危廢暫存庫、檢修間、備品備件庫、危險品庫、化學品庫等）需建立建筑外觀模型。

4.3 發(fā)布并應用數字三維模型

項目數字化交付發(fā)布前， 管理員將不定期對數據執(zhí)行Integrity Check 功能檢查數據庫的完整性；設計過程中，設計人員將不定期地執(zhí)行Data Consistency Check 功能， 檢查數據一致性；執(zhí)行碰撞檢查，檢查碰撞問題；通過二次開發(fā)工具檢查等級分界、標高、設備管口等易錯模型；通過報告檢驗管線、設備、儀表等數據對象位號和屬性。

為使數字三維模型有更小的文件體量，在數據庫交付前，刪除所有的測試區(qū)域、測試模型、臨時過濾器、臨時文件、臨時目錄和測試報告等。 使用人員基于三維數字化模型，可通過網絡連接或設備所內嵌的信息資料庫實現遠程查詢、 管理及會診，達到無紙化辦公目的。 在三維數字模型建立基礎上，還能直觀、形象地查詢各類設備以及設施其結構參數、特征參數、空間定位、相互關系等信息，在后續(xù)工程維修過程中能夠在無損狀態(tài)下及時明確故障點位，尤其有助于快速、精準地了解隱蔽工程管線敷設走向以及具體位置等，及時定位故障點。

4.4 建立數字化交付平臺

該項目以數字化集成設計為基礎， 采用AVEVA 公司的AVEVA NET 作為交付平臺，建立完善包含工程標準規(guī)范、工程信息收集、數據校驗、瀏覽、存檔、持續(xù)化改造為一體的大型工程數字化交付平臺。 平臺支持瀏覽多類型圖紙文件 （如DWG、PDF 格式等），可以直接在網頁瀏覽器中瀏覽，不依賴源系統(tǒng)（軟件）的可視化功能；平臺支持熱點化圖紙，即對包含的工廠對象編號經過自動熱點化的處理，可供用戶進行點擊，以便查看此位號相關的詳細信息； 平臺支持對圖紙進行各類標注，還可將標注的信息保存并分發(fā)給其他用戶查看，標注不應影響原圖紙文件；平臺具備良好的文檔管理功能，支持用戶自定義文檔目錄樹結構， 支持文件內容與各類文件屬性的關聯查詢，可對平臺進行文件增、刪、改、查及升版等基本操作，具備文件多類型標注處理，具備全文檢索功能。

4.5 特殊定制與開發(fā)

因為化工項目具有一定的特殊性，而且工藝流程復雜，工程設計除了一些常規(guī)要求，還會涉及部分額外需求，例如，建設單位提出的智能巡檢、 模擬仿真沉浸式培訓、 固定資產管理、數據處理分析等要求。 對此，可通過計算機語言實現深度開發(fā)，基于建設單位一些個性化需求進行特殊定制與開發(fā)。 該工程在數字化交付中，于交付平臺的底層建立數據庫，用其存儲數據，并使編碼系統(tǒng)充分發(fā)揮其橋梁功能，使服務平臺當中不同的服務模塊聯系起來，最后基于三維模型在Web 界面中顯示。 通過該交付平臺，可對此工程實現全生命周期管理。

5 結語

近年來， 數字化交付開始廣泛應用于多個領域和諸多項目中，通過整合數字化交付全廠數據，可為工程建設、工程運維以及后期改造擴建等提供有力支撐。 在未來發(fā)展中，數字化交付的數字化、 無紙化管理理念將得到更廣泛和更深入的應用，促使工程管理更加智能化，工程決策更加科學化，并使資料與信息管理趨于電子化、網絡化。