基于站场完整性管理要求的工程设计数字化交付应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 28 日 作者简介：梁健（1984），男，汉族，陕西西安人，硕士学历，高级工程师，从事工作为暖通。-168-基于站场完整性管理要求的工程设计数字化交付应用 梁 健1 杨亚欣1 寇睫敏1 黄 波2 赵 明2 1.陕西省天然气股份有限公司，陕西 西安 710000 2.中石化江汉石油工程设计有限公司，湖北 武汉 430000 摘要：摘要：伴随智慧管道、智能管网建设的逐步深入，应用数字化交付手段，实现管道业务数据的集中保存和管理，为站场完整性管理体系建设，为设备选择与分级管理、风险评估、检验/测试与预防性维修等奠定数据基础。本文通过总结陕西省天然气股份有限公司新建压气站工程设计数字化交付应用，为油气管道站场完整性管理体系要求及数字化交付应用的实施提供一定参考，希望能够在油气站场信息化、数字化和智能化管理水平提升方面，做出一定的贡献。关键词：关键词：压气站；站场完整性；数字化交付；数字孪生；低代码平台 中图分类号：中图分类号：TE973 近年来国内设计单位在线路和场站跨专业综合设计上开始逐步运用数字化、三维可视化等技术手段，在一定程度上实现了设计数据整合和结构化记录，但仍存在数据范围、数据格式要求未统一，设计成果局限于浏览出图、开放性差等问题，导致设计数据无法在工程建设和运营管理中充分发挥价值。设计数字化移交平台将设计数据进行“数字化管理”，在设计期即可向建设单位提交一个“数字化管道”。在建设期，建设单位在数字化管道基础上叠加各类施工数据，利用设计移交平台的可视化特点进行直观分析，识别按图施工、合规性施工等情况，助力提高工程项目建设质量，保障工程建设依法合规性。在运营期，与生产运营管理系统、地灾监测系统、风险预警分析系统等一起，通过对基础地理数据、运行数据、灾害监测数据的综合分析，为管道科学管理与决策提供信息支持，以达到提高管道运行效率，延长管道生命周期的目的。1 站场完整性管理及工程设计数字化交付研究 近年来陕西省天然气的需求量增长较快，冬季供需气量缺口逐年增大，供气形势异常严峻。为确保冬高民生用气平稳，陕西省天然气股份有限公司（以下简称“陕西燃气公司”），紧盯保障民生供气、加快项目建设。陕西燃气公司以某一新建的压气站为试点，工程建设过程中，组织开展基于站场完整性管理要求的工程设计数字化交付，将压气站工程设计过程中产生的图纸、文档、数据、模型等内容，通过信息系统平台进行模型、数据、文档、图纸的对齐和挂接，实现设计阶段成果物的全面数据采集与整合，为站场完整性管理体系建设和完整性管理实施打基础。站场完整性管理及工程设计数字化交付涉及多个专业内容，主要包括：站场完整性管理、数字化交付、数字孪生体、低代码平台。1.1 站场完整性管理 国家能源局于 2022 年 11 月 4 日发布SY/T 7664-2022 油气管道站场完整性管理系统要求文件，规定了油气管道站场构建完整性管理体系的基本要求，用于指导企业建立站场完整性管理体系1。通过实施完整性管理工作，能够提高设备设施安全性、可靠性、经济性运行水平。完整性管理对运行有明确的定义和要求，包括：数据采集与整合、设备选择与分级管理、风险评估（风险识别、风险分析与评价、风险应对）、检验/测试与预防性维修。数据采集与整合是开展站场完整性管理的基础和前提，要求建立站场完整性管理数据库，用于储存、管理和维护数据。需要采集的数据内容至少包括：基础数据、生产运行数据、检测评价数据、维修维护数据、缺陷/故障数据、经济数据。1.2 数字化交付 国家标准GB/T 51296-2018 石油化工工程数字中国科技期刊数据库 工业 A-169-化交付标准于 2018 年 9 月 11 日发布，对数字化交付进行了定义，为石油化工数字化工厂和智能工厂建设提供基础，规范工程建设数字化交付工作。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。涵盖信息交付策略制定、信息交付基础制定、信息交付方案制定、信息整合与校验、信息移交和信息验收”。2中石化集团公司于 2019 年 10 月编制印发了石油化工工程数字化交付执行细则（试行）（2020 年 1月 1 日起开始试行），其中对数字化交付原则、职责分工、交付内容（包括三维模型深度、供应商交付深度、提交的工厂对象相关施工资料提交深度）、交付质量控制和相关的知识产权保护做了详细的定义和解释。3 交付方应按照交付基础的要求收集、整合交付信息（数据），并应按交付物规定移交，交付内容应包括数据、文档和三维模型，交付信息（数据）宜采用数字化交付平台组织与存储。数字化交付平台应具备建立和管理数据、文档和三维模型之间关联关系的功能，应具备对工厂对象进行关联查询的功能，应具备三维可视化工厂信息的浏览、综合查询、检索和测量的功能。1.3 数字孪生体 数字孪生体是指利用数字技术对物理实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模的过程和方法，建立与现实世界物理实体完全对应和一致的虚拟模型，可实时模拟自身在现实环境中的行为和性能4。利用倾斜摄影建模、激光扫描精细建模、无人机全景影像记录等多种技术手段，融合地理信息、卫星影像等数据，建设数字孪生底座，可为数字化交付提供可视化、全真场景。1.4 低代码平台 传统信息系统平台开发方式需要专业技术研发团队负责，通过分析、设计、开发、测试、部署等多轮迭代完成平台建设，往往会出现建设周期高、费用成本高等情况。低代码快速开发平台，基于云计算、微服务、J2EE体系架构，具备拖拽式开发、跨平台、多技术集成等特性，能够确保信息系统平台开发总成本最优。成熟、先进的低代码快速开发平台，应全面自主可控，同时对国产软硬件兼容、支持。如：麒麟、普华操作系统，达梦、神通、人大金仓数据库、WPS 办公软件、火狐浏览器、金蝶中间件，龙芯、鲲鹏处理器等。2 站场完整性管理及工程设计数字化交付应用 陕西燃气公司在一新建压气站工程建设中，组织开展基于站场完整性管理要求的工程设计数字化交付工作。首先，编制数字化交付规范，对设计阶段交付数据、文档、三维模型进行规范。其次，在压气站数字化设计基础上进行压气站三维模型移交，融合倾斜摄影数据、周边高清卫星影像数据，建设压气站数字孪生体；最后，通过数字化交付平台进行设计阶段成果物的移交，并与其他业务管理系统集成，建立设计数据向施工、运行阶段的数据通道。2.1 数字化交付规范 根据 油气管道站场完整性管理系统要求 文件，对压气站工程设计阶段需要采集的数据内容进行分析，结合陕西燃气公司的管理需求，形成一套完整的压气站工程设计成果数字化移交规范输气管道工程数字化标准，用于规范和指导建设站场完整性管理数据库。该数据库可为投产后的压气站运行维护管理、完整性管理提供资产数据支撑。输气管道工程数字化标准体系文件由 10 项标准 1 套移交模板组成，体系架构分为三个层次，基础类 4 项，规范类 4 项，指南类 2 项。1）基础类标准：由综述和和编码规范组成，包括：综述、工作分解结构编码规范、工程对象编码规范、工程文档编码规范；2）规范类标准：主要是对设计阶段的业务活动及其成果物进行定义，包括：施工图设计数据交付规定、可研文档交付规定、初步设计文档交付规定、施工图设计文档交付规定、三维模型交付规定；3）指南类标准：指导输气管道工程建设及运营单位实施数字化管理，包括：实施阶段执行细则、施工图设计阶段数据采集模板。2.2 数字孪生建设 该压气站的工程设计采用了数字化三维设计工具，中国科技期刊数据库 工业 A-170-应用 AVEVA 公司的 E3D 软件进行工艺配管、设备、电仪等专业的多专业协同正向设计及高精细度建模，使用 Auto Desk 公司的 REVIT 软件进行建构筑物以及场地建模，并进行建筑、结构、机电等专业 BIM 深化及优化工作。将三维设计模型进行转换，生成 LOD300 级别三维可视化通用模型，设备、设施、管件等进行单体化处理。利用多源数据处理、融合技术，将压气站模型与站场周边高清卫星影像数据（DOM）、倾斜航飞数据进行多源数据融合、叠加，建设压气站数字孪生体。利用轻量化技术，实现压气站数字孪生体的分级、分层显示，降低主机配置要求的同时，保障场景放大、缩小、视角切换时操作流畅。2.3 数字化交付平台 数字化交付平台采用先进、成熟的低代码快速开发平台进行系统搭建，在缩短数字化交付平台建设周期的同时，当数字化移交规范调整或优化后，对应采集内容发生变化时，可通过鼠标点选、拖拽方式实现平台采集表的快速调整。数字化交付平台由一个数据库、两个中心、三个应用组成。1）一个数据库，建设站场完整性管理数据库，集中组织、储存和管理设计阶段数据、文档等数字化移交内容。2）两个中心，数据中心和文档中心。数据中心，根据数字化移交规范固化各类数据采集表单，提供采集数据的填报、修改、删除、查询、批量导入等功能，提供场站模型对象与采集数据、文档资料的关联关系设置功能。文档中心，根据数字化移交规范初始化目录，对压气站工程的立项审批、可行性研究、专项评价、初步设计、施工图设计等过程文档和成果文件进行管理，提供文档文件的上传、下载、检索、查看等功能。3）三个应用，数字孪生体、可视化应用、集成及扩展服务。数字孪生体，将富县压气站数字孪生体发布到数字化交付平台，作为可视化底座支持三维可视化应用场景。可视化应用，实现场站三维模型、图纸文档、属性数据的关联展示，将站场模型对象与数据建立起“地物”、“数据”联系，实现“数据找物”、“物找数据”双向联动。支持输入装置、设备位号和名称进行检索，在查询列表中查看装置、设备详细信息，也支持通过“定位”切换到三维场景中具体安装位置。集成及扩展服务，数字化交付平台可以为项目管理系统、物资管理系统、完整性管理系统等其他业务系统提供数据集成或业务功能集成接口或服务。3 站场完整性管理及工程设计数字化配套措施 3.1 搭建经营共享服务平台 伴随人力资源优化和退休高峰到来，单位出现专业力量不足、承压负重运行的情况。业务上，合同管理、物资采购、财务结算等业务流程长、节点多，人员分散、各自为战，专业性和战斗力提升受限，经营风险不好把控。基于以上问题，我们将工程设计、定额造价、合同及招投标、物资服务、财务核算业务整合到经营共享服务中心，通过优化业务流程，配齐配强经营业务人员，打造经营共享服务中心一站式专业服务平台，为基层单位松绑赋能，提升经营风险防控能力，为油藏经营分析决策提供服务支持。3.2 有序开展业务承接，提高服务能力 承接基层单位合同订立发起、合同变更、合同结算、合同终结、业务公开表格填写等业务。调整后，中心提供业务办理服务，主体单位履行审核职能。通过强化合同合规性把关，合同签订及时性大幅提升，内审外查风险明显降低，合同运行效率提高 25%。推行“框架合同+任务书”运行模式，选商耗时节省至少 1周时间。承接财务核算业务。为进一步推进经营数据流集中，发挥数据集成应用职能，整合资产运营业务，承接原基层运行的成本、收入核算业务，通过强化依法合规核算，打造经营数据共享应用平台，数据应用能力显著提升。承接井下作业造价审核。伴随井下作业结算模式改变，原先由管理区负责的井下作业费用审核，由经营共享服务中心承接，承接后中心负责作业井的定额套用、作业施工工序及主材的结算审核；基层单位（业务部门）负责作业方案的编制、变更及审核，作业现场监督管理，以及井下作业工作量签认单审核。承接易派客采购业务。为提升物资采购效率，规避易派客采购风险，经营共享服务中心强化对基层需求计划汇总、会审，加强物资调剂，承接易派客采购、物资结算及物资管理系统维护业务。基层单位负责在线清提报需求计划并选商，负责物资现场验收拍中国科技期刊数据库 工业 A-171-照。3.3 强化流程 e 化，提升共建共享水平 以“一站式”服务业务全部线上运行为建设目标。前端对接预算，后端对接结算，“一站式”服务业务流程更加完整。业务办理信息自动推送。同要素系统自动抓取，无需基层提供。物资提前介入，强化闲置物资盘活利用。业务办理时间系统自动监测，提升业务办理效率。三务公开 AB 表系统自动生成，为基层减负。4 结束语 通过基于站场完整性管理要求的工程设计数字化交付应用，实现压气站工程建设管理和生产运行的有效数据衔接，为站场完整性管理奠定数据基础。基于数字化移交标准，以工程对象为核心，以三维模型为基础，通过数据、模型、文档的关联管理，以可视化、平台化、集成化的方式进行数据采集与整合，实现数据的统一、集中、共享，对站场工程全生命周期数据资产实现集中式管理。在提高设计成果移交效率和应用水平的同时，全面提升压气站工程信息化能力和数字化水平，开启管道数字化、智能化管理的新篇章，助力企业数字化转型的迫切需要。参考文献 1国家能源局.油气管道站场完整性管理系统要求 SY/T 7664-2022 S.北京:石油工业出版社.2022.2中华人民共和国住房和城乡建设部.石油化工工程数字化交付标准 GB/T 51296-2018 S.北京:中国计划出版社.2018.3程娇艳.浅谈油气长输管道及站场设计的数字化交付J.工程技术,2023(6):63-66.4庄重 李宇舟 李阳.基于数字孪生的设备大数据智能运维平台构建J.四川建筑,2021(4):213-215.