“油氣電氫”綜合能源站工程建設項目數字化交付應用前景分析
董震宇 師駿
（中國石油天然氣股份有限公司山西銷售分公司）
摘要：隨著能源消費行業(yè)的多元化發(fā)展，加油站逐漸向“油氣電氫”綜合能源站轉變，傳統(tǒng)的工程建設模式已無法滿足多元化運營建設需求。數字化交付可以解決目前綜合能源站工程建設項目管理過程中存在的數據采集不全面、信息標準不完善、底層數據不貫通、數字化技術應用不充分等問題。通過數字化技術在設計、施工、采購、運維階段的應用，對于項目全流程管理進行提前優(yōu)化，實現項目全生命周期的價值最大化。隨著石油石化行業(yè)數字化轉型的不斷發(fā)展，數字化交付在綜合能源站應用前景將愈加廣闊。
關鍵詞：綜合能源站；工程建設；數字化交付；BIM模型
引言
近年來，隨著BIM技術在工程建設領域的不斷深化應用，數字化已成為建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢，為了滿足自身發(fā)展的需要，緊跟時代變革步伐，作為傳統(tǒng)能源的石油化工行業(yè)也來到了數字化轉型發(fā)展的窗口，油田、煉廠等企業(yè)均已開始向數字化油氣田、數字化工廠邁進，作為石油化工行業(yè)的銷售終端，單一的加油站向“油氣電氫”綜合能源站轉變，開始從加油服務向綜合能源服務、用車服務、生活服務生態(tài)延伸，加快平臺化生態(tài)化發(fā)展，構建“人·車·生活”生態(tài)圈。而傳統(tǒng)模式建設的綜合能源站已無法滿足銷售業(yè)務實際發(fā)展需求，必須加速推進綜合能源站工程建設項目的數字化交付，借助數字化手打通工程、采購、建設等各環(huán)節(jié)業(yè)務流和數據流，對項目進行一體化可視化管理與應用，形成完整的內容和數據，為后期打造數字孿生體系的智能化運維奠定基礎。
一、綜合能源站數字化交付的發(fā)展歷程
在《石油化工工程數字化交付標準》（GB/T 51296—2018）中關于工程數字化交付的定義是：“以工廠對象為核心，對工程項目建設階段產生的靜態(tài)信息進行數字化創(chuàng)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”。
數字化交付對于綜合能源站的工程建設項目來說，是一種新興的工程交付方式。傳統(tǒng)交付是按照專業(yè)交付各自生成的圖紙、檔案資料、電子文件等，交付物相互之間是孤立存在的，很難保證數據的一致性。而數字化交付是以綜合能源站模型為核心，依托數字化交付平臺，將綜合能源站工程建設全過程產生的設計、采購、施工、監(jiān)理、檢測等環(huán)節(jié)工程數據、文檔、三維模型，相互之間建立關聯關系，形成一個有機的整體后進行交付。
（一）國際發(fā)展歷程
美國是最早啟動建筑業(yè)信息化轉型的國家之一。2003年起，美國總務管理局就開始推行實施國家BIM-4D-BIM計劃項目，對建筑業(yè)進行數字化轉型。美國國家建筑科學研究院（NBIS）在2007年發(fā)布了首個美國國家BIM標準《NBIMS 1.0》，并在2015年，聯合美國陸軍工兵部（USACE）制定了首個通用的模型標準格式IFC和數據交換格式COBie。目前，美國絕大多數石油公司的加油站項目、油庫項目已深度應用BIM技術實現數字化交付，且大多數公司都發(fā)布了自己的數字化標準體系。美國最大的石油公司?？松梨诼摵螴BM和微軟，為企業(yè)量身訂做了數字化交付平臺，并合作建立了數字化研發(fā)中心數碼車庫（Digital Garage），并與康斯伯格數字公司（Kongsberg Digital）一同打造自主研發(fā)的數字化孿生平臺，力圖實現數字化交付與運維的一體化管理。
在歐洲，英國政府是數字化交付與BIM應用的先驅者與引導者，他們在2007年美國頒布國家BIM標準的同年，發(fā)布了BS 1192：2007——基于2D和BIM技術的建設信息協(xié)同標準，這個標準構成了今天ISO 19650數字化交付體系的基礎。2011年，英國政府成立了BIM Task Group，致力于建立和推動英國數字化交付的標準與要求。其制定了BIM成熟度模型（BIM Maturity Model），確定了從BIM應用Level 0向BIM Level 3的過渡方案。如今，這個標準體系已在歐洲以及全球范圍內被廣泛采納并部署推廣。目前，歐洲主要石油公司都以ISO體系為依托，以BIM評估模型為標準，打造了企業(yè)完整的數字化標準與實施體系并已實現了項目全程的數字化交付。其中，bp打造了一套以BIM模型、真實物理模擬引擎和實時檢測系統(tǒng)為一體的數字孿生平臺APEX，并已經在歐洲多個海上油庫項目進行了建設應用。
在亞洲，阿聯酋阿布扎比國家石油公司（ADNOC）是較早進行加油站數字化建設與交付項目的國家，在阿布扎比項目遵循ISO 19650數字化交付體系框架，通過Autodesk公司的BIM 360平臺進行了項目完整的協(xié)同設計，實現了項目過程中所有問題溝通，任務布置、圖紙與模型審閱、變更比對、質量審查等全部在平臺上實時同步進行，并實現了完整的數字化交付。此外，該項目以模塊化形式創(chuàng)建了加油罩棚、便利店、汽服建筑、清真寺等建筑單體BIM模型模塊，后期可根據實際需要任意組合，滿足加油站不同體量與功能的要求，實現項目快速部署建造。
（二）國內發(fā)展歷程
我國雖然對于數字化建設起步較晚，但國家層面對于該領域的支持力度卻是巨大的，在2017年出臺了一系列標準之后，以BIM為中心的數字化建設與交付出現了爆發(fā)式地增長。建筑行業(yè)在我國的數字化轉型正處于強勁上升的發(fā)展階段。石油石化行業(yè)方面，在2018年住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布了《石油化工工程數字化交付標準》（GB/T 51296—2018），2019年中國石化對照國家標準編制印發(fā)了《石油化工工程數字化交付執(zhí)行細則》（試行），中國石油目前也即將發(fā)布相應的制度標準，指導所屬企業(yè)開展工程建設項目數字化交付工作。
2022年5月國家住房和城鄉(xiāng)建設部印發(fā)了《“十四五”工程勘察設計行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》。文件中提出要推廣工程項目數字化交付，推進工程項目設計方案BIM交付，完善工程項目設計及竣工成果數字化交付體系。推進BIM全過程應用。加快提升BIM設計軟件性能，重點突破三維圖形平臺、建模軟件、數據管理平臺，開發(fā)基于BIM、5G、云計算等技術的協(xié)同設計應用系統(tǒng)。加快推進BIM正向協(xié)同設計，倡導多專業(yè)協(xié)同、全過程統(tǒng)籌集成設計，優(yōu)化設計流程，提高設計效率。鼓勵企業(yè)優(yōu)化BIM設計組織方式，統(tǒng)一工作界面、模型細度和樣板文件，不斷豐富和完善BIM構件庫資源。逐步推廣基于BIM技術的工程項目數字化資產管理和智慧化運維服務。
目前，國內石油企業(yè)在綜合能源站數字化交付方面尚處于初始探索階段，由于各企業(yè)的基礎水平、目標任務等相對不統(tǒng)一，造成了數字化交付的深度、水平與質量差異較大。近兩年，部分石油企業(yè)已率先進行了綜合能源站三維設計試點，取得了顯著成效，積累了一定的經驗，為后續(xù)即將開展數字化建設工作提供了寶貴的經驗。
二、現階段綜合能源站工程建設項目的管理難點
（一）項目資料搜集與信息采集不全面
目前大多數綜合能源站工程項目資料仍處于電子化時代，項目實施過程中依靠手工采集相關資質，對紙質文檔進行掃描后存儲，相關數據搜集不全面、不徹底，極其容易導致信息的缺失。并且由于綜合能源站數量多，數據量龐大，電子格式與紙質格式并存，很難實現對資料的全局統(tǒng)計，對此類信息的缺失無法形成有效捕捉，往往在需要使用時才發(fā)現問題，但已很難再重塑當時的內容環(huán)境。
（二）數據的實時性與唯一性無法得到有效保證
由于當前項目過程與交付中涉及到的文檔、數據、影像等相關資料的格式復雜，由于沒有一體化貫通的交付平臺支持，會導致同一內容有多種格式存在，多種版本出現，使得團隊成員無法及時確認最新且唯一的信息來源，造成數據的混淆，給后期內容的查找與應用造成了極大的困擾。
（三）信息的獲取與項目接入門檻高
由于目前絕大多數的交付策略為圖紙與文件資料交付，沒有充分有效利用BIM模型作為一個可視化數據紐帶聯通整體項目資源。導致企業(yè)中每個成員都需要花費大量時間定位與理解圖紙中的內容，再通過另一個文件系統(tǒng)查找所需信息，造成每次的信息獲取都需要極大的人力與時間成本，并且由于成員經驗與專業(yè)方向的差別，對于信息提取的準確性也無法保證。
（四）項目管理決策過多依賴于經驗而非數據
目前的加油站工程建設項目管理模式主要依靠管理人員的既有經驗，無法對項目過程與結果數據進行結構化整理與儲存，導致目前項目成員在做決策時無有效數據可以借鑒，不得不依賴于個人經驗水平或臨時進行項目研討，造成項目決策難以充分客觀與科學，對項目帶來不必要的風險與損失。
（五）未能對BIM技術有效利用
目前業(yè)界的BIM技術應用已相對成熟，少數綜合能源站工程建設項目已開始BIM設計的嘗試，但是目前在設計階段的協(xié)同方式多為傳統(tǒng)模式，即使有BIM模型，也未能實現協(xié)同設計從而對項目問題有效解決。在施工階段，還沒有基于設計交付的BIM模型而展開針對施工的延展應用，導致項目成本與周期并沒有得到有效改良。因此，當前并沒有建立起完善的標準體系來深度應用BIM技術，從而未對項目帶來實質性效率與質量的提升。
三、綜合能源站數字化交付的優(yōu)勢分析
綜合來看，目前綜合能源站工程建設項目管理的難點主要在于數據采集不全面、信息標準不完善、底層數據不貫通、數字化技術應用不充分等方面。通過國內外工程建設行業(yè)數字化交付的發(fā)展應用，建立起完整的數字化建設與交付體系，可以在極大程度上解決目前綜合能源站工程建設項目管理中所面臨的難點痛點，并利用數字化技術所帶來的優(yōu)勢，提升公司在未來市場上的核心競爭力。
（一）設計階段
1、數字化協(xié)同設計
在項目設計初期，建立項目的設計模型，總圖、建筑、結構、電氣、工藝等各專業(yè)的設計人員都可以同時對模型進行設計、修改與同步，項目管理人員可以實時對設計進展與設計變更進行查看，項目團隊可以獲取當前最新的設計信息與數據資料。
2、圖紙二三維聯動
通過建立項目BIM模型，可以自動生成對應的2D平面圖、立面圖、剖面圖、細節(jié)圖等。隨著模型與設計的推進，任何模型的變更都可自動映射到相應圖紙之中，大幅減輕重復性的工作，并可實時確保圖紙和模型的一致性。同時，項目團隊可以實現模型與圖紙同步審閱與批注，可推動整個項目周期的運轉效率與準確性。
3、碰撞檢測
通過BIM模型可對各專業(yè)的設計進行自動碰撞檢測，并生成碰撞矩陣表，項目成員可通過瀏覽器實時查看碰撞結果，分析設計與施工可行性。對多專業(yè)協(xié)調碰撞，可針對每個具體碰撞創(chuàng)建問題，在協(xié)同會議上共同瀏覽與商議，指定解決方案并修改模型。
4、變更追溯
通過對中心模型的版本控制，各專業(yè)設計人員以及項目團隊可以隨時查看不同版本之間BIM模型與2D圖紙的變更，并對設計做出相應的修改。項目控制團隊通過設計變更來獲取相應的設備與項目成本變更，以提前做出更好的計劃與安排。對變更問題可以實時在BIM模型與2D圖紙上進行批注并指定責任方在給定期限內解決。
5、工料單提取
通過將BIM中心模型與2D圖紙有機融合，利用前期預設的工程量類別，可以迅速對BIM模型進行主體材料提取與歸類，并通過2D圖紙對細節(jié)信息進行進一步提取，確保工程量的提取精度。實時的工程量清單可以將BIM與2D工程量統(tǒng)一整合，并可對接造價數據庫，對項目整體預算做出準確評估。
（二）施工階段
1、施工模擬
在施工階段可以通過BIM模型提前進行施工模擬，根據本工程的技術難點和環(huán)境特點，為項目成員提供可視化的施工順序模擬和施工場地排布，并可根據不同的時間顆粒度對細節(jié)化施工順序進行推演與調整，發(fā)現實施過程中的管理難點，有針對性地制定管理措施，優(yōu)化施工方案，科學組織施工。同時，通過BIM模型模擬施工流程和工藝，進行技術、質量、安全三維交底，使管理人員和施工人員都能夠更加直觀地了解技術、質量、安全控制要點。在施工過程中與擬定方案進行可視化管理，杜絕方案執(zhí)行過程中的隨意性，對施工質量、進度、安全、風險等內容進行有效管理，使整個施工過程時時處于受控狀態(tài)。
2、施工質量管理
在BIM模型里對每個施工對象的施工質量驗收標準進行提前預設，然后在管理平臺中建立工序檢查清單，現場人員根據清單上的質量管理要求，隨著項目實施進度逐一進行現場質量審核并進行信息反饋。
3、施工安全管理
在BIM模型中對項目實施過程中存在的各類安全風險進行分析，并對每一道工序建立相應的安全控制措施，創(chuàng)建相應安全設施模型，現場實施過程中安全人員通過現場圖片和模型的比對來完成安全認證。
4、施工進度管理
通過BIM模型與進度計劃的結合，在模型中添加里程碑節(jié)點、關鍵路徑和施工條件關系，模擬施工全過程，實現進度計劃可視性控制，使管理人員能夠及時發(fā)現進度問題并有針對性的糾偏，保證工程按時完成。
5、施工成本管理
在施工管理平臺中通過加載相關項目人力與成本信息，對整個或單個施工周期的人力占用及現金流狀況進行有效模擬與評估，并可與當前數據進行比對，更有效地調整預算與人力安排，同時依據BIM三維竣工模型提取工程量清單、設備清單進行竣工決算，通過簽訂的固定單價合同，利用竣工圖工程量，可快速生成竣工決算書，節(jié)省審計時間，提高精確度和工作效率。
6、人材機管理
通過在施工模型里加入臨時建筑，工程機械等模型信息，相關屬性信息，關聯文件信息，以添加二維碼的方式給施工人員、機械、機具配備獨立的識別標志，管理人員可通過移動設備隨時隨地識別人員、機械、機具信息，并有針對性地監(jiān)管。
（三）采購階段
1、采購合規(guī)管控
企業(yè)BIM族庫可以動態(tài)鏈接采購產品數據庫，實現從采購計劃單生成、到采購物資智能尋源、招投標、采購合同生成、項目物資驗收等項目采購全流程的過程管理，實時跟蹤合同起草、審批、簽署、履約過程，及時甄別、預警違規(guī)行為，共享供應商生產、檢驗、配送等進度數據，實現訂單跟蹤、監(jiān)督和可追溯，并在項目交付后對企業(yè)BIM族庫進行反饋與更新，整體采購流程信息公開，全流程留痕，規(guī)避采購風險，實現合規(guī)化管理。
2、精細化管理
在項目設計交付階段，根據實際項目生成項目的物資采購清單，并通過設備編碼，對采購物資各階段進行精細化管理與監(jiān)控，根據不同物資制定差異化供應商尋源策略，完成招投標、詢比價、競價等采購流程；在項目結束后實現采購物資全周期數據資產交付，確保交付的及時性和準確性，交付內容同各階段數據、流程關聯，采購全過程可追溯。
（四）運維階段
1、綜合能源站數字化運維
綜合能源站工程建設項目通過數字化交付，可以構建綜合能源站數字化運維的底層基礎。將以通用數據環(huán)境為技術基礎，融合項目數據、資料信息等，搭建一個智能化的運營管理平臺，通過鏈接現場設備的感應信息、監(jiān)控信息，對項目運營狀況進行一體化評估，對項目潛在風險進行提前報警，對設備置換進行智能預測，實現加油站的數字化運維。
2、數字化檢維修
利用數字化交付的設備三維模型、融合設備運行時長、能耗曲線、技術參數等現場同步數據進行綜合模擬分析，實現設備設施的故障預警，并可以利用AR技術對設備進行智能診斷與遠程協(xié)助分析，自動對設備提供維護建議與方式，提高故障判斷準確性，縮減故障診斷時間，提升檢維修效率，降低維修成本。
3、沉浸式培訓與虛擬演練
利用VR引擎和交付的3D模型，對安全事故進行多場景虛擬重現，通過在虛擬空間中的應急演練，制定出切實可行的應急方案。并可將指定的應急方案場景以VR形式對相關人員進行沉浸式培訓與虛擬演練，顯著提升項目運維團隊的整體應急能力。
四、綜合能源站數字化交付的應用前景
（一）實現項目全生命周期的價值最大化
石油庫站建設產業(yè)一直難以推進革新的主要問題在于數據的斷層與不透明，沒有一個有效方式對數據進行收集、整合、交互與提取，從而導致項目每個階段都處于“黑箱”當中，無法充分利用各階段形成的價值資產對項目全生命周期進行優(yōu)化應用。
數字化建設與交付首要解決的問題就是將項目過程中的所有信息和數據進行數字化收集、透明化呈現，打破原有的“黑箱”效應，移除項目各方的信息屏障。隨后，通過BIM技術與BIM平臺實現各階段的互通互聯，打造項目完整信息價值的傳遞，實現各階段基于之前成果的累積應用。同時，通過對數據的全面采集，建立了產業(yè)內的數據庫，讓后期的智能優(yōu)化與智慧運維有了良好的數據基礎，并可與全國加油站的多維數據資源互聯互通，為銷售業(yè)務提供可靠的決策依據，真正服務于銷售終端的發(fā)展，最終實現項目全生命周期的價值最大化。
（二）實現項目過程的提前優(yōu)化
BIM技術的出現使得在虛擬空間中具備對項目進行設計、施工與運維的條件，從而允許項目團隊利用BIM模型在虛擬空間中先對項目建設一次，排查設計問題，研究施工可行性，模擬出施工方案，利用仿真技術提前在虛擬環(huán)境中對施工作業(yè)進行培訓，推演出真正可行的項目建設方案，再通過虛擬與真實世界的交互，按照優(yōu)化好的方案對實體項目再進行第二次建設。從而極大程度上消除項目風險，使得項目施工過程有據可循、有據可依。由于第一次建設是在虛擬空間，無需受地理位置的影響，可以大幅提前各方協(xié)作的時間點，將絕大多數施工問題扼殺在設計階段，從而顯著降低項目成本與周期。
五、綜合能源站數字化交付的探索嘗試
為了探索工程建設數字化交付在綜合能源站的實踐應用，中國石油山西銷售公司以晉中某綜合能源站為試點，率先開展工程建設數字化交付在綜合能源站的實踐應用。
該綜合能源站為中國石油在山西地區(qū)建設的首座3.0智慧綜合能源補給站，可為周邊居民提供加油、充電、餐飲、汽服、購物等全方位服務，站房罩棚采用裝配式建筑，屋面板采用BIPV一體式雙玻光伏板，設置240 kW的超級快充樁，打造集新能源、新技術、新設備、新材料為一體的高端智能綜合商業(yè)體。
該站在計劃建設之初即以數字化交付為目標，遵循數字化建設標準，通過三維BIM設計，全程數字化施工，致力于打造全國首座真正意義上的數字化交付綜合能源站。該項目組建了專業(yè)的數字化交付團隊，制定了詳細的數字化交付策略。在項目策劃之初，項目團隊依據國家2018年發(fā)的《石油化工工程數字化交付標準》（GB/T 51296—2018），對該綜合能源站的工廠對象結構進行分解，從區(qū)域結構分為站房及便利店、罩棚及加注區(qū)、罐區(qū)、汽服及公共用房、外部工程5大區(qū)域，從專業(yè)系統(tǒng)分類油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等15個專業(yè)系統(tǒng)。同時，針對該項目建立了完整的數字化交付清單，共擬定設計、施工、采購、監(jiān)理、業(yè)主等共1058項交付件，并明確了每個交付件與BIM模型中資產設備對象的2000余項關聯關系，確保在BIM模型中每個資產設備對象具備完整的交付內容。
目前，該項目已完成前期的三維正向設計交付，三維模型精度達到LOD350，現進入主體工程的數字化建設階段，在每一道工序施工前通過BIM模型進行了施工場地布置與過程模擬，在施工過程中通過平臺進行施工安全、質量、進度管理。同時，采用三維激光掃描技術，結合里程碑節(jié)點分階段對實體工程掃描，并通過掃描模型和BIM模型的比對，檢驗施工質量、更新BIM模型，確保模型與實體項目的一致性，實現了真正意義上的數字孿生。
六、總結
隨著人民生活方式、消費習慣、出行環(huán)境方面需求的不斷升級，各行各業(yè)都在加速開展數字化發(fā)展。對于石油石化行業(yè)中的銷售終端，綜合能源站的運營建設必須緊跟時代發(fā)展的步伐，滿足人員日益提高的消費需求。綜合能源站的工程建設項目必然要向著數字化交付邁進，通過數字化交付打通工程、采購、建設等各環(huán)節(jié)業(yè)務流和數據流，提升工程建設全業(yè)務鏈、工程服務全價值鏈數字化能力，隨著數字化技術的不斷發(fā)展，數字化交付在綜合能源站工程建設項目應用前景將愈加廣闊。
