数字化交付在电气工程设计的应用

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【摘要】随着科学技术的发展和大数据时代的到来，为了提高工厂的工作效率和质量，加快行业创新的步伐，数字化工厂孕育而生。作为数字化工厂的基础，数字化交付也逐渐被应用到越来越多的项目中。论文以工程项目中电气专业为视角，分析数字化交付在电气工程设计中的应用。

关键词：数字化交付；电气工程；应用

1引言

随着科学技术的快速发展，在工程项目中传统的设计流程、方式逐渐难以适应现在智能化、数字化的要求。为满足更快、更好的工程设计要求，一些智能设计软件应运而生，一经问世就受到了广泛关注与青睐，如BIMRevit、Smartplant等。而现今的国内工程公司对数字化交付还未有足够的重视，传统的平面设计、交付流程仍然占据主流。在当今竞争日益激烈的环境下，智能化技术、数字化技术作为下一个工业革命的关键技术，工程项目数字化交付应该首先被国内各个工程公司重视起来。

2数字化交付的概念

所谓数字化交付是指：以工厂对象为核心，对工程项目建设阶段产生的静态信息进行数字化创建直至移交的工作过程。涵盖信息交付策略制定、信息交付基础制定、信息交付方案制定、信息整合与校验、信息移交和信息验收。在21世纪初，数字化交付的雏形开始出现。一些大型的工程设计公司引入管道3D模型软件进行管道设计。随着软件智能化水平的提高，工程中其他专业的内容开始越来越多地整合到一起，在一个统一平台上进行设计。数字化交付也随着数字化工厂的概念被提出。国家对工业4.0的持续推进，越来越多的石化企业开始向数字化工厂转型，首先第一步就是工厂各种设施、设备、流程的数字化创建，由工程公司对全厂进行数字化交付。为规范数字化交付的形式、内容，国家于2018年3月正式颁布了GB/T51296—2018《石油化工工程数字化交付标准》。

3数字化交付在电气工程设计中的应用

3.1传统电气工程设计

目前传统的项目中，电气工程设计流程一般如下：平面设计→3D模型建模（各专业检查碰撞）→平面设计修改→平面设计完成→统计材料。在传统设计模式下，3D技术只是作为辅助作用，仅仅优化了设计的合理性，本质上仍然基于平面设计。材料统计也必须由人工统计，费时费力。而作为交付文件的平面设计图、数据表、供应商提交文件，由于数量庞大，在工厂日常运行中，维护管理、升级改造中的管理困难、检索不易问题造成诸多不便。在工厂面临多次改造时往往会造成图纸与现场偏差极大，对之后的工程设计失去参考价值。如果以此为依据进行设计会造成材料短缺、进度延迟等隐患，并使每一次施工或改造都必须根据现场实际情况开展工作，耗费人工时对现场实际情况进行评估。

3.2基于数字化交付的电气工程设计

基于数字化的电气工程设计的设计流程区别于传统设计流程，在某些运用数字化交付的工程中，设计流程如下：三维设计（各专业同时进行3D模型创建并检查碰撞）→3D模型建模（赋予各个电气设备属性参数）→3D模型中检验设计合理性并抽取材料→从3D模型中抽取平面施工图并完成设计。现在用于数字化交付的主流设计软件有BIMRevit、Smartplant3D、E3D和PDMS等。以BIMRevit为例，在工程项目详细设计阶段，各个专业可以同时多线程对3D模型进行创建，添加自己专业的内容。在设计的同时，软件会对添加到3D模型上的内容进行检查碰撞，并且对相关专业发出警告，协调两个专业沟通修改模型。三维的可视化效果也使设计人员有更直观的认识，设计合理性大大提高。与此同时，通过软件还可以将所有3D模型中的各个电气设备、材料乃至任意一个支撑件编号赋予属性信息，完成数字化交付中重要的信息采集与处理工作。完成三维设计及属性编辑后就可以抽取平面施工图设计及材料统计了。理论上所有电气设备材料都可以通过软件强大的统计功能进行统计，并生成材料清单，节省了大量的人工时，并且统计的精度也大大提高。基于3D技术的设计在精度、准确性和合理性上比传统的平面设计有大幅度提高。现场施工也会由于3D技术的可视化效果，减少对平面施工图的错误理解；施工管理时也可以通过软件的模拟建造功能将施工流程用3D技术逼真地模拟出来，对施工过程进行精确分析，最大程度上保证施工安全，加快施工进度。

3.3电气工程设计中的数字化交付文件

传统电气工程设计需要交付的文件分为三部分：一是电气系统设计文件；二是施工图设计文件；三是电气设备供应商提供的文件。电气系统设计文件涵盖：电气系统单线图、继电保护配置图、马达控制连锁表、短路电流、潮流、电缆选择、接地电阻等计算书。施工图设计文件主要包含照明、防雷接地、动力桥架配电、电话网络、火灾报警等，以及相对应的典型安装详图。供应商提交的文件包含：合格证书、设备数据表、外形图、询价文件、测试报告等。数字化交付则是以完善数据库为中心，将原本二维的图纸文件及所有的数据文档与三维数字化模型联系起来，为工程项目的运行提供数据支持。三维数字化交付的内容应包括工程数据、文档资料和工程模型。例如，在某化工项目电气设计中，首先应运用三维设计软件建立电气工程模型，如电气桥架、电气设备、照明灯具等。随后导入项目基础数据。随后分别对各类电气设备、材料录入数据信息。以现场配电箱为例，在模型建立后导入与此位号配电箱相对应的各类图纸、文件。例如，此配电箱的系统图、外形尺寸图、典型安装详图、供应商提交的合格证明、问价文件、设备数据表及测试报告等。待录入完所有数据，并整合到模型中，确认所有数据信息与模型中图案联系在一起，从而实现项目的数字化交付。

4在电气工程数字化交付中的问题

4.1数字化交付所用设计软件的问题在现有的设计软件中，Intergraph公司开发的Smartplant系列软件是一款现在用于数字化交付的主流软件。相比于过去用于平面设计的软件，这些3D软件也对硬件提出了很高的要求，传统平面设计所用的电脑硬件无法适用于3D软件的应用。往往在设计过程中由于服务器配置或工作站配置过低造成死机，导致影响项目进度、数据丢失等。另外，一些辅助设计的软件，如电气常常用到的照明照度计算的Dialux软件Smartplant并不兼容，在设计时会对工程师造成一定的困扰。市面上还有一些其他软件公司的产品，如Autodesk软件公司的BIMRevit软件，同样存在配置要求高、与辅助设计软件无法兼容的问题，这里就不多赘述了。

4.2对于工程师能力要求的问题

相比于过去一般项目对于工程师的要求，需要数字化交付的项目对工程师的要求更高了。用于数字化交付的软件相比于过去的二维软件更加复杂，操作界面也与过去二维设计有很大区别。这就需要现在的工程师们重新学习，适应一款全新的三维设计软件。传统的项目设计中3D软件只是辅助设计的功能，检查碰撞协调各个专业，完成设计，随后提交要求由采购购买材料设备，最后由施工现场完成项目。现在由3D软件设计的工程项目中，软件将所有设计、施工、采购都整合到一个平台上工作，这样各个领域都同时参与进来。项目管理流程也一定会与过去传统的项目流程不同，需要工程师根据软件的新功能、项目新形势制定一套新的项目管理流程、施工流程、采购流程。

5结语

数字化交付在越来越多的项目中得到应用，数字化交付全厂数据进行整合后，在工厂运维、改造扩建中具有非常积极的作用。随着近年来在智能化、数字化、5G领域的不断发展，数字化交付以及后续的应用将在工程设计领域得到更深入的发展和进步。

【参考文献】

【1】GB/T51296—2018石油化工工程数字化交付标准[S].

【2】罗辑.大型石化项目数字化交付后的应用[J].化工设计,2020(30):43+46.

作者：邢程贇 单位：东洋工程（上海）有限公司