集成化工程设计的开发与实施探究
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摘要：石化工程设计转向三维设计已取得长足进步，但各设计专业之间的协同设计和数据共享的程度有限，工程设计流程不够优化，制约了工程设计水平的进一步提高，本文阐述了基于SPF在石化工程设计集成化的研究与开发，对集成化工程设计的研究与实施进行了总结与探讨，有效地减少设计中可能产生的错误，提高工程设计质量与效率。
中图分类号：TH166 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00
近年来，在石化工程建设行业引进并深度应用了一些国际标准的专业设计软件，在设计的信息化取得长足进步，设计质量和设计效率得到较大提高。随着工程设计集成化系统开发的不断深入，如何基于工程设计集成平台，加强各类设计专业软件间的协同工作，优化工程设计流程，进一步提高设计信息的共享与复用性，已成为工程设计集成化系统的重点研究课题[1]。
1设计集成化平台
SmartPlant Foundation（简称SPF）是一个针对工程信息管理解决方案的平台，集数据管理、文档管理和工作流管理三大功能，是一个模板化、可用户化的信息平台，涵盖工程设计软件的信息集成框架及工作流程管理，可优化工厂运行，并更快、更好地执行工程总承包项目。
2 建设目标
利用SPF系统作为工程设计集成化平台，实现工程集成化设计与过程管理，最终实现数字化交付，为业主工厂运营维护等提供工程指南和快速决策。
集成化设计建设分三个阶段逐步深入实施：第一阶段，完成设计文档标准化，实现工艺、管道、仪表等专业的集成化设计；第二阶段，拓展应用深度，推广应用专业，完成设计过程管理和工程内容管理；第三阶段，纳入采购和材料专业，形成完整的工厂信息，最终完成数字化移交。
本文以已完成的第一阶段内容和完成的部分第二阶段的内容展开探讨。
3 集成化设计的开发与实施
本次集成化通过对SPP&ID、SPI、S3D和SPF开发，涵盖工艺、管道、仪表、结构、给排水地下管网、暖通采暖等专业，实现集成化设计。
工艺专业接收从前端工程设计集成平台Comos传递过来的PFD信息，在SPP&ID自动创建各类智能化对象，在SPP&ID平台进行P&ID流程设计。在完成P&ID流程设计后，完成一致性检查，将P&ID图纸到SPF平台，供下游专业使用。
仪表专业从SPF接收工艺专业的工艺条件，在SPI中自动创建仪表、回路和管线，展开仪表设计，生成仪表索引，并关联DDP在线仪表外形尺寸表，检查并加深仪表设计。仪表索引中的数据将在更新后到SPF平台，供工艺专业接收、更新相应仪表信息。
管道、给排水和暖通专业从SPF平台接收工艺专业、仪表专业的设备、管道、仪表等信息，进行二维指导三维设计，并完成二三维校验。
所有参与集成化设计的专业在SPF平台进行设、校、审三级或四级的严格变更管理，所有设计文档的版本进行集中管理，使得变更一致性，审核可跟踪性，所有历史记录可追溯。
3.1 各软件的定制开发
3.1.1 与前端工艺数据的集成开发
对SPP&ID进行二次开发实现将Comos中的图例符号及物流数据、工艺设备数据、工艺仪表数据传递到SPP&ID后自动创建或更新图例以及相应数据，供设计人员快速设计P&ID图纸，进一步提高和优化与前端工艺设计的集成。
3.1.2 与SPP&ID的集成开发
首先扩展SPP&ID自身功能的应用深度：标准化工艺、仪表、给排水等专业的图例符号库；完善数据字典，优化属性传递规则、不一致性检查规则，提高属性录入效率；完善P&ID图纸标注标准与深度，形成各类公司标准。
另外，进行大量开发，改变原有属性录入方式，实现批量修改工艺数据，实现获取S3D的材料等级库，进而对P&ID中的管线自动进行温压校验，自动匹配阀门等管件的材料编码，自动获取与校验管线保温厚度等。
SPP&ID的集成，保证源头数据的唯一性、同步性，提高P&ID的设计质量，虽然一定程度上增加工艺专业的工作，但为下游专业提供更可靠的数据保障。
3.1.3 与SPI的集成开发
因SPP&ID中仪表类型过于笼统，未达到仪表专业对仪表类型细分的要求，通过定制P&ID图例符号和相关属性等，完成SPI仪表类型传递。
而S3D三维仪表符号的尺寸不能完全涵盖DDP中所有仪表外形尺寸，而一些尺寸又是三维符号所必须的，通过简化在线仪表尺寸以及开发部分三维仪表符号完成仪表尺寸匹配。同时完成制造商的仪表尺寸模板的定制，供仪表厂商填写后，直接导入SPI，避免手工录入。DDP模块的应用提高仪表模型的准确性，在设计阶段就可有效避免碰撞问题。
另外，SPI自带功能无法批量接收工艺属性。对SPP&ID定制开发后实现工艺仪表信息批量流转到SPI进行仪表设计。
3.1.4 与S3D的集成开发
首先完成S3D的深化应用：管道、给排水、暖通、仪表等专业三维符号的定制与完善，各类图纸出图风格以及报表模板的定制；建立和完善电缆桥架库和电缆库；完成PKPM与S3D接口以及结构模型的导入；S3D到CAESAR II单向数据接口开发测试。
对S3D进行深度开发，完成管道物理支吊架库的开发工作，并在导航项目中完成建模，输出安装图与材料表。
完成管嘴类型等二三维校验定制、二三维校验报告的定制，输出整个装置某些特殊管线的二三维校验报告，方便二三维关联的检查。
最终实现工艺管线、给排水地下管网、暖通采暖管线、电缆桥架等多个专业协同三维设计。接线箱、穿线管及电缆实现三维敷设，布置直观，路径清晰，有效避免各类碰撞，材料统计更准确。
3.1.5 SPF的定制开发
基于各专业的条件表和成品表，完成1430条数据属性梳理，完成各软件属性映射工作，实现工程设计文档和数据的有效流转；细化专业内和专业之间的设校审工作流程，并配置邮件提醒，实现工程设计的业务流程管理。
完成设计文档编码规定的初稿，并在导航项目初步完成各类设计文档在SPF平台的统一管理，为第二阶段的设计过程管理奠定坚实的基础。
3.2 项目成果
依托公司某项目的一套空分装置完成集成化试点设计，涵盖工艺、配管、仪表、给排水、暖通、结构等专业。该装置于实际项目中期并行开始，并沿用实际装置的部分三维模型。该部分三维模型与P&ID关联，实现二三维校验。装置其余部分采用二维指导三维重新进行设计。按集成化设计要求，工艺专业多次P&ID图纸供SPI与S3D使用，并根据下游专业的反馈不断完善P&ID图纸；仪表专业不断完善DDP，并多次DDP数据表；管道等专业根据P&ID图纸和DDP数据的变更及时更新三维布置；所有业务在集成平台进行流转。
项目完成38张P&ID图纸、134根管线、47张DDP，输出管道索引表、设备一览表、管道单线图、管道平面布置图、管道综合材料和二三维校验报表等成品。
最终，完成设计集成平台工作程序统一规定、实施规范、各类专业软件的行为手册和设计文档编码规定初稿等16项体系文件初稿的编制工作。
4 导航项目成果分析与探讨
集成化设计的优点显而易见：（1）能够快速建立二维、三维集成，无需改变现有设计软件，不存在因设计软件转型带来的各种问题。（2）实现工程数据的共享与交换，完成各专业之间交换数据与提返条件向信息化集成的转换。（3）实现业务流程和设计文档版本的有效控制，保证各类设计数据设文档的可追溯性，以及对设计变更进行管理。（4）实现二维设计指导三维设计，以及多专业协同设计，进一步保证和提高数据的一致性和可靠性。（5）实现同一数据在不同专业软件的差异性和一致性校验。（6）实现图纸、报表、三维模型等的智能浏览。（7）成品的深度与种类较单项软件应用多，且与实际项目的设计成品比对分析后，管道综合材料一致，桥架、穿线管和电缆的材料接近，P&ID图纸更详细，对应报表的数据更全，可靠性更高。
不过，在实施过程中也暴露了一些共性问题：（1）集成化深度问题――如按预期深度进行集成化设计，将会改变部分专业的分工与应用习惯。如阿牛巴流量计，需在主管上引一段支管后接，方能实现二维指导三维布置。（2）部分软件不能满足某些专业的出图要求。（3）单项软件在集成环境中的不足。如S3D中同一根管线不能关联分属多张P&ID的同一根管线；又如，SPP&ID中零长管线对集成化设计的影响等。（4）仪表工艺参数接收问题。在SPI中收P&ID后离线仪表仍然需手工选择相应管线逐个进行传递参数。
此次的开发应用使我们更清楚地意识到集成化设计实施基础条件的重要性：（1）设计标准化；（2）各专业软件的深化应用；（3）设计工作流程的梳理与优化；（4）设计集成的统一与深度规定。
5结语
本次集成化设计开发与实施对工程设计质量、设计水平和设计效率的提高显而易见，同时为第二阶段和最终目标奠定了坚实基础，使我们更加有信心将集成化设计开发不断深入，结合工程项目实践进一步完善和提高，使其应用范围和应用深度更为广泛，为公司工程设计带来更大收益。
参考文献
[1]杨茹.SPI DDP集成化设计及应用[J].石油化工自动化，2012年第48卷第4期.
[2]尹毅.基于SmartPlant Foundation的工厂基础信息管理系统建设[J].当代化工，2013年第5期.