煤礦水處理項目數字化交付實施路徑

鄭偉生

(中煤西安設計工程有限責任公司,陜西 西安 710054)

0 引言

數字化,是以數據為核心生成要素,將企業中所有業務、生成、營銷、客戶等有價值的人、事、物全部轉換為數字存儲的數據,形成可存儲、可計算、可分析的數據、信息、知識,并和企業獲取的外部數據一起,通過對這些數據的實時分析、計算應用來指導企業生產、運營等業務。

數字化交付讓企業從傳統要素轉向以數據為生產要素,從傳統部門分工轉向網絡協同的生產關系,從傳統層級驅動轉向以數據智能化應用為核心驅動的方式,讓生產力得到指數級提升,使企業能夠實時洞察各類動態業務中的一切信息,實時做出最優決策,使企業資源合理配置,適應瞬息萬變的市場經濟競爭環境,實現最大的經濟效益。數字化交付是信息技術發展的高級階段,也是數字經濟的主要驅動力[1]。

礦井水處理常用和有效的技術是使用沉淀池,從水中分離懸浮固體污染物,這些污染物包括沉積物、固體、金屬和化學品等。對于水中溶解的金屬和化學物質需要使用化學沉淀,或者反滲透、超濾納濾等深度處理方式解決[2]。

隨著國家對工業項目尤其是煤礦項目的環保要求日益嚴格,煤礦的污染防治措施也日趨完善。2022年,中煤西安設計工程有限責任公司相繼對門克慶煤礦等6個煤礦(含井工礦5個、露天礦1個)進行回訪和調查,根據調查報告,采用一般沉淀或化學沉淀的煤礦達到100%,但采用深度處理的則不足65%(包括在建的深度處理車間),而數字化交付則均處于研發階段。中天合創門克慶煤礦礦井水深度處理EPC項目(以下稱:門克慶煤礦水處理項目)是采用深度處理的煤礦之一。

1 門克慶煤礦水處理項目數字化交付

1.1 數字化交付的意義

在日趨智能化的時代,傳統的紙質提交模式基本不具備智能化的可能性。作為生產性能源企業,主要任務之一就是以智能化模式逐步替代傳統管理模式,從而達到高效率、高效益、低風險等目的;作為工程設計公司,主要任務之一就是滿足業主日益增長的智能化需求。數字化交付從根本上改變了傳統以紙質為主體的工程設計,而通過數字化集成平臺(如達美盛的PIMCenter),將設計成品以標準的數據格式交付給業主,確保設計模型、信息最終能夠提供一份標準化的數據,為建立工廠資產的可視化管理、全面運維保障,物資耗材與備品備件、IOT、數據采集、數據統計與分析等智能化管理提供基礎支撐。

目前,國外執行數字化交付的項目比較多,主要集中在化工企業,如BP、SHELL、Sabic等企業已具有較成熟的經驗。國內在近幾年逐步快速發展起來,中海殼牌、萬華化學、茂名石化等企業陸續開展相關數字化項目的探索,逐步積累起豐富的經驗。國內外數字化交付平臺主要有鷹圖、劍維、達美盛、中科輔龍等,國內平臺主要處于探索階段,成果雖斐然,但完整案例還比較少,有待進一步深化探索[3]。

就煤礦的水處理系統而言,潛在的改進領域是,提高水處理技術或效率,減少排放到環境中的污染物;可持續的技術有助于減少煤礦開采作業對環境的影響;便捷的檢測和智能化維護確保其最佳的性能和防止停機造成事故?；跀底只桓恫⒔⒅悄芑芾淼乃幚硐到y能夠較好的完成這些潛在改進領域,從某種角度講,水處理系統涉及設備、管道、工藝流程、物聯系統,與小型油氣系統有類似之處。油氣行業作為能源數字化、智能化工廠開發的先行者,在數字化設計、數字化交付方面已經積累了豐富經驗,對研究煤礦水處理項目乃至煤礦項目的數字化交付具有借鑒意義。

1.2 數字化交付的內容

門克慶煤礦水處理項目數字化交付集成工程建設過程中產生的設計、采購、施工、試車和項目管理中的工程數據,通過智能P&ID、三維模型和智能文檔建立數據的全關聯,通過達美盛PIMCenter集成所有數據。如圖1所示。

圖1 工廠資產信息管理平臺Fig.1 Plant Assets information management platform

門克慶煤礦水處理項目數字化交付的內容包括數據、文檔、模型。

交付的數據:包括工程對象的屬性值,如計量單位、設備規格性能、儀器儀表信息等,按照達美盛PIMCenter的要求進行組織,主要以工廠對象的分類屬性表呈現。項目按照工廠分解結構(PBS),以工廠對象位號為核心,把工程設計、建設階段的圖紙、模型、文檔等建立工程對象和屬性信息間的邏輯鏈接,從而實現整個項目的數字化數據的單一入口和基礎數據源[4]。如圖2所示。

圖2 工廠分解結構示意Fig.2 Diagram of plant breakdown structure

交付的文檔:涵蓋項目各階段的文件、圖紙、計算書,設備的安裝清單、各類說明書、合格證及質量證明文件,施工記錄、實驗報告、檢驗及驗收報告等。

該部分資料需要人工進行分類、分割或整合、重命名并建立關聯,上傳至云平臺。如圖3所示。

圖3 非結構性文檔示例Fig.3 Example of non-structural files

該工作技術含量不高,但需要手動一個一個文檔進行修改,效率極低。為此筆者團隊自研開發了“CAD圖紙批量轉換PDF”“文件批量處理插件”等小軟件,經匹配試用,確定可以進行批量修改,節約大概70%的工作時間。如圖4所示。

圖4 文件批量處理插件示意Fig.4 File batch treatment plug-in diagram

交付的模型:包括3D模型和P&ID模型。從視覺上,3D模型是數字化設計和傳統設計最根本的區別。門克慶煤礦水處理項目的3D模型以AVEVA的PDMS模塊為主進行構建。對于特別復雜的設備模型則采用達索3DE平臺創建,完成后按兼容的格式傳輸。在創建場地3D模型可發現:PDMS構建自然地形(或設計地形)的能力很差,經過多番的研究與實驗發現,可采用其他軟件(如Civil3D或飛時達GPCAD)進行場地3D建模,完成后再按兼容的格式傳輸。如圖5所示。

圖5 脫鹽水站3D模型Fig.5 3D model of desalt water station

P&ID模型的傳統設計一般采用CAD繪制P&ID圖紙和SPPID圖紙,但基本無法實現智能化。智能P&ID圖需要根據制定的交付要求,將工廠分解結構、類庫,工廠對象的編碼、命名、標號等提前規定下來。門克慶煤礦水處理項目采用AVEVA的Diagram模塊進行繪制智能P&ID圖,完成后分別從二維指向三維、三維指向二維進行雙向二三維校驗,以檢索重復或缺失的工廠對象屬性,再進行修改,保證實現工廠對象在二維和三維中的有效的關聯和統一。二三維校驗,如圖6所示。

圖6 二三維校驗示意Fig.6 Diagram of 2D and 3D check

2 數字化工廠交付的實施路徑

數字化交付的內容龐雜,相對傳統交付手段工作量更大。并且作為一種新的模式,數字化交付的構成和內部邏輯并不清晰,或者行業內各方對其的理解有所差異,以上種種原因均增加了工作的難度。數字化交付如何開展,可以從以下5個方面著手。

2.1 制定交付統一規定

門克慶煤礦水處理項目從開始就制定了交付的目標和交付要求,這只是交付統一規定的一部分。

交付統一規定應包括(但不限于)交付目標、交付要求,各參與方的工作范圍、職責,數字化工廠的存儲方式、交付方式;驗收標準、質量管理方案、遵循的標準和規范,交付流程及云平臺的定制等。

以業主方為主導,各參與方共同協商制定項目的交付統一規定。此規定是數字化交付內容的綱領性文件,起統籌規劃的作用,只有在統一的規定下,才能保證各方的數據形態進行數據流通。

2.2 協同設計平臺及項目數據庫的搭建

搭建協同設計平臺由設計方聯合軟件提供方進行搭建。該平臺不同于最終交付給業主方的云平臺,屬于設計方內部功能平臺。

門克慶煤礦水處理項目采用劍維AVEVA軟件作為協同設計平臺,擁有獨立的數據庫和協同設計界面,各專業在協同設計界面擁有各自的權限,禁止越權操作,避免了誤操作,而且數據庫容量小,均有利于數字化交付工作的開展。

2.3 任務分解及協同設計

此任務由參與方各自完成,設計方為主導進行匯總。

設備供應方應提供設備模型以及相關的證書和說明書,施工和監理方應提供施工過程的資料和文件,設計方匯總非結構性文檔、繪制智能P&ID圖、構建工廠三維模型,并生成工廠對象分類屬性表。

2.4 數據移交

設計方將匯總的非結構性文檔、繪制的智能P&ID圖、構建的工廠三維模型,以及生成的工廠對象分類屬性表,上傳至云平臺,初步完成交付工作。

一般情況下,工廠三維模型需要進行格式轉換再上傳,有利于數據的輕量化,并以便于云平臺的數據兼容。

2.5 數據驗收

業主方依據移交清單、移交方案、移交數據進行驗收,包括建設是否涵蓋項目管理過程的設計、采購、施工各階段的完成信息,工廠對象與信息之間的關聯關系是否準確,交付信息與實體是否一致等[5-6],最終出具驗收報告。如圖7所示。

圖7 數字化交付實施路徑Fig.7 Implementation path for digital delivery

3 數字化交付的應用價值

數字化交付通過數字化集成平臺,能夠有效收集、管理、共享工程信息,將設計、采購、施工、試運行等階段產生的數據、文檔、模型以標準的數據格式提交給業主方,是一種區別于傳統紙質文檔交付的新型交付方式。數字化交付貫穿于企業的建設階段、運維階段的全生命周期,是實現工程協同設計、工廠建設信息透明化、智能化的有力手段,能夠有效提升工廠建設效率和企業管理運維能力[7-8]。

在建設階段,數字化交付有利于做到設計變更信息及時共享,能使信息傳達及時、增強各方在項目實施中的協調性,能夠有效進行風險管控、減少返工、避免計劃外的人工及材料成本支出,有利于縮短施工周期,幫助企業按時投產。

在運維階段,通過數字化交付云平臺,業主接受和管理服務方的數據資產更加便捷。三維可視化和數據集成平臺等優勢能夠幫助業主從源頭掌握工程運行和維護數據,從全局掌控工廠運維管理及資產管理?？傊?數字化交付是提高企業精益化管理水平和生產力的重要途徑。

4 結語

門克慶煤礦水處理項目數據大部分已經實現移交,整個數字化設計和交付工作的重點和難點是工廠資產信息管理平臺的搭建、數據二三維校驗、數據庫管理、工廠對象的分類屬性表生成、云平臺數據轉換及上傳等工作,且均嚴重依賴于軟件,而軟件大多由國外生產商供應;業內對于數字化交付的的態度偏于消極。另外,可視化靜態數據資產中心提供了便捷而強大的功能,但其管理和應用屬于業主方職責。目前這方面人才缺口較大,期待未來在數字化設計和交付工作中,各方敢于打破常規、接納數字化思維、運用多種手段破除制約數字化轉型的藩籬,早日形成體系化、標準化、制度化的數字化設計、交付統一規則。