张大津 李默宇

摘要：随着国际油价的持续回升，目前又迎来了海外油田地面工程发展的新时代，面对激烈的市场竞争环境，以设计为主导的工程公司需要通过集成化设计手段，提升设计理念，具备高效可靠的设计数据交付的能力，缩短项目设计周期，提高工程管理和创新能力。因此，进行工程集成化设计平台的建设是目前必不可少的重要步骤，本文将从几个方面说明油田地面工程向集成化方向发展的必然趋势并以SmartPlant系列软件为载体，探索集成化设计平台建设的道路，同时采用元素系统的方法将系统集成，可维护性在集成化软件中起着重要作用，元系统所采用的面向目标的知识表示和面向目标的推理机为系统的维护提供有利条件。

关键词：海外油田；集成化；数据交付；工程管理

中图分类号：TE4 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0200-03

1 引言

近年来，随着全球经济一体化进程不斷深化，中石油根据国内市场的巨大需求，实施“走出去”的国际化经营战略，在中亚、中东、北非、南美等地区投资或收购油田，参与当地的油气资源开发，这为国内设计公司向海外市场拓展提供了有利条件。

机遇的到来往往伴随着巨大的挑战，为适应国内外市场的需求，面临着组织机构从单一的勘察设计企业发展为工程技术服务企业，业务领域从单一的勘察设计发展到项目管理和工程总承包，市场范围从以国内为主发展到国际和国内多元化市场的挑战。在设计过程中，工程经验往往是以符号模式表现，并且有的还具有不确定性，而数值分析则采用数值计算程序。这就给开发集成的软件带来了较大的困难，本文旨在就三大系统的集成做一尝试性的探讨。

为此，笔者在这里探讨目前集成化设计的现状与趋势，以及利用SmartPlant系列产品进行集成化设计平台建设的思路，希望能为今后的集成化设计发展提供一定的参考。

2 研究内容

利用神经元网络分析方法对围岩稳定性评价及初始支护的选择，并用数值分析方法进行了支护可靠的验算，提供了有效的支护数值计算设计方法。系统将对这两部分加以补充和完善。

在此基础上，完成监测专家子系统，包括监测方案设计、数据采集与整理、预测、结果分析与评价（量测结果分析与评价、预测结果分析与评价）、加固措施与设计修改等模块，形成一个完整的油田工程设计系统。由于各子系统的程序设计语言各不相同，有的是基于符号推理的专家系统，有的是基于数值计算的算法程序。各子专家系统中的知识表达也各不相同，这就需要设计一种将各种不同语言、不同知识表达、集成的集成模块，它既易于与不同语言接口，同时又便于处理不同的知识表达。

3 集成化设计发展趋势

通用的集成结构，包括五级集成，如图1。

（1） 表达方式集成：统一的界面和信息表达，确保能够提供一个入口，一个“单一访问实情的点”，可以快速的被同化和接受。（2）数据集成：统一并集合来自不同类型源的数据，提供单一可靠的正确来源。（3）应用软件集成：适配器完成在应用系统间内，统一的信息传递。（4）业务处理集成：跨越式传递、协同、执行、增强的工作流程。对整个工作流程的再造，上升到项目管理层次，报告控制、资料控制、版本管理、进度管理等。（5）集成化组合应用软件实施：新的应用系统可以利用更高集成度的集成库。

从设计公司角度出发，为适应当前时代对于工程信息化、集成化、数字化的迫切需求，规范设计过程和行为以及提高设计质量和精度成为首要任务，一个基于统一的工程数据标准的，跨专业、跨软件的协作化集成设计平台环境成为行业发展的必然趋势。

通过参加各方面的交流与调研，并查阅文献，目前国内外设计工程公司的集成化之路多是自发或者由项目推动进行，大体分为下述三个方面：

3.1 海外市场的需求不断提高

如今很多业主需要分包到内部及专业工程公司来进行工厂的设计、翻修设计及维护设计，因此，设计公司需具有高效的设计复用数据和“工业惯例”的能力，来缩短项目的设计周期。

但是目前设计工具应用大都局限于本专业层面，即各个设计环节之间处于独立运行的状态：在设计生命周期中，从上游专业产生的设计数据，通常还是需要人工传递和维护才能交付到下游专业。

从信息流角度讲，采集、传递和加工处理三个环节，目前仅仅只更新了信息采集的方式，传递方式并没有根本性改变，后期的设计数据加工处理的可靠性也受传递方式稳定性的制约。

3.2 国际化进程不断推进

由于工程技术领域的不断变革和国际化进程的不断推进，大型的国际工程公司近年来也进行了集成化设计改革。

美国福陆公司始创于1912年，财富500强排名第124位，排名世界第一的工程公司，业务范围覆盖石油、天然气，化工、石化等领域。作为一个大型国际化公司，尽管已经实现了多地协同工作，并搭建了相对稳定的信息化平台，但在2002初，福陆公司也意识到原有的设计工作模式很难再进一步提升设计质量，这种情况很大程度上制约了今后公司整体实力的提升。

因此，从2004年开始，分五年开始实施集成化战略方案，其内容包括对工作流的梳理、集成化方案评估、集成环境开发、领航项目应用等阶段。

截止2010年，集成环境基本建成，并包含自主开发的自动化插件、管道支吊架数据库及各类符号，同时，将整个公司的图纸及文件模板进行了重新的梳理，达到了强化基础工作的作用，公司的国际化进程得到了进一步的推进。

3.3 向总承包转型的瓶颈不断凸显

目前以设计为主导的工程公司目前普遍面临着组织机构从单一的勘察设计企业发展为国际工程技术服务企业，业务领域从单一的勘察设计发展到项目管理和工程总承包，市场范围从以国内为主发展到国际和国内多元化市场的挑战。

而集成化设计可以提高公司EPC项目效益、EPC项目管理水平、公司材料管理、控制水平，有助推动设计系统软件的应用和基础工作的开展。

从项目细节出发，集成化所包含的版次管理使设计人员避免预估和设计材料表的错误、材料可追溯性、材料平衡、应用材料预测预留功能、为项目降低了风险，完整的材料状态使项目动态掌握信息，降低了项目费用和进度风险，有效辅助施工进度控制，提高了工作效率和数据质量。

结合上述工程公司的集成化设计情况，前后对比可以看出，整体集成化设计方案实施后，取得的益处是显而易见的也是全方位的，如全面的自动标注进一步减少出图时间、项目运行的一致性、数据流的稳定传递有效的降低了费用支出、各软件的整体实施降低了项目的风险等等。

4 集成化设计理念

集成化设计需要设计理念的更新，采用集成化设计理念，这不仅对设计阶段有益处，利用计算机管理对采购过程、施工阶段和工厂今后的运营维护进行一定的规划，且一定的作用。

面向海外市场，面对转型挑战，我们的设计理念必须有一个根本性的改观。

随着计算机实时信息技术的发展，石油天然气行业的上游提出“数字化油田”的概念，相应地，下游的油气田地面工程建设领域也需要集成化設计，完成数字化交付，以更好地控制项目进度和成本。

为建设集成化设计平台，首要任务是明确发展方向和设计理念，即以点带面，与专业公司紧密协作，以计算机软件带动基础工作，以配管带动其他专业，推进国际化进程，逐步把现有设计流程提升到全新的标准化、流程化、集成化的“三维设计数据流转工作模式”。

以工艺为推动力、以高度集成提高业务核心竞争力、利用信息资源形成核心创造力的“三位一体”开拓模式，实现SPP&ID;、SPM、SPI、SP3D对工程项目的规划、决策和支撑作用。

5 集成系统结构

系统采用并行分层结构进行集成，它模拟人类专家群体的工作，实现决策自动化。由于油田工程中涉及到众多领域知识，众多的功能和任务，涉及到多种描述形式的知识的处理和使用。对这样复杂的知识系统最有效的处理方法是将其分割为若干单一的领域知识系统（子系统）。按所要完成的任务和功能来划分。处于复杂系统同一水平或同一层次的子系统是相互关联的，它们协调工作和集成将完成某一复杂任务，同一水平的子系统既是区别的代表不同的领域专家，具有不同的领域知识，但又是联系的，它们要共同合作完成一个任务。

6 元系统设计

元系统作为大规模知识集成环境的核心，应具有相当的智能以管理、控制、协调、维护众多的子系统，这样的功能通过建立专家系统来实现。现以总控元系统为例来考查其结构，其余元系统稍加变动即可，总控元系统结构。它是由人机界面、元知识库、数据库、推理机构、静态黑板、子系统的接口、学习机和解释机等基本部分组成。

7 集成化设计初步方案规划

国内各设计公司的发展情况各有优势和特点，通过深入分析技术要点，确保有计划部署和有步骤实施，预计整体集成化设计平台的建设预计分为三个阶段，如表1所示。

实施步骤如下：

7.1 准备阶段

（1）SPI按照自控专业需求，完成初步的二次开发并正式投入实际项目应用。（2）SPP&ID;准备阶段的工作，数据收集整理具备代表性项目的P&ID;，组织工艺与仪表专业讨论控制回路，及仪表符号的表示方式。（3）SP3D围绕三维配管，开展领航项目，在领航项目中进行了设备、管道、仪表、结构、电缆桥架、暖通风道的三维模型建立，并生成管口方位图、设备布置图、管道布置图、仪表条件图、楼面开孔条件图、单线图等项目所需条件及成品，并进行碰撞检查及生成综合材料表等相关表格、并测试逻辑支吊架的使用情况。（4）推广SPP&ID;，完成管理员的高级课程培训，组织培训Oracle数据库、XML及VB开发相关内容，由鹰图公司协助完成二次开发，提高SPP&ID;的应用水平，总结归纳SPP&ID;对工艺流程的影响及再造，汇总完成相关使用手册。（5）提高SP3D应用深度，通过在项目中的应用，深化细化成品文件，进行二次开发。（6）利用SPRD建立公司级别的管道等级数据库，进行SPRD到SP3D的集成测试。

7.2 应用阶段

全面推广SPP&ID;、SP3D、SPI等软件。

将SPI、SP3D、SPP&ID;三款软件在项目上进行全面推广，理清上下游数据传递流程，为集成化做好准备。

同时，着手探索SPI及SP3D的Automation开发，完成部分典型配管的自动化配管，开始探索泵、压缩机及分离器的模块化设计。

消除结构专业设计软件与三维设计之间的技术壁垒，合理运用第三方结构软件（如StruCad、Tekla等）与SmartPlant系列软件的映射接口，形成有效协同关系。

7.3 推广阶段

SPP&ID;的工艺数据通过SPF传递到SPI软件，进行仪表设计。

SPI软件建立仪表几何数据，通过SPF传递到SP3D软件，用于建立仪表元件模型。

SPP&ID;的工艺数据通过SPF传递到SP3D软件。

SP3D管道设计时直接点选SPP&ID;，管线可读取管线数据用于指导配管设计。

SPP&ID;图纸上的阀门等元件直接关联到SP3D材料数据库选用材料。

设计集成化的初步探索，保证数据能够通过Foundation平台流畅传递，初步实现“数据流”工作模式，在系统集成环境建立成功的同时完成系统的基础客户化，因此，该阶段对技术人员数量的需求也将达到峰值。

Material和Construction两款软件与SPF集成。

综合以上计划方案，根据各阶段软件的投入与应用情况，初步制定了人员投入、硬件配置需求投入计划，按照年份提前申报该计划，以满足集成化平台管理和维护需要，可以有效地控制公司的集成化平台运营成本。

8 结语

相信按照阶段规划步步推进，各项目标逐一落实，全新的“数据流”工作模式投入实际项目应用，届时多专业工程数据将实现共享及交换，通过设计校验，设计精度得到提高。从概念设计到正式投产，对工程数据的全生命周期的管理水平将进一步加强，提升“数字化油田”的易用性及复用性。集成化的稳步推进能够有效夯实分公司的各项基础工作，从“专业协同”的角度不断深化和细化工作流程，工艺、管道、仪表等专业的技术规格书以及控制文件，消除专业间的技术壁垒。并从智能工程的角度出发，提出以元系统进行油田工程智能的集成方法，并用C++语言开发了元系统的原型。经实践，笔者认为这是一种切实可行的集成方法，当然关于这方面的研究，还有很多工作要做，如关于提高元系统运行效率的及接口标准化等问题尚待研究。标准化和规范化的设计流程将助力设计公司的国际化进程，而随着生产力与核心竞争力不断提升，更将高效率、高质量地完成更多的海外油田地面工程项目，为打开海外市场提供保障，为国家能源战略保驾护航。