数字化集成设计在联合站设计中的应用

摘要：本文对联合站专业协同的数字化集成设计过程进行介绍，通过新的工作环境下，设计手段、工作流程、质量控制等方面的变化，证明集成设计是设计行业的一场革命。

工程项目全生命周期的集成思想目前被越来越多的国际工程公司所接受。鹰图公司（INERGRAPH）适应发展形势，针对工程项目全生命周期各个环节开发了相应的系列专业软件，实现了各个环节及各个软件的数据传递和统一管理。工程项目集成体系水平按照深度不同，从低到高可划分为设计集成、EPC集成、全生命周期集成三个层次，其中全生命周期集成是工程项目集成体系的最终成熟与完善，而设计集成则是实现全生命周期数据集成的基础和前提。本文就联合站中油气专业的设计实例，对SP 3D、SP P&ID、SPF之间的数据传递与集成及其他专业SP系列设计软件的协作在工程项目中的应用进行解析。

1. 集成设计准备工作

针对数字化集成设计，需要有许多特殊的准备工作，主要包括以下内容。

1.1. 确定工厂结构及编码系统

在项目确定整个联合站统一的工厂结构前提下，明确自己所负责的单元位置，各相关专业都要按照该单元划分和管理相关设计内容。除了工厂结构划分以编码区分，还要明确所在单元设备、管道、仪表等内容的编码规则。集成系统中要按照统一的编码规则区分所有工厂组件。

1.2. 编制管道材料等级和SPRD建库

设计需要的管道材料等级由材料专业编制完成后，在材料管理软件SPRD中进行材料建库，确定管道及其附件的编码、属性、物理尺寸等。此外，电气仪表专业的电缆材料库、钢结构界面库按照SP 3D要求数据格式在Excel中进行手动建库。上述材料库为3D建模做好准备。管道、电气、仪表、结构等各专业材料等级及材料库是开始SP 3D建模的基础，没有材料库，3D中组件就没有属性，也就无法实现各专业材料管理。

1.3. 编制专业设计技术规定

与油气设计相关各专业在开展集成设计前，首先要确定各专业的统一技术规定，包括工艺仪表流程图例、管道安装要求等，有些规定需要定制到软件中，如管道最小间距、焊缝最小间距等，以便实现自动检查。

1.4. 开展集成设计基础条件确认

集成设计一般是在一定前期工作基础上开展的，经过批准的初设版P&ID图、总平面布置图，初设设备采购文件及相关厂商设备资料等是集成设计的最重要依据，联合泵房设计是在此基础上进行的，如果这些基础条件发生变化，自会造成集成设计反复，容易引起数据的混乱。

1.5. 工作计划和人力资源配置确认

集成设计各专业工作环环相扣，软件之间的工作程序不能超越，因此，根据项目总体安排提前策划好关键节点安排，对协调各专业有序工作非常重要。

单体设计各专业校审人员安排也要提前策划好，以便在SPF中确定角色和权限，定制工作流程。

1.6. 专业软件定制和集成环境搭建

正式进入集成环境，采用各专业软件开展集成设计前，要先根据上述条件对各个软件及集成平台初始环境进行定制。集成环境定制主要由项目IT工程师根据基础条件完成。

2. 多专业协同集成设计

数字化集成设计可以总结为“以SP P&ID为龙头、以SP 3D为核心、以SDB（标准数据库）为基础、以SPF为平台”的多专业一体化协同工作过程。

2.1. 工艺管道仪表流程设计及数据传递

用SP P&ID进行工艺管道仪表流程的设计不仅是图面内容，而是集合了所有详细设计工艺数据。SP P&ID中每个“图形”符号的后台都被赋予了属性，需要录入设备、管道、仪表等详细的工艺数据，这些源头数据在集成系统中得到充分的利用和有效管理。P&ID后自动接收，下游专业不必重复人工录入，保证了数据的一致性和可追溯性。利用SP P&ID的数据，还可根据需要，按照定制好的模板自动输出多种中间过程报告，使数据资源得到充分有效的利用。

2.2. 协同三维布置设计

以联合站中单体―原油联合泵房为例，根据总平面布置根据工艺流程和布置安装设计规定，配管设计人员在SP 3D进行设备及主要管道的初步建模布置，确定工厂中原油联合泵房的方位和初步尺寸，结构专业进入SP 3D根据模型情况搭建泵房主要结构。依照SP P&ID传递数据进行管道详细建模。所有工艺数据自动传入，不必重复录入，安装人员只需关注管道布置。设备布置管道安装细化完成后，对房间结果尺寸重新进行确认，结构专业再在SP 3D中进行泵房结构模型细化，包括门窗孔洞、梁柱布置、地下基础等。同时，电力专业进入3D进行电缆沟布置、电力敷设、操作柱接线盒布置及危险区域划分，自控专业进入3D进行探头布置、仪表接线，暖通专业进行采暖设备管道布置。各专业同时在3D环境中有序进行三维布置，所见即所得，完成专业间模型检查后，根据各自定制的模板输出材料统计报告和布置图。

由于前端的工厂布置、P&ID设计、厂商设备资料等布置条件逐步细化完善和落实确认，SP 3D布置设计按照上述工作流程往往需要循环往复、不断细化，直至最终确定。三维环境下多专业系统布置设计避免了专业间布置资料信息传递的滞后和不全面。

3. 集成设计成果输出

完成的集成设计包含了项目的所有数据，可以根据要求进行已定制好的报表和图纸等文件的输出。输出文件主要有设备表、材料表、管段表等表格，PID图纸，以及设备、管道布置图、管道布置详图、三维轴侧视图等由3D抽出的图纸。3D抽出的图纸一大优点是可以实时更新，只需对图纸进行Update就可以保证图纸与最新模型的一致性，而不需要像传统设计一样逐项进行核对和手动修改。

4. 集成设计成果管理

集成设计所有数据及工作过程均保留在SPF和各专业软件中，成为项目数据仓库。同时，各专业的输出成果及各种非集成过程管理记录，都按照统一定制好的工厂结构分门别类保存在SPF中。

5. 小结

Smart Plant集成设计不仅是设计工具和手段的改变，工作理念、质量管理和项目管理的体系也发生了较大的变化，在实际工作中更深刻的体会到，从甩掉图板到使用计算机，从二维设计到三维设计，再到现在的智能化的集成设计，我们的身边正在发生一场新的设计革命。

作者简介

王雅丽，女， 毕业于中国石油大学（华东），现中石化石油工程设计有限公司四级设计师。