電氣工程設(shè)計(jì)中數(shù)字化交付的應(yīng)用

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【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，為了提高工廠的工作效率和質(zhì)量，加快行業(yè)創(chuàng)新的步伐，數(shù)字化工廠孕育而生。作為數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)，數(shù)字化交付也逐漸被應(yīng)用到越來越多的項(xiàng)目中。論文以工程項(xiàng)目中電氣專業(yè)為視角，分析數(shù)字化交付在電氣工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化交付；電氣工程；應(yīng)用

1引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在工程項(xiàng)目中傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程、方式逐漸難以適應(yīng)現(xiàn)在智能化、數(shù)字化的要求。為滿足更快、更好的工程設(shè)計(jì)要求，一些智能設(shè)計(jì)軟件應(yīng)運(yùn)而生，一經(jīng)問世就受到了廣泛關(guān)注與青睞，如BIMRevit、Smartplant等。而現(xiàn)今的國內(nèi)工程公司對數(shù)字化交付還未有足夠的重視，傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)、交付流程仍然占據(jù)主流。在當(dāng)今競爭日益激烈的環(huán)境下，智能化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)作為下一個(gè)工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)，工程項(xiàng)目數(shù)字化交付應(yīng)該首先被國內(nèi)各個(gè)工程公司重視起來。

2數(shù)字化交付的概念

所謂數(shù)字化交付是指：以工廠對象為核心，對工程項(xiàng)目建設(shè)階段產(chǎn)生的靜態(tài)信息進(jìn)行數(shù)字化創(chuàng)建直至移交的工作過程。涵蓋信息交付策略制定、信息交付基礎(chǔ)制定、信息交付方案制定、信息整合與校驗(yàn)、信息移交和信息驗(yàn)收。在21世紀(jì)初，數(shù)字化交付的雛形開始出現(xiàn)。一些大型的工程設(shè)計(jì)公司引入管道3D模型軟件進(jìn)行管道設(shè)計(jì)。隨著軟件智能化水平的提高，工程中其他專業(yè)的內(nèi)容開始越來越多地整合到一起，在一個(gè)統(tǒng)一平臺上進(jìn)行設(shè)計(jì)。數(shù)字化交付也隨著數(shù)字化工廠的概念被提出。國家對工業(yè)4.0的持續(xù)推進(jìn)，越來越多的石化企業(yè)開始向數(shù)字化工廠轉(zhuǎn)型，首先第一步就是工廠各種設(shè)施、設(shè)備、流程的數(shù)字化創(chuàng)建，由工程公司對全廠進(jìn)行數(shù)字化交付。為規(guī)范數(shù)字化交付的形式、內(nèi)容，國家于2018年3月正式頒布了GB/T51296—2018《石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)》。

3數(shù)字化交付在電氣工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1傳統(tǒng)電氣工程設(shè)計(jì)

目前傳統(tǒng)的項(xiàng)目中，電氣工程設(shè)計(jì)流程一般如下：平面設(shè)計(jì)→3D模型建模（各專業(yè)檢查碰撞）→平面設(shè)計(jì)修改→平面設(shè)計(jì)完成→統(tǒng)計(jì)材料。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式下，3D技術(shù)只是作為輔助作用，僅僅優(yōu)化了設(shè)計(jì)的合理性，本質(zhì)上仍然基于平面設(shè)計(jì)。材料統(tǒng)計(jì)也必須由人工統(tǒng)計(jì)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而作為交付文件的平面設(shè)計(jì)圖、數(shù)據(jù)表、供應(yīng)商提交文件，由于數(shù)量龐大，在工廠日常運(yùn)行中，維護(hù)管理、升級改造中的管理困難、檢索不易問題造成諸多不便。在工廠面臨多次改造時(shí)往往會造成圖紙與現(xiàn)場偏差極大，對之后的工程設(shè)計(jì)失去參考價(jià)值。如果以此為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)會造成材料短缺、進(jìn)度延遲等隱患，并使每一次施工或改造都必須根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況開展工作，耗費(fèi)人工時(shí)對現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行評估。

3.2基于數(shù)字化交付的電氣工程設(shè)計(jì)

基于數(shù)字化的電氣工程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)流程區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，在某些運(yùn)用數(shù)字化交付的工程中，設(shè)計(jì)流程如下：三維設(shè)計(jì)（各專業(yè)同時(shí)進(jìn)行3D模型創(chuàng)建并檢查碰撞）→3D模型建模（賦予各個(gè)電氣設(shè)備屬性參數(shù)）→3D模型中檢驗(yàn)設(shè)計(jì)合理性并抽取材料→從3D模型中抽取平面施工圖并完成設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在用于數(shù)字化交付的主流設(shè)計(jì)軟件有BIMRevit、Smartplant3D、E3D和PDMS等。以BIMRevit為例，在工程項(xiàng)目詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，各個(gè)專業(yè)可以同時(shí)多線程對3D模型進(jìn)行創(chuàng)建，添加自己專業(yè)的內(nèi)容。在設(shè)計(jì)的同時(shí)，軟件會對添加到3D模型上的內(nèi)容進(jìn)行檢查碰撞，并且對相關(guān)專業(yè)發(fā)出警告，協(xié)調(diào)兩個(gè)專業(yè)溝通修改模型。三維的可視化效果也使設(shè)計(jì)人員有更直觀的認(rèn)識，設(shè)計(jì)合理性大大提高。與此同時(shí)，通過軟件還可以將所有3D模型中的各個(gè)電氣設(shè)備、材料乃至任意一個(gè)支撐件編號賦予屬性信息，完成數(shù)字化交付中重要的信息采集與處理工作。完成三維設(shè)計(jì)及屬性編輯后就可以抽取平面施工圖設(shè)計(jì)及材料統(tǒng)計(jì)了。理論上所有電氣設(shè)備材料都可以通過軟件強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)功能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并生成材料清單，節(jié)省了大量的人工時(shí)，并且統(tǒng)計(jì)的精度也大大提高?；?D技術(shù)的設(shè)計(jì)在精度、準(zhǔn)確性和合理性上比傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)有大幅度提高?，F(xiàn)場施工也會由于3D技術(shù)的可視化效果，減少對平面施工圖的錯(cuò)誤理解；施工管理時(shí)也可以通過軟件的模擬建造功能將施工流程用3D技術(shù)逼真地模擬出來，對施工過程進(jìn)行精確分析，最大程度上保證施工安全，加快施工進(jìn)度。

3.3電氣工程設(shè)計(jì)中的數(shù)字化交付文件

傳統(tǒng)電氣工程設(shè)計(jì)需要交付的文件分為三部分：一是電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件；二是施工圖設(shè)計(jì)文件；三是電氣設(shè)備供應(yīng)商提供的文件。電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件涵蓋：電氣系統(tǒng)單線圖、繼電保護(hù)配置圖、馬達(dá)控制連鎖表、短路電流、潮流、電纜選擇、接地電阻等計(jì)算書。施工圖設(shè)計(jì)文件主要包含照明、防雷接地、動(dòng)力橋架配電、電話網(wǎng)絡(luò)、火災(zāi)報(bào)警等，以及相對應(yīng)的典型安裝詳圖。供應(yīng)商提交的文件包含：合格證書、設(shè)備數(shù)據(jù)表、外形圖、詢價(jià)文件、測試報(bào)告等。數(shù)字化交付則是以完善數(shù)據(jù)庫為中心，將原本二維的圖紙文件及所有的數(shù)據(jù)文檔與三維數(shù)字化模型聯(lián)系起來，為工程項(xiàng)目的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。三維數(shù)字化交付的內(nèi)容應(yīng)包括工程數(shù)據(jù)、文檔資料和工程模型。例如，在某化工項(xiàng)目電氣設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件建立電氣工程模型，如電氣橋架、電氣設(shè)備、照明燈具等。隨后導(dǎo)入項(xiàng)目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。隨后分別對各類電氣設(shè)備、材料錄入數(shù)據(jù)信息。以現(xiàn)場配電箱為例，在模型建立后導(dǎo)入與此位號配電箱相對應(yīng)的各類圖紙、文件。例如，此配電箱的系統(tǒng)圖、外形尺寸圖、典型安裝詳圖、供應(yīng)商提交的合格證明、問價(jià)文件、設(shè)備數(shù)據(jù)表及測試報(bào)告等。待錄入完所有數(shù)據(jù)，并整合到模型中，確認(rèn)所有數(shù)據(jù)信息與模型中圖案聯(lián)系在一起，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的數(shù)字化交付。

4在電氣工程數(shù)字化交付中的問題

4.1數(shù)字化交付所用設(shè)計(jì)軟件的問題

在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)軟件中，Intergraph公司開發(fā)的Smartplant系列軟件是一款現(xiàn)在用于數(shù)字化交付的主流軟件。相比于過去用于平面設(shè)計(jì)的軟件，這些3D軟件也對硬件提出了很高的要求，傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)所用的電腦硬件無法適用于3D軟件的應(yīng)用。往往在設(shè)計(jì)過程中由于服務(wù)器配置或工作站配置過低造成死機(jī)，導(dǎo)致影響項(xiàng)目進(jìn)度、數(shù)據(jù)丟失等。另外，一些輔助設(shè)計(jì)的軟件，如電氣常常用到的照明照度計(jì)算的Dialux軟件Smartplant并不兼容，在設(shè)計(jì)時(shí)會對工程師造成一定的困擾。市面上還有一些其他軟件公司的產(chǎn)品，如Autodesk軟件公司的BIMRevit軟件，同樣存在配置要求高、與輔助設(shè)計(jì)軟件無法兼容的問題，這里就不多贅述了。

4.2對于工程師能力要求的問題

相比于過去一般項(xiàng)目對于工程師的要求，需要數(shù)字化交付的項(xiàng)目對工程師的要求更高了。用于數(shù)字化交付的軟件相比于過去的二維軟件更加復(fù)雜，操作界面也與過去二維設(shè)計(jì)有很大區(qū)別。這就需要現(xiàn)在的工程師們重新學(xué)習(xí)，適應(yīng)一款全新的三維設(shè)計(jì)軟件。傳統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)中3D軟件只是輔助設(shè)計(jì)的功能，檢查碰撞協(xié)調(diào)各個(gè)專業(yè)，完成設(shè)計(jì)，隨后提交要求由采購購買材料設(shè)備，最后由施工現(xiàn)場完成項(xiàng)目?，F(xiàn)在由3D軟件設(shè)計(jì)的工程項(xiàng)目中，軟件將所有設(shè)計(jì)、施工、采購都整合到一個(gè)平臺上工作，這樣各個(gè)領(lǐng)域都同時(shí)參與進(jìn)來。項(xiàng)目管理流程也一定會與過去傳統(tǒng)的項(xiàng)目流程不同，需要工程師根據(jù)軟件的新功能、項(xiàng)目新形勢制定一套新的項(xiàng)目管理流程、施工流程、采購流程。

5結(jié)語

數(shù)字化交付在越來越多的項(xiàng)目中得到應(yīng)用，數(shù)字化交付全廠數(shù)據(jù)進(jìn)行整合后，在工廠運(yùn)維、改造擴(kuò)建中具有非常積極的作用。隨著近年來在智能化、數(shù)字化、5G領(lǐng)域的不斷發(fā)展，數(shù)字化交付以及后續(xù)的應(yīng)用將在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到更深入的發(fā)展和進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB/T51296—2018石油化工工程數(shù)字化交付標(biāo)準(zhǔn)[S].

【2】羅輯.大型石化項(xiàng)目數(shù)字化交付后的應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì),2020(30):43+46.

作者：邢程贇 單位：東洋工程（上海）有限公司