孙丽丽

（中国石化工程建设有限公司，北京 100101）

石油化学工业是我国国民经济的基础和支柱产业，为经济社会发展提供能源和原材料保障，在经济建设、国防事业和人民生活中发挥着极其重要的作用，关乎国家能源战略安全。石化工程是典型的复杂开放巨系统，作为科学、技术与产业之间的转化枢纽，它决定着工厂高效生产和价值提升的基因，是促进产业变革、经济发展和社会进步的强大“杠杆”。因此，工程管理水平高低和管理模式的先进程度，制约着项目建设和投资收益，影响着石化产业的持续健康发展。随着时代发展、科技进步和理论创新，石化工程管理模式始终处在不断丰富和完善的动态推进过程中[1-2]。

本文介绍的以数字化为支撑的“五位一体”石化工程整体化管理模式，对工程项目实施全生命周期综合整体管理，实现了系统的价值提升。该模式在国内外重大石化工程实践中应用，规避了石化工程复杂巨系统体系的风险不确定性，解决了工程研发协同不够、工程转化效率不高和工程建设管控不系统等系列工程难题，体现了其具有既自成体系又深度融合和动态关联一致的内在优势，大幅提升了工程科学的转化水平和工程建设的实施能力，为国家能源战略安全和石化产业高质量发展提供了保障和支撑。

1 石化工程整体化管理模式的构建背景

我国石化产业起步较晚，改革开放后尽管取得了长足进步，但到本世纪初，仍然存在：炼厂流程结构不合理，重油加工深度不足，不能适应原油劣质化发展趋势；生产技术不完善，高价值产品收率不高，不能满足油品质量快速升级和高端化工品旺盛需求；生产控制水平不高，清洁化生产措施不完善，不能满足绿色低碳和安全环保的发展需要；生产装置规模偏小，布局较为分散，不能满足产业集聚和基地化发展的需求；生产成本高，竞争力较弱，不能满足产业高质量发展需要等一系列问题；需要建设或改扩建一批大型化现代石化工厂，以满足国民经济高速发展的需求。

伴随改革开放，我国石化工业迈入了发展的新阶段，产业蓬勃发展的背景为石化技术进步和工程管理创新提供了重要载体和广阔舞台。逐步发展形成的PMC、IPMT、EPC等先进管理模式，支撑了石化产业的快速发展，促进了工程管理的水平提升，但仍然不能满足新世纪以来产业快速高质量发展的形势要求，突出表现在科技创新协同程度不够、工程转化集成能力不足、工程管理集约水平不高、信息与产业融合不深、基于风险的管控模式不系统等突出问题，迫切需要创新构建高效的管理模式，以满足工程协同推进和项目高效建设的要求。

2 石化工程整体化管理模式的构建

针对石化工程技术来源复杂、投资强度大、危险程度高、关联范围广、建造周期长和质量安全环保要求苛刻等特点，在全面探索掌握石化工程项目技术多学科、研发多层次、协调多界面、管理多维度、运行多子系统的开放复杂而又高度集成的巨系统体系特征和运行规律基础上，以技术和管理的整体性、一致性和高效性为目标，在系统论、控制论等指导下，依托重大工程实践，融合信息技术成果，创新发展了集约化、协同化、集成化、过程化和数字化的管理方法，构建了以数字化为支撑的石化工程整体化管理新模式，见图1。

图1 石化工程整体化管理新模式示意

在工程实践中，将技术研发、工厂规划、工程设计、装备制造、施工建设、过程管控、产品交付和投料试车等工程技术环节融为一体，建立动态循环和本质关联。从图1看出，石化工程整体化管理模式中的数字化具有双重功能，对内基于信息技术和业务流程，关联融合工艺设计、工程设计、协同设计和工程管理等内容，构造数字工程平台和数字交付平台，打通全流程、各环节数据采集、传输和共享，实现生产运营和管理服务全面数字化，提升精益管理和高效决策；对外，平台化的开放属性和数字化的赋能特征，使数字化的工具为其他方法提供支撑，提升其他管理方法的实施效率和效果，促进独立子系统的功能重构和整体系统的新功能再造，实现综合价值提升。在顺时针方向，从研发到规划，从设计到制造，从建设到试车，工程实施进度时序不断推移，集约、协同、集成、管控等子系统进行自适应、自整合和自优化，发挥各环节自成体系和动态关联的优势，促进了工程建设目标的逐步达成；在逆时针方向，实施过程不断向后反馈迭代、优化调整，及时对相应内容进行监测和校正，发挥了各方法深度融合和动态整合的优势，促进了工程管理理念的不断完善深化。整体化管理实现了项目全生命周期技术进步和工程管理的综合集成，融合形成了“五位一体”的石化工程管理新模式，提升了技术转化的效能和建设管理的效率，确保项目整体效益最大化。

2.1 整体化集约

集约是针对粗放而言，《辞海》中解释集约是指农业上用提高单位面积产量的方法来增加产品总量的农业经营方式。在国民经济中应用集约，指通过经营要素质量的提高、要素含量的增加、要素投入的集中以及要素组合方式的调整来增进效益的经营方式[3-4]。随着时代发展，集约方法的应用逐渐从农业、经济等领域拓展延伸到项目管理范畴，使其内涵和外延不断丰富和完善。石化工程整体化集约是针对多专业、多界面、多要素和多资源的石化工程建设特征，围绕成本节约、效率提升、技术先进、安全环保和管理精益等目标，借助数字化工具，对各阶段资源要素进行集结、量化、协调和多方案比选优化，实现整体效益最大化。整体化集约示意如图2所示。

图2 石化工程整体化集约示意

从图2看出，工厂规划作为石化工程技术方案的顶层架构，需要在国家法律法规、石化产业政策、产品市场需求等约束条件下，应用数字化模型和软件工具对原材料供应、加工流程方案、经济社会效益等进行同步研究，提高资源利用效率。在规划基础上实施设计方案研究，对先进的工艺技术进行集成优化选择，应用REMS（Refinery Energy Modeling System）等数字化工具，对能量综合利用、安全环保协同治理和投资收益等内容进行分析论证，提供经济合理的工程方案。在建造方案实施环节，评估设备材料、制造商、承包商、业主方等关联方信息和能力，围绕项目经济、技术、质量、安全、环保等目标，应用项目成本控制系统（I-cost）等数字化工具，对不同系统、不同层次的人力、物资等资源进行整合，减少错误、避免冗余、节约成本。与此同时，后续环节在实施过程中，不断给予前序以反馈，使集约化过程不断迭代，方案持续优化便于实施，最终达到工程整体方案的集约优化。

海南炼化是我国首座单系列千万吨级炼厂，项目实施整体化集约为工程建设顺利推进和后续绿色低碳生产奠定了坚实基础。如工程设计中创新提出全厂大联合装置的理念，集约占地；生产装置有机紧密联合，集约消耗；工艺物料直接互供、公用工程靠近负荷中心，集约能量；污染物综合处理，集约排放。同时，工程管理集约化协调参建方人力资源，有序推进项目建设，实现22个月建成投产，较同类项目缩短1年左右；项目的集约化配置为工厂管理扁平化提供基础，工厂定员仅500余人，达到国际领先水平。该厂自2006年以来的生产运行表明，整体化集约使企业与区域发展和谐共存，成为石化企业清洁生产的典范[5]。

2.2 整体化协同

协同学理论中，协同是指在复杂大系统内，各子系统的协同行为产生出的超越各要素自身的单独作用，形成整个系统的统一和联合，发挥协同增值效应[6-7]。石化工程具有跨时间、跨空间、跨专业和跨领域等特征，基于并行工程理论，以数字化为支撑的整体化协同，通过协调同步发挥独立要素的协同并行功能，实现自我调节、自我适应和同步协作，促进专业、时空、相关方等全要素从零散的单列平衡向有序的阵列平衡转化，确保技术研发、工程转化和制造施工等环节高效推进。整体化协同示意如图3所示。

图3 石化工程整体化协同示意

石化工程项目建设通常涉及工艺、设备、仪表等20余个专业，作用和特点各不相同。从图3看出，要在有限的建设工期约束条件下，高效高质完成建设任务，就需要根据项目特点、专业作用、工作流程等进行协同管理，确保各专业密切配合，有序开展工作；时空协同是指石化工程在不同时间和空间同步开展建设，需要根据工程实施阶段的特征，对各个环节、各个工段、物资供应、机具及人力资源进行管理协同，让分散的参与方、物资、人力等资源在数字化平台上，实现有序同步开展并相互反馈；相关方协同是指石化工程涉及专利商、业主、承包方、政府监管部门等众多相关利益方，由于角色、任务、目标、利益、需求等差异，需要通过整体化协同来协调各方诉求和关注点，围绕建设优质工程的统一目标，发挥各自优势，避免资源浪费和内耗；功能协同是指石化工程涉及技术、安全、环保等多个功能维度，通过整体化协同，能够促使项目在诸多功能要素制约下，实现综合效益和价值的最大化。在外部横向协同和内部纵向协同过程中，数字化平台使得整体化协同的同步动态关联得以实现。

芳烃成套技术是一个国家化学工业发展水平的标志，之前仅美国和法国两家著名公司掌握，技术壁垒非常高。作为吸附分离核心工程技术之一，吸附塔格栅专利技术长期被国外垄断，在该项技术攻关的研发过程中，工程公司作为工程转化的枢纽，以数字化平台为核心实施整体化协同，将科学研究数据和与之相关的设计参数采用CFD、ANSYS等数字化工具进行多方案电子热模模拟分析，优选出适宜的结构，再通过冷模试验进行认证确定最终方案用于制造。这一协同研发过程，避免了传统研发过程中资源割裂，往往只依靠冷模实验反复验证，造成工期长，结果不够优化等问题，整体化协同使工艺模拟、研发试验、工程设计、生产制造与现场安装等多个环节的众多资源、数据和力量进行整合，促进该核心技术的高度并行并协同推进，加快成套技术的实施进度，提高工程转化质量和效率，实现研发、工程、产业的良性互动，为高效环保芳烃成套技术整体成果的成功奠定了重要基础。该成套技术项目获得2015年度国家科技进步特等奖。

2.3 整体化集成

《现代汉语词典》解释集成为同类事件的汇集，它以系统思想为指导，将两个及以上有关、无关的要素或者系统综合和优化为一个有一定功能、紧密联系的新系统，是主动寻优过程[8]。石化工程具有多学科、多专业、多方物资和多门类的特征，基于系统论、信息论、控制论等理论和方法形成的整体化集成，是将用于执行工程项目的相关学科等若干资源、功能、界面，借助数字化平台，以共同的价值追求和紧凑的组织结构，完成主动寻优和系统优化，发挥综合集成的“1+1＞2”的放大增值效应，降低工程投资，提高工作效率，缩短建设工期，规避建设风险。石化工程整体化集成示意如图4所示。

图4 石化工程整体化集成示意

从图4看出，针对石化工程涉及化学、环境、控制、机械等多学科特征，从专业融合、集群项目设计、材料集中管控等方面对项目资源进行集成，提高使用效率；针对石化工程多专业特征，构建工艺设计集成平台（I-process）、工程设计集成平台（I-engineering）等，对工艺、能量、环保、安全等专业进行集成，对工艺、配管、仪表等设计进行集成，减少过程界面，提高工程质量；针对多方物资供应类别、进度、区域等方面的差异，基于供应链管理理论、物流运作一体化整合思想、量价杠杆思想、现代智能经济等为理论支撑，从关键设备、大宗材料的采购建造入手，对采购框架协议、采购统一平台组建、模块化建造策划等方面进行集成，组织和协调采购活动涉及到的商流、物流、信息流和资金流等要素有机协调工作，调高采购整体效率，实现准确及时供应；针对运输、安装等多门类特征，从工厂化预制等入手，实施集中吊装、集中预制、集中防腐、集中运输，缩短工期，提高质量；整体化集成通过学科、专业等子系统集成为多系统，再从多系统集成为综合系统，促进项目管理从繁杂到有序、从分散到集中，实现了整体高效管理。

大型装备模块化建造是整体化集成的典型范例，如在某国际石化工程中，1 500万吨/年常压加热炉尺寸和重量巨大（25米长、17米宽、26米高，约1 000吨），如果按照常规现场焊接施工模式，会对项目建设进度、成本费用和质量安全造成重大影响。采用整体化集成，对该大型加热炉从设计、采购、制造、运输、施工等进行全方位的模块化，实现各环节无缝对接，仅制造就比传统方式节省6个月工期，采购、运输、施工等环节的质量和费用控制更为精细，大幅减少现场施工作业，安全系数显著提高，并打破制约我国石化装备制造走向国际市场的瓶颈，提升了我国石化工程参与国际竞争的话语权。

2.4 过程化管控

石化工程技术复杂、进度紧凑、界面重叠等特点，决定了风险会贯穿于项目建设的始终，影响项目的成败，甚至很多风险会潜伏和叠加衍生出新的更为复杂的风险，给企业安稳长满优生产运行埋下安全隐患。传统风险管控以结果为导向，强调对事故发生的原因、过程及后果进行反向的梳理和剖析，得到教训供同类项目参考。随着石化工程项目超大型化和项目群现象出现，不确定性因素增加，风险管控面临极大的考验。过程化管控从全过程风险识别和评估出发，提出防控措施，建立过程目标，并进行监测和反馈，形成完善的实时风险管控体系，实现从结果向过程管理、符合性向有效性管理的转变，有效提升了石化工程建设质量。石化工程过程化管控示意如图5所示。

图5 石化工程过程化管控示意

过程化管控将所有的业务、管理活动都视为一个流程，注重连续性，打破部门和岗位壁垒，鼓励各部门、各岗位间互相合作，共同追求流程的绩效。从图5看出，石化工程过程化管控是针对石化工程设计、变更、费用、进度、安全、环保等风险要素繁杂且极易引发次生风险的特点，通过全过程梳理各项业务流程，理顺对象和系统间的内在联系，进行过程分解和风险识别，编制末级作业流程图及配套风险清单，制修订技术管理、运营管理和项目管理标准，推进管理工作由结果管理向过程管控、风险管控同步转变。它强调的管理对象是业务流程，强调以整体目标为出发点，以流程为导向来设计组织框架，使流程连续流畅，形成有机整体，最大限度化解风险、减少损失，确保预期工程目标实现。

普光天然气净化厂是川气东送的关键项目之一，处理规模世界第二、硫黄产量世界第一。普光天然气硫化氢浓度高达150 000 ppm，采用传统工程风险管理方法，难以有效识别复杂风险及潜在风险，给生产运营留下重大安全隐患。以过程化管控为指导，从开展设计、施工、制造、检验等风险分析入手，开展特大型散装硫黄安全储运与消防关键技术研究，开发特大型净化厂安全集成系统，实施净化厂与气田的安全联锁系统全过程化管控，能及时判断事故类型、准确定位并自动启动应急预案，确保了净化厂的安全。该项目建成投产以来，每年净化近百亿方天然气，为我国高含硫天然气的安全经济净化处理提供示范，涵盖该项目的特大型超深高含硫气田安全高效开发工程获2012年度国家科技进步特等奖。

2.5 数字化方法

数字化是通过信息技术，建立数据组织模型，将工程的技术与管理信息转变为结构化和非结构化数据，经由信息流进行表达、传输和处理的过程。数字化管理具有为集约、协同、集成和过程管控赋能的特征，确保整体化管理过程数据同源和信息同根，提高工程质量、缩短建设周期，实现精益工程管理。从物理工厂工程建设开始，同步实现对应数字化工厂建设的设计新模式，确立以集成化设计为源头进行数字化工厂建设的技术路线，构建了基于工艺与工程集成化设计、三维协同设计及工程管理的数字化工厂建设平台，见图6。

图6 石化工程数字化平台示意

从图6看出，工艺设计集成化平台融合了流程模拟、动态模拟、热力学计算等多项功能，将工艺设计结果输出作为后续工程设计的输入；设备、仪表、配管等专业在工程集成化平台上同步开展工程方案研究和设计，输出的结果进一步通过三维协同设计平台，将材料、应力等信息进一步融合输出到数字化平台上；费用、风险等内容通过工程管理数字平台的集合功能，为数字化平台提供管理支撑，使数字化交付成为可能。数字化工程的交付构建了具备“自动化、数字化、可视化、模型化、集成化”特征的数字化工厂，为更高阶的智能化工厂建设奠定数字基础。

石化工程数字化是以数字化平台为支撑，在石化工程全生命周期内，沿时间维度，按正向顺序来实施数字化的过程。数字化方法示意见图7。

图7 石化工程数字化方法示意

从图7看出，项目建设初期，采用集成化平台和数字化方式，对最小单元的相关信息进行数据映射，使对象标准化和唯一化，传递到工程的后续各个环节，变文档驱动为数据驱动；在采购、建造等过程，将制造批次、日期、检验等信息补充和完善到相应类库中，使对象更为系统和立体，便于后续追溯和反馈；在物理工厂建造完成交付的同时，将与之完全对应的数字化工厂交付业主，为将来工厂的运行、检维修、改扩建等提供丰富的数据支撑，使信息的生命周期延长，促进在信息技术和智能制造技术支撑下实现智能工厂的建设效率。数字化方法使得围绕安全、操作、施工的三维模型协同审查成为可能，工程各参与方在数字化模型中先于物理工厂的建设及早发现并解决问题，提高建设质量和效率，规避建设风险。

某石化项目中，通过构建以工厂对象为核心的信息组织模式，将物理工厂建设过程中产生的设计、采购和施工等数据，借助集成化设计平台以数字化形式整体移交，使建设阶段的信息延伸到生产运营过程，促进了物理工厂和数字化工厂的同步建设，使工程设计整体效率提高25%以上，节省4 000万元的数字化工厂建设成本，为企业节省70%改造方案编制时间和近50%的人力投入，创造较好的经济和社会效益。在此项目基础上，编制相应的国家标准，填补了国内在数字化交付领域的空白，引领了石化工程数字化技术发展。

3 石化工程整体化管理模式的实践

3.1 国内案例：我国首套千万吨级炼厂——海南炼化项目

至本世纪初，我国石化工业取得长足进步，但仍存在炼厂单系列装置规模偏小、渣油转化深度不足、轻油收率不高、能量综合利用率低、清洁化生产措施不完善等突出问题。

采用石化工程整体化管理模式，实施工厂规划整体化集约，建立了协同建设机制，采用集成化设计方式，流程化风险识别和过程管控，取得了多项重大突破。项目实施中采用的“原油蒸馏—渣油加氢—重油催化裂化—加氢裂化”的重油集成化组合工艺，使海南炼厂汽煤柴油收率达到81%，比当时国内平均水平高7个百分点，处于国际领先水平；集约化布置、能量集成应用等，使炼厂能耗降低15%，达到国际先进水平；污水综合处理等技术，使炼厂吨油水耗、吨油排水和废水COD均低于国内一级指标42%，实现了清洁生产。

2006年海南炼厂建成投产，工艺技术国产化率达到95%，设备国产化率达到98%，标志着我国具备了依靠自有技术设计和建设国际先进水平现代化大型炼厂的能力，具有里程碑意义，为青岛、惠州等后续炼化基地的建设提供了支撑。该工程获2011年国家科技进步二等奖和全国工程总承包金钥匙奖。

3.2 国外案例：迄今为止我国最大海外合资炼化——中沙延布炼厂项目

2011年中国石化与沙特阿美在沙特延布合资建设炼厂，该项目设计加工能力20 Mt/a，总投资近85亿美元，项目面临建设地条件艰苦、文化差异明显、管理理念不同等一系列难题。

项目建设中，推行整体化管理模式，从协同化管理角度出发，创建“沟通协调＋有效监督”的协调程序和“人岗相宜”的人才培养体系，确保合资协议全面落实；从过程化管控角度出发，采用“管控指导＋技术支持”的方法，强化变更管理和过程风险管理，充分发挥中方的技术支撑；从集成化管理角度出发，创新建立涵盖51项管理制度的海外合资炼化工程项目管理新体系，顺利推动项目的设计、建设和试运行。

2015年该项目建成投产，比概算节约2亿多美元，实现1.6亿安全人工时。2016年1月20日，国家主席习近平和沙特国王萨勒曼共同按下该炼厂商业运营启动键，标志着我国石化工业拉开了向更广阔国际市场迈进的帷幕。该项目获2015年普氏年度全球最佳建设工程奖、2016年MEED海湾地区最佳工程奖。

4 结语

基于大量石化工程实践，不断探索优化工程管理模式，分析研究项目活动内在规律和管理方法逻辑关联，将研发、规划、设计、采购、制造、施工、交付、试车等工程建设生命周期内各自割裂的要素进行有机整合，构建了以数字化为支撑的“五位一体”整体化管理新模式。工程实践表明，该模式在国内外重大石化工程实践中应用，规避了石化工程复杂巨系统体系的风险不确定性，解决了工程研发协同不够、工程转化效率不高和工程建设管控不精等系列工程难题，提高了工程建设效率和质量，为特大型石化工程的顺利高效执行提供了依据和理论指导，对石化产业的健康发展和保障国家能源安全有重要意义。

当前，以云计算、大数据、物联网、人工智能为代表的信息技术急速发展，给我们带来了变革机遇，工程公司作为科研技术转化为现实生产力的重要枢纽，将肩负起保障石化产业绿色、低碳、安全、智能发展的重要使命。在工程实践中继续发展完善石化工程整体化管理模式，使其自成体系、深度融合、动态关联一致的巨大优势得到进一步发挥，解决更多石化工程中的难题和不确定性，让更多的不可能变为可能，促进工程与人文、社会和生态之间的和谐相容，让“工程梦”助力实现 “中国梦”！