摘要：在各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大潮中，工程公司仍是以卷冊形式向生產(chǎn)企業(yè)交付工程資料，工程設(shè)計、建造期的信息數(shù)據(jù)，無法被生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、運維、MES、PCS等系統(tǒng)直接利用，即工程交付存在信息屏障，是目前鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中面臨的行業(yè)困境，數(shù)字化交付技術(shù)是解決這一行業(yè)困境的關(guān)鍵技術(shù)。本文從數(shù)字化交付的概念入手，剖析了數(shù)字化交付過程中數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)交付等內(nèi)容，從而實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)“數(shù)字檔案館”形式的集中交付。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字化交付、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)組織、工廠對象、編碼、類庫

　　基金項目：中國五礦科技專項計劃項目（2020ZXA01）；

　　引言

　　近年來，國家不斷推出各項政策推動數(shù)字化技術(shù)發(fā)展與應用。2020年9月，國務院國資委正式印發(fā)了《關(guān)于加快推進國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》，就推動國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型做出全面部署，強調(diào)了進一步強化數(shù)據(jù)驅(qū)動、集成創(chuàng)新、合作共贏等數(shù)字化轉(zhuǎn)型理念，要建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)字化技術(shù)平臺，以技術(shù)賦能，全面推進數(shù)字產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

　　2015年，工業(yè)和信息化部、國家標準化管理委員會聯(lián)合發(fā)布了《國家智能制造標準體系建設(shè)指南（2015年版）》，其中智能工廠部分包含建設(shè)規(guī)劃、系統(tǒng)集成、智能管理、智能生產(chǎn)等，并未包含數(shù)字化相關(guān)內(nèi)容。2018年，發(fā)布了新版本的指南，智能工廠部分加入了智能工廠的設(shè)計、建造和交付標準，其中數(shù)字化交付成為智能工廠交付的關(guān)鍵標準，主要內(nèi)容包括交付內(nèi)容、深度要求、流程要求等交付標準，從而確保建成的智能工廠達到預定建設(shè)目標，交付數(shù)據(jù)資料滿足智能工廠運營維護要求[1]。2021年，《指南》再次更新，專注于智能工廠設(shè)計和智能工廠交付，數(shù)字化交付依然是智能工廠的關(guān)鍵技術(shù)。從指南的歷年變更中，我們不難看出，推進智能制造，數(shù)字化是智能化的基礎(chǔ)，推進鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，其關(guān)鍵是工程的數(shù)字化交付。

　　但目前工程公司仍是以卷冊形式向生產(chǎn)企業(yè)交付工程資料，工程設(shè)計、建造期的信息數(shù)據(jù)，無法被生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)、運維、MES、PCS等系統(tǒng)直接利用，即工程交付存在信息屏障，隔斷了數(shù)據(jù)信息的傳遞，造成人力及數(shù)據(jù)資源的極大浪費，這是目前鋼鐵行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的行業(yè)困境。解決這一困境的關(guān)鍵在于實現(xiàn)工程建造期的數(shù)字化交付，建立工廠的數(shù)字地圖，實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)“數(shù)字化檔案館”形式的集中交付。其技術(shù)路線如下圖所示：

　　1數(shù)字化交付概念解析

　　數(shù)字化交付目標為實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)“數(shù)字化檔案館”形式的集中交付，建立起工廠的數(shù)字地圖。如何建立工廠數(shù)字化地圖，可以借鑒百度地圖、高德地圖等電子地圖的構(gòu)建。通過電子地圖，我們可以查看某個場所的名稱、地點、附近的美食、酒店信息等，并且，顯示的信息根據(jù)場所類別有所不同，比如酒店顯示的信息為房型、價格，飯店顯示的信息為菜品、人均消費，住宅顯示的信息為房價等。實際上，電子地圖中的每個場所、每個建筑在后臺都是一個POI點（即“信息點”），通過POI點定義了名稱、位置信息、類別信息、屬性信息（附近的酒店飯店商鋪等信息）。

　　對于一個鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)，包含眾多的生產(chǎn)線與能源公輔系統(tǒng)，每條生產(chǎn)線包含若干生產(chǎn)設(shè)備，每臺設(shè)備又需要供電、供水、供氣，生產(chǎn)線設(shè)備與各能源公輔系統(tǒng)交織組成了一張工廠大網(wǎng)。建立工廠的數(shù)字地圖，首先，要定義每個工廠對象的位置信息，包括工廠的空間物理位置與系統(tǒng)位置；其次，建立工廠對象的分類，不同的類別建立不同的屬性定義規(guī)則；最后，為保證工程建造期屬性信息傳遞的唯一性與準確性，將屬性信息通過代碼化表達，建立工廠物料編碼規(guī)則。

　　2數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

　　從上文可以得出，建立工廠三維地圖的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)包括：工廠對象的位置、分類及屬性定義。

　　冶金工廠是多生產(chǎn)單元、多系統(tǒng)交叉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，很難將每個工廠對象的位置信息準確表達。目前做法是對工廠逐層分解至生產(chǎn)單元、車間，車間內(nèi)生產(chǎn)線分解至分區(qū)、機組、子機組、成套設(shè)備、設(shè)備單體，車間內(nèi)系統(tǒng)分解至子系統(tǒng)、單體。如此，通過空間分解確定生產(chǎn)線設(shè)備唯一位置，通過系統(tǒng)分解確定公輔系統(tǒng)設(shè)備唯一位置。即根據(jù)空間布置或工藝流程，按照一定的分類原則和編碼體系進行組織，形成反映工廠對象的樹狀結(jié)構(gòu)，這個樹狀結(jié)構(gòu)稱之為工廠分解結(jié)構(gòu)（PBS），工廠分解結(jié)構(gòu)中的每個節(jié)點都是一個工廠對象，把這個節(jié)點按分類原則進行代碼化表達，就是工廠位置標識碼。工廠PBS分解結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　通常一個工廠對象具有十余條乃至數(shù)十條屬性，確保這些屬性信息在工程設(shè)計、采購、建造、交付直至運維的各階段間傳遞的完整性與準確性是一個難點。如果將這些屬性按照一定的規(guī)則進行分類并代碼化表達，這樣，無論有多少條屬性信息都會簡化成一條物料編碼屬性，那么，工程周期各階段，僅需要保證物料編碼的正確傳遞就可以了。物料編碼的示例如下：

　　根據(jù)功能或結(jié)構(gòu)等特征對工廠對象分類，同類別的工廠對象具有相同的屬性定義，不同的分類具有不同的屬性定義，關(guān)聯(lián)不同的文檔，描述工廠對象的分類、屬性、專業(yè)文檔類型及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，稱之為工廠對象類庫。冶金工廠對象一般可分為工藝設(shè)備、公輔設(shè)備、電氣設(shè)備、儀器儀表、通信與計算機、起重運輸設(shè)備、總圖、管線、其他設(shè)備等。類庫具有父子繼承關(guān)系，子類將繼承父類的屬性。

　　工廠標識碼、物料分類及屬性、類庫構(gòu)成了數(shù)字化交付的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其中，標識碼是工廠對象的唯一標識，物料編碼是工廠對象屬性的標準化表征，類庫是工廠對象的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)。工廠對象與PBS、類庫、物料編碼的關(guān)系如下圖所示[2]：

　　3數(shù)據(jù)組織

　　數(shù)字化交付內(nèi)容包括三維模型、數(shù)據(jù)及文檔。

　　目前三維模型的生產(chǎn)方法包括正向設(shè)計建模、二維圖紙翻模、傾斜攝影實景建模、三維激光掃描建模等方法，但無論采用哪種方法建模，首先應確保工廠對象單體的獨立性，可被獨立識別并可賦予屬性。其次，模型應根據(jù)PBS進行組織，最重要的是，模型中應附帶編碼，包括標識碼與物料編碼。對于正向設(shè)計，鋼鐵設(shè)計專業(yè)多、軟件雜，難以建立統(tǒng)一的賦碼機制，可開發(fā)編碼管理平臺提供統(tǒng)一編碼規(guī)則的數(shù)據(jù)服務，設(shè)計軟件與編碼平臺進行數(shù)據(jù)集成，實現(xiàn)設(shè)計過程的自動賦碼，從而在設(shè)計階段為工程注入數(shù)字化基因，成為數(shù)字化工廠的起點。

　　文檔包括設(shè)計、采購、施工等階段產(chǎn)生的圖紙、數(shù)據(jù)表、規(guī)格書、記錄表等。其中，圖紙包括工藝布置圖、設(shè)備布置圖、工藝流程圖、管道軸測圖、各種系統(tǒng)圖、管道布置圖、電纜布置圖等各種施工圖，設(shè)備總裝圖，安裝圖，易損件、操作更換件零件圖等設(shè)備設(shè)計圖；數(shù)據(jù)表包括設(shè)備表、管道表、儀表索引表等索引類數(shù)據(jù)表，設(shè)備數(shù)據(jù)表、儀表數(shù)據(jù)表、電氣數(shù)據(jù)表、閥門規(guī)格書等數(shù)據(jù)表；規(guī)格書包括設(shè)備說明書、維修手冊、使用手冊等各種設(shè)備技術(shù)文件；記錄表包括各種施工安裝記錄、試驗記錄、試運行記錄、驗收報告等。以上文檔應設(shè)置統(tǒng)一的文件編號規(guī)則，能夠通過編號解析文檔分類、用途、來源等信息，以滿足后期數(shù)字資產(chǎn)多維度查詢功能，文件編號應包含標識碼字段，以便自動建立與工廠對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

　　一般來講，項目由設(shè)計單位、供應商單位、施工單位等多方參與共同完成，數(shù)字化交付的內(nèi)容也應包含項目所有參與方在各階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、文檔[3]，需要構(gòu)建完整的項目信息管理系統(tǒng)，才能實現(xiàn)各參與方、各階段信息的不斷有序匯集。某項目信息管理系統(tǒng)建設(shè)如下：

　　4數(shù)據(jù)交付

　　所有的模型、數(shù)據(jù)，都匯聚到數(shù)字化交付平臺中，形成可表達工廠對象及其關(guān)聯(lián)關(guān)系的“網(wǎng)狀數(shù)據(jù)”結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)實體物理工廠的數(shù)字重構(gòu)，依托交付平臺實現(xiàn)工程信息“數(shù)字化檔案館”[4]形式的集中交付。基于交付平臺，可將一個工廠逐層分解至每一個工廠對象，每個節(jié)點都掛接了相應的屬性信息及文檔。交付平臺的底層數(shù)據(jù)組織關(guān)系見下圖。

　　交付平臺應具備如下基本功能：

　?。?） BIM模型解析功能，可將不同格式模型文件的三維形體與屬性信息完整獲??；

　?。?） 數(shù)據(jù)組織管理功能[5]，可按項目要求配置交付標準，包括標識碼規(guī)則，類庫規(guī)則，可按項目交付標準組織項目數(shù)據(jù)；

　?。?） 輕量化三維圖形引擎功能，交付平臺應具有聯(lián)合工廠級的模型承載能力以及較快的模型加載速度。

　　（4） 可擴展功能，交付平臺預留工廠EMS、ERP及MES等數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)工程建造信息到運維系統(tǒng)的無縫銜接，平臺具備自動更新能力，可獲取存量平臺的資產(chǎn)更新信息，保證虛擬資產(chǎn)與現(xiàn)實資產(chǎn)的一致性。

　　基于上述基本功能，交付平臺應具有一定的數(shù)據(jù)查詢與應用功能，包括二、三維可視化工廠信息的瀏覽、綜合查詢、檢索和測量，全局模式、PBS分區(qū)模式、系統(tǒng)模式、角色模式等多種信息檢索、分類查找以及多條件搜索功能，支持PC端和手機等移動端瀏覽器查閱項目資料的功能等。

　　5結(jié)語

　　數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)、數(shù)據(jù)標準化治理是數(shù)字化交付的重要基礎(chǔ)工作，鋼鐵工廠從設(shè)計、供貨、施工安裝到運維，參與方眾多，數(shù)字化編碼各成系統(tǒng)，應建立一套統(tǒng)一的數(shù)字化編碼標準，構(gòu)建工廠數(shù)字化描述的共通語境，打造鋼鐵數(shù)字化產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈，推進行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級發(fā)展。（張鶴,王永濤,劉京軍,彭巍,陳馨,韋彬）

　　參考文獻

　　[1] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.國家智能制造標準體系指南[S]

　　[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.石油化工工程數(shù)字化交付標準[S]北京:中國計劃出版社2018

　　[3]汪再軍.基于BIM的建設(shè)工程竣工數(shù)字化交付研究[J].土木建筑工程信息技術(shù).2021

　　[4]李珍.基于工程項目數(shù)字化交付的文檔管理[J].現(xiàn)代企業(yè).2019

　　[5]許敏.工廠數(shù)字化交付平臺應具備的基本功能探究[J].軟件.2019