數字化交付在電氣工程設計的應用

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【摘要】隨著科學技術的發展和大數據時代的到來，為了提高工廠的工作效率和質量，加快行業創新的步伐，數字化工廠孕育而生。作為數字化工廠的基礎，數字化交付也逐漸被應用到越來越多的項目中。論文以工程項目中電氣專業為視角，分析數字化交付在電氣工程設計中的應用。

關鍵詞：數字化交付；電氣工程；應用

1引言

隨著科學技術的快速發展，在工程項目中傳統的設計流程、方式逐漸難以適應現在智能化、數字化的要求。為滿足更快、更好的工程設計要求，一些智能設計軟件應運而生，一經問世就受到了廣泛關注與青睞，如BIMRevit、Smartplant等。而現今的國內工程公司對數字化交付還未有足夠的重視，傳統的平面設計、交付流程仍然占據主流。在當今競爭日益激烈的環境下，智能化技術、數字化技術作為下一個工業革命的關鍵技術，工程項目數字化交付應該首先被國內各個工程公司重視起來。

2數字化交付的概念

所謂數字化交付是指：以工廠對象為核心，對工程項目建設階段產生的靜態信息進行數字化創建直至移交的工作過程。涵蓋信息交付策略制定、信息交付基礎制定、信息交付方案制定、信息整合與校驗、信息移交和信息驗收。在21世紀初，數字化交付的雛形開始出現。一些大型的工程設計公司引入管道3D模型軟件進行管道設計。隨著軟件智能化水平的提高，工程中其他專業的內容開始越來越多地整合到一起，在一個統一平臺上進行設計。數字化交付也隨著數字化工廠的概念被提出。國家對工業4.0的持續推進，越來越多的石化企業開始向數字化工廠轉型，首先第一步就是工廠各種設施、設備、流程的數字化創建，由工程公司對全廠進行數字化交付。為規范數字化交付的形式、內容，國家于2018年3月正式頒布了GB/T51296—2018《石油化工工程數字化交付標準》。

3數字化交付在電氣工程設計中的應用

3.1傳統電氣工程設計

目前傳統的項目中，電氣工程設計流程一般如下：平面設計→3D模型建模（各專業檢查碰撞）→平面設計修改→平面設計完成→統計材料。在傳統設計模式下，3D技術只是作為輔助作用，僅僅優化了設計的合理性，本質上仍然基于平面設計。材料統計也必須由人工統計，費時費力。而作為交付文件的平面設計圖、數據表、供應商提交文件，由于數量龐大，在工廠日常運行中，維護管理、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往往會造成圖紙與現場偏差極大，對之后的工程設計失去參考價值。如果以此為依據進行設計會造成材料短缺、進度延遲等隱患，并使每一次施工或改造都必須根據現場實際情況開展工作，耗費人工時對現場實際情況進行評估。

3.2基于數字化交付的電氣工程設計

基于數字化的電氣工程設計的設計流程區別于傳統設計流程，在某些運用數字化交付的工程中，設計流程如下：三維設計（各專業同時進行3D模型創建并檢查碰撞）→3D模型建模（賦予各個電氣設備屬性參數）→3D模型中檢驗設計合理性并抽取材料→從3D模型中抽取平面施工圖并完成設計。現在用于數字化交付的主流設計軟件有BIMRevit、Smartplant3D、E3D和PDMS等。以BIMRevit為例，在工程項目詳細設計階段，各個專業可以同時多線程對3D模型進行創建，添加自己專業的內容。在設計的同時，軟件會對添加到3D模型上的內容進行檢查碰撞，并且對相關專業發出警告，協調兩個專業溝通修改模型。三維的可視化效果也使設計人員有更直觀的認識，設計合理性大大提高。與此同時，通過軟件還可以將所有3D模型中的各個電氣設備、材料乃至任意一個支撐件編號賦予屬性信息，完成數字化交付中重要的信息采集與處理工作。完成三維設計及屬性編輯后就可以抽取平面施工圖設計及材料統計了。理論上所有電氣設備材料都可以通過軟件強大的統計功能進行統計，并生成材料清單，節省了大量的人工時，并且統計的精度也大大提高。基于3D技術的設計在精度、準確性和合理性上比傳統的平面設計有大幅度提高。現場施工也會由于3D技術的可視化效果，減少對平面施工圖的錯誤理解；施工管理時也可以通過軟件的模擬建造功能將施工流程用3D技術逼真地模擬出來，對施工過程進行精確分析，最大程度上保證施工安全，加快施工進度。

3.3電氣工程設計中的數字化交付文件

傳統電氣工程設計需要交付的文件分為三部分：一是電氣系統設計文件；二是施工圖設計文件；三是電氣設備供應商提供的文件。電氣系統設計文件涵蓋：電氣系統單線圖、繼電保護配置圖、馬達控制連鎖表、短路電流、潮流、電纜選擇、接地電阻等計算書。施工圖設計文件主要包含照明、防雷接地、動力橋架配電、電話網絡、火災報警等，以及相對應的典型安裝詳圖。供應商提交的文件包含：合格證書、設備數據表、外形圖、詢價文件、測試報告等。數字化交付則是以完善數據庫為中心，將原本二維的圖紙文件及所有的數據文檔與三維數字化模型聯系起來，為工程項目的運行提供數據支持。三維數字化交付的內容應包括工程數據、文檔資料和工程模型。例如，在某化工項目電氣設計中，首先應運用三維設計軟件建立電氣工程模型，如電氣橋架、電氣設備、照明燈具等。隨后導入項目基礎數據。隨后分別對各類電氣設備、材料錄入數據信息。以現場配電箱為例，在模型建立后導入與此位號配電箱相對應的各類圖紙、文件。例如，此配電箱的系統圖、外形尺寸圖、典型安裝詳圖、供應商提交的合格證明、問價文件、設備數據表及測試報告等。待錄入完所有數據，并整合到模型中，確認所有數據信息與模型中圖案聯系在一起，從而實現項目的數字化交付。

4在電氣工程數字化交付中的問題

4.1數字化交付所用設計軟件的問題在現有的設計軟件中，Intergraph公司開發的Smartplant系列軟件是一款現在用于數字化交付的主流軟件。相比于過去用于平面設計的軟件，這些3D軟件也對硬件提出了很高的要求，傳統平面設計所用的電腦硬件無法適用于3D軟件的應用。往往在設計過程中由于服務器配置或工作站配置過低造成死機，導致影響項目進度、數據丟失等。另外，一些輔助設計的軟件，如電氣常常用到的照明照度計算的Dialux軟件Smartplant并不兼容，在設計時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品，如Autodesk軟件公司的BIMRevit軟件，同樣存在配置要求高、與輔助設計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

相比于過去一般項目對于工程師的要求，需要數字化交付的項目對工程師的要求更高了。用于數字化交付的軟件相比于過去的二維軟件更加復雜，操作界面也與過去二維設計有很大區別。這就需要現在的工程師們重新學習，適應一款全新的三維設計軟件。傳統的項目設計中3D軟件只是輔助設計的功能，檢查碰撞協調各個專業，完成設計，隨后提交要求由采購購買材料設備，最后由施工現場完成項目。現在由3D軟件設計的工程項目中，軟件將所有設計、施工、采購都整合到一個平臺上工作，這樣各個領域都同時參與進來。項目管理流程也一定會與過去傳統的項目流程不同，需要工程師根據軟件的新功能、項目新形勢制定一套新的項目管理流程、施工流程、采購流程。

5結語

數字化交付在越來越多的項目中得到應用，數字化交付全廠數據進行整合后，在工廠運維、改造擴建中具有非常積極的作用。隨著近年來在智能化、數字化、5G領域的不斷發展，數字化交付以及后續的應用將在工程設計領域得到更深入的發展和進步。

【參考文獻】

【1】GB/T51296—2018石油化工工程數字化交付標準[S].

【2】羅輯.大型石化項目數字化交付后的應用[J].化工設計,2020(30):43+46.

作者：邢程贇 單位：東洋工程（上海）有限公司