煤矿水处理项目数字化交付实施路径

郑伟生

(中煤西安设计工程有限责任公司,陕西 西安 710054)

0 引言

数字化,是以数据为核心生成要素,将企业中所有业务、生成、营销、客户等有价值的人、事、物全部转换为数字存储的数据,形成可存储、可计算、可分析的数据、信息、知识,并和企业获取的外部数据一起,通过对这些数据的实时分析、计算应用来指导企业生产、运营等业务。

数字化交付让企业从传统要素转向以数据为生产要素,从传统部门分工转向网络协同的生产关系,从传统层级驱动转向以数据智能化应用为核心驱动的方式,让生产力得到指数级提升,使企业能够实时洞察各类动态业务中的一切信息,实时做出最优决策,使企业资源合理配置,适应瞬息万变的市场经济竞争环境,实现最大的经济效益。数字化交付是信息技术发展的高级阶段,也是数字经济的主要驱动力[1]。

矿井水处理常用和有效的技术是使用沉淀池,从水中分离悬浮固体污染物,这些污染物包括沉积物、固体、金属和化学品等。对于水中溶解的金属和化学物质需要使用化学沉淀,或者反渗透、超滤纳滤等深度处理方式解决[2]。

随着国家对工业项目尤其是煤矿项目的环保要求日益严格,煤矿的污染防治措施也日趋完善。2022年,中煤西安设计工程有限责任公司相继对门克庆煤矿等6个煤矿(含井工矿5个、露天矿1个)进行回访和调查,根据调查报告,采用一般沉淀或化学沉淀的煤矿达到100%,但采用深度处理的则不足65%(包括在建的深度处理车间),而数字化交付则均处于研发阶段。中天合创门克庆煤矿矿井水深度处理EPC项目(以下称:门克庆煤矿水处理项目)是采用深度处理的煤矿之一。

1 门克庆煤矿水处理项目数字化交付

1.1 数字化交付的意义

在日趋智能化的时代,传统的纸质提交模式基本不具备智能化的可能性。作为生产性能源企业,主要任务之一就是以智能化模式逐步替代传统管理模式,从而达到高效率、高效益、低风险等目的;作为工程设计公司,主要任务之一就是满足业主日益增长的智能化需求。数字化交付从根本上改变了传统以纸质为主体的工程设计,而通过数字化集成平台(如达美盛的PIMCenter),将设计成品以标准的数据格式交付给业主,确保设计模型、信息最终能够提供一份标准化的数据,为建立工厂资产的可视化管理、全面运维保障,物资耗材与备品备件、IOT、数据采集、数据统计与分析等智能化管理提供基础支撑。

目前,国外执行数字化交付的项目比较多,主要集中在化工企业,如BP、SHELL、Sabic等企业已具有较成熟的经验。国内在近几年逐步快速发展起来,中海壳牌、万华化学、茂名石化等企业陆续开展相关数字化项目的探索,逐步积累起丰富的经验。国内外数字化交付平台主要有鹰图、剑维、达美盛、中科辅龙等,国内平台主要处于探索阶段,成果虽斐然,但完整案例还比较少,有待进一步深化探索[3]。

就煤矿的水处理系统而言,潜在的改进领域是,提高水处理技术或效率,减少排放到环境中的污染物;可持续的技术有助于减少煤矿开采作业对环境的影响;便捷的检测和智能化维护确保其最佳的性能和防止停机造成事故。基于数字化交付并建立智能化管理的水处理系统能够较好的完成这些潜在改进领域,从某种角度讲,水处理系统涉及设备、管道、工艺流程、物联系统,与小型油气系统有类似之处。油气行业作为能源数字化、智能化工厂开发的先行者,在数字化设计、数字化交付方面已经积累了丰富经验,对研究煤矿水处理项目乃至煤矿项目的数字化交付具有借鉴意义。

1.2 数字化交付的内容

门克庆煤矿水处理项目数字化交付集成工程建设过程中产生的设计、采购、施工、试车和项目管理中的工程数据,通过智能P&ID、三维模型和智能文档建立数据的全关联,通过达美盛PIMCenter集成所有数据。如图1所示。

图1 工厂资产信息管理平台Fig.1 Plant Assets information management platform

门克庆煤矿水处理项目数字化交付的内容包括数据、文档、模型。

交付的数据:包括工程对象的属性值,如计量单位、设备规格性能、仪器仪表信息等,按照达美盛PIMCenter的要求进行组织,主要以工厂对象的分类属性表呈现。项目按照工厂分解结构(PBS),以工厂对象位号为核心,把工程设计、建设阶段的图纸、模型、文档等建立工程对象和属性信息间的逻辑链接,从而实现整个项目的数字化数据的单一入口和基础数据源[4]。如图2所示。

图2 工厂分解结构示意Fig.2 Diagram of plant breakdown structure

交付的文档:涵盖项目各阶段的文件、图纸、计算书,设备的安装清单、各类说明书、合格证及质量证明文件,施工记录、实验报告、检验及验收报告等。

该部分资料需要人工进行分类、分割或整合、重命名并建立关联,上传至云平台。如图3所示。

图3 非结构性文档示例Fig.3 Example of non-structural files

该工作技术含量不高,但需要手动一个一个文档进行修改,效率极低。为此笔者团队自研开发了“CAD图纸批量转换PDF”“文件批量处理插件”等小软件,经匹配试用,确定可以进行批量修改,节约大概70%的工作时间。如图4所示。

图4 文件批量处理插件示意Fig.4 File batch treatment plug-in diagram

交付的模型:包括3D模型和P&ID模型。从视觉上,3D模型是数字化设计和传统设计最根本的区别。门克庆煤矿水处理项目的3D模型以AVEVA的PDMS模块为主进行构建。对于特别复杂的设备模型则采用达索3DE平台创建,完成后按兼容的格式传输。在创建场地3D模型可发现:PDMS构建自然地形(或设计地形)的能力很差,经过多番的研究与实验发现,可采用其他软件(如Civil3D或飞时达GPCAD)进行场地3D建模,完成后再按兼容的格式传输。如图5所示。

图5 脱盐水站3D模型Fig.5 3D model of desalt water station

P&ID模型的传统设计一般采用CAD绘制P&ID图纸和SPPID图纸,但基本无法实现智能化。智能P&ID图需要根据制定的交付要求,将工厂分解结构、类库,工厂对象的编码、命名、标号等提前规定下来。门克庆煤矿水处理项目采用AVEVA的Diagram模块进行绘制智能P&ID图,完成后分别从二维指向三维、三维指向二维进行双向二三维校验,以检索重复或缺失的工厂对象属性,再进行修改,保证实现工厂对象在二维和三维中的有效的关联和统一。二三维校验,如图6所示。

图6 二三维校验示意Fig.6 Diagram of 2D and 3D check

2 数字化工厂交付的实施路径

数字化交付的内容庞杂,相对传统交付手段工作量更大。并且作为一种新的模式,数字化交付的构成和内部逻辑并不清晰,或者行业内各方对其的理解有所差异,以上种种原因均增加了工作的难度。数字化交付如何开展,可以从以下5个方面着手。

2.1 制定交付统一规定

门克庆煤矿水处理项目从开始就制定了交付的目标和交付要求,这只是交付统一规定的一部分。

交付统一规定应包括(但不限于)交付目标、交付要求,各参与方的工作范围、职责,数字化工厂的存储方式、交付方式;验收标准、质量管理方案、遵循的标准和规范,交付流程及云平台的定制等。

以业主方为主导,各参与方共同协商制定项目的交付统一规定。此规定是数字化交付内容的纲领性文件,起统筹规划的作用,只有在统一的规定下,才能保证各方的数据形态进行数据流通。

2.2 协同设计平台及项目数据库的搭建

搭建协同设计平台由设计方联合软件提供方进行搭建。该平台不同于最终交付给业主方的云平台,属于设计方内部功能平台。

门克庆煤矿水处理项目采用剑维AVEVA软件作为协同设计平台,拥有独立的数据库和协同设计界面,各专业在协同设计界面拥有各自的权限,禁止越权操作,避免了误操作,而且数据库容量小,均有利于数字化交付工作的开展。

2.3 任务分解及协同设计

此任务由参与方各自完成,设计方为主导进行汇总。

设备供应方应提供设备模型以及相关的证书和说明书,施工和监理方应提供施工过程的资料和文件,设计方汇总非结构性文档、绘制智能P&ID图、构建工厂三维模型,并生成工厂对象分类属性表。

2.4 数据移交

设计方将汇总的非结构性文档、绘制的智能P&ID图、构建的工厂三维模型,以及生成的工厂对象分类属性表,上传至云平台,初步完成交付工作。

一般情况下,工厂三维模型需要进行格式转换再上传,有利于数据的轻量化,并以便于云平台的数据兼容。

2.5 数据验收

业主方依据移交清单、移交方案、移交数据进行验收,包括建设是否涵盖项目管理过程的设计、采购、施工各阶段的完成信息,工厂对象与信息之间的关联关系是否准确,交付信息与实体是否一致等[5-6],最终出具验收报告。如图7所示。

图7 数字化交付实施路径Fig.7 Implementation path for digital delivery

3 数字化交付的应用价值

数字化交付通过数字化集成平台,能够有效收集、管理、共享工程信息,将设计、采购、施工、试运行等阶段产生的数据、文档、模型以标准的数据格式提交给业主方,是一种区别于传统纸质文档交付的新型交付方式。数字化交付贯穿于企业的建设阶段、运维阶段的全生命周期,是实现工程协同设计、工厂建设信息透明化、智能化的有力手段,能够有效提升工厂建设效率和企业管理运维能力[7-8]。

在建设阶段,数字化交付有利于做到设计变更信息及时共享,能使信息传达及时、增强各方在项目实施中的协调性,能够有效进行风险管控、减少返工、避免计划外的人工及材料成本支出,有利于缩短施工周期,帮助企业按时投产。

在运维阶段,通过数字化交付云平台,业主接受和管理服务方的数据资产更加便捷。三维可视化和数据集成平台等优势能够帮助业主从源头掌握工程运行和维护数据,从全局掌控工厂运维管理及资产管理。总之,数字化交付是提高企业精益化管理水平和生产力的重要途径。

4 结语

门克庆煤矿水处理项目数据大部分已经实现移交,整个数字化设计和交付工作的重点和难点是工厂资产信息管理平台的搭建、数据二三维校验、数据库管理、工厂对象的分类属性表生成、云平台数据转换及上传等工作,且均严重依赖于软件,而软件大多由国外生产商供应;业内对于数字化交付的的态度偏于消极。另外,可视化静态数据资产中心提供了便捷而强大的功能,但其管理和应用属于业主方职责。目前这方面人才缺口较大,期待未来在数字化设计和交付工作中,各方敢于打破常规、接纳数字化思维、运用多种手段破除制约数字化转型的藩篱,早日形成体系化、标准化、制度化的数字化设计、交付统一规则。