石化工程数字化交付中的结构探讨

石化工程数字化交付中的结构探讨

左涛涛

中国石油工程建设有限公司华北分公司，河北省 沧州市 062550

摘要：随着信息技术的日益发展，信息化已成为加快实现工业化和现代化的必然选择。石油化工行业是一个涉及多变量相协调的生产过程，涉及复杂的工艺路线和工艺参数。这其中，石油石化工程建设企业作为数字化交付的重要主体，是确保产品与整个装置安全运营的关键核心环节。基于此，本文就石化工程数字化交付中的结构进行简要探讨。

关键词：石化工程；数字化交付；结构；

1石化工程数字化概述

目前，石化产业在不断深化“两化融合”与“互联网+”的同时，正在逐步从机械化、电气化、自动化的发展趋势向数字化、信息化、智能化的方向进行转变。其中，生产设备由电气化、自动化向数字化的转变程度，直接决定着石化产业向着智慧化和智能化的发展速率。生产设备的数字化是应用信息技术，将工程设备规划及设计、设备制造、设备的安装和运维等信息转变为结构化数据或非结构化数据，从而建立数据组织模型，并通过数字化的形式进行表达、传输以及系统处理。在传统的设备管理模式中，设备的设计、采购、安装和运维等各个环节均由不同的部门独立运行，数据信息共享程度低，导致在一些特殊状态和需求下，各项设备信息无法及时共享传递，不仅无法保证数据的安全性和准确性，更不利于设备运行管理经验的积累。同时，也增加了设备管理的后续工作难度为解决设备设计、制造、安装调试以及设备运维之间的数据信息孤立问题，本文在总结已有文献研究成果基础上，引入了设备全寿命周期的理念，并建立了石油化工设备的数字化全生命周期管理体系。采用所建立的数字化全生命周期体系，不但能够增强设备的管理工作精度，实现设备全生命周期的数字化信息智能关联，还可以提升设备管理工作的质量，保障装置的安全高效运行，为企业创造更多的经济效益。

2三维模型

2.1专业分工

石油石化工程项目数字化交付为建设数字化工厂服务，对于三维模型的细致程度比建设企业内部三维设计要高很多，石油石化工程建设企业在以往的项目中，三维设计的目的是提高设计质量，线少管线和构筑物碰撞，大多由配管专业替结构专业建模。在数字化交付应用阶段，建（构）筑物三维模型，进行工艺数字化模拟，安全风险处理方案模拟等技术活动。石油石化工程业主在建设数字化、智能化工厂的过程中，将充分使用建（构）筑物三维模型，进行工艺数字化模拟，安全风险处理方案模拟等技术活动。石油石化工程项目数字化交付给业主，配管专业三维设计阶段的简陋三维模型不能用来数字化交付，在新的分工中，结构专业须为结构施工图的所有设计内容建立三维模型，成为数字化交付三维模型主要承担者。数字化交付中结构专业三维模型图例如图1所示。

图 1   数字化交付中结构专业三维模型

2.2工作量估算

石油石化工程项目根据建设企业水平和业主具体要求在项目策划阶段，对三维模型提出最低深度要求和建议深度要求。以中石油某炼厂项目数字化交付为例，结构专业在数据收集整理、三维模型细化人工时投入估算为结构施工图设计工时10%~15%，与《石油化工工程数字化交付执行细则》数字化交付人工时测算结果基本相符。

2.3二三维关联

在三维模型建立后，将位号赋予所有的杆件、墙体、板、栏杆、直梯、基础。数字化交付平台的关联程序会在数字化交付数据打包生成时，将属性表中工厂对象类属性信息、文档位号关联关系自动写入自动写入对应三维模型零件，进而实现二三维关联和工厂对象数字化。

2.4信息一致性

结构专业的三维模型应与二维图纸中构件的平立面布置、标高、截面尺寸及方位角保持一致。

2.5三维模型内容及深度

结构专业的三维模型内容及深度应体现但不局限于以下内容：

1）管廊斜撑、建筑物门窗基础；2）操作栏杆；3）检维修、吊装用吊柱或吊车梁；4）地坪、围墙/围栏外形；5）水池、地坑、地沟、管沟及涵洞；6）建筑物、外形、通风口等；7）其他地下设施。

3石油石化项目主要建型搭建技术

3.1框架和管廊

这种工厂对象一般是钢结构框架，包括设备构架、非设备框排架、加热炉框架、换框架等，主要由杆件组成：梁、柱、基础、柱间支撑、桁架、平台板、平台开洞，附属结构有栏杆、直爬梯、斜梯、设备支座。

石油化工工程企业结构专业在三维工程设计平台中建立的三维模型可作为数字化交付三维模型细化工作的基础，继续补充附属结构。

3.2池类

这种工厂对象一般是由混凝土板、墙、平台板、平台开洞组成，附属结构有栏杆、直爬梯、斜梯，包括池类、非标井类结构。

这类构筑物常与建筑物复合较复杂，建模难度大，三维模型零件不多，但是有些零件消耗工时特别多，主要靠结构工程师提高个人建模水平。池类三维模型图例如图2所示。

图 2   池类三维模型

3.3建筑物

这类工厂对象一般是混凝土框架结构，包括综合楼、办公楼、更衣室、餐厅、中央控制室、现场机柜间、变电所、化验室，主要由杆件组成：梁、柱、基础、平台板、平台开洞、墙体，附属结构有栏杆、门窗等。

3.4厂房

这类工厂对象一般是门式钢架结构、带钢屋架的框排架结构，包括挤压造粒厂房、阀门室、泵房，包装厂房、化学品库、成品仓库、维修厂房，主要由杆件组成：梁、柱、基础、平台板、平台开洞、墙体，附属结构有栏杆、直爬梯、斜梯、设备支座，如图3所示。

图 3 厂房三维模型

3.5设备基础

这类工厂对象为混凝土结构和钢筋混凝土结构，包括储罐基础、管墩、泵基础、支架基础、电缆沟、高干灯基础，如图4所示。这类工厂对象一般结构简单，比较常见。对于加热炉构架及其他由设备厂家整体打包的设备钢结构，可以采用参考文件形式，由设备厂家提供外轮廓参考文件，通过接口导入数字化交付平台。

图4 罐区三维模型

结论

近年来，国家相继发布了《中国制造2025》、《智能制造发展规划(2016-2020年)》、《国家智能制造标准体系建设指南》通过数字化交付，可以实现智能设计、建造和交付，为智能工厂建设提供强有力的支撑。中国已进入石油石化工程数字化交付应用阶段。全面推动数字化交付已经成为行业共识，也是工程公司和设计院的未来趋势。只有掌握数字化交付相关技术，才能在数字化、智能化发展中适者生存，为提升石油石化工程企业竞争力，促进石油石化行业数字化、智能化建设良性发展做出贡献。

参考文献：

［1］ 吴青．石油企业数字化工厂建设及其关键技术研究［J］．无机盐工业，2018，50( 02) : 111－117．

［2］ 吴青．智慧石化建设中工程项目全数字化交付探讨［J］．无机盐工业，

2018，50(05) : 111－116．

［3］ 马生伟，何学聆．设备全生命周期管理在生产企业的应用［J］．中国氯碱，2020，20(08) : 124－127．