“油气电氢”综合能源站工程建设项目数字化交付应用前景分析

董震宇 师骏

（中国石油天然气股份有限公司山西销售分公司）

  摘要：随着能源消费行业的多元化发展，加油站逐渐向“油气电氢”综合能源站转变，传统的工程建设模式已无法满足多元化运营建设需求。数字化交付可以解决目前综合能源站工程建设项目管理过程中存在的数据采集不全面、信息标准不完善、底层数据不贯通、数字化技术应用不充分等问题。通过数字化技术在设计、施工、采购、运维阶段的应用，对于项目全流程管理进行提前优化，实现项目全生命周期的价值最大化。随着石油石化行业数字化转型的不断发展，数字化交付在综合能源站应用前景将愈加广阔。

  关键词：综合能源站；工程建设；数字化交付；BIM模型

  引言

  近年来，随着BIM技术在工程建设领域的不断深化应用，数字化已成为建筑行业发展的趋势，为了满足自身发展的需要，紧跟时代变革步伐，作为传统能源的石油化工行业也来到了数字化转型发展的窗口，油田、炼厂等企业均已开始向数字化油气田、数字化工厂迈进，作为石油化工行业的销售终端，单一的加油站向“油气电氢”综合能源站转变，开始从加油服务向综合能源服务、用车服务、生活服务生态延伸，加快平台化生态化发展，构建“人·车·生活”生态圈。而传统模式建设的综合能源站已无法满足销售业务实际发展需求，必须加速推进综合能源站工程建设项目的数字化交付，借助数字化手打通工程、采购、建设等各环节业务流和数据流，对项目进行一体化可视化管理与应用，形成完整的内容和数据，为后期打造数字孪生体系的智能化运维奠定基础。

  一、综合能源站数字化交付的发展历程

  在《石油化工工程数字化交付标准》（GB/T 51296—2018）中关于工程数字化交付的定义是：“以工厂对象为核心，对工程项目建设阶段产生的静态信息进行数字化创建直至移交的工作过程，涵盖信息交付策略制定、信息交付基础制定、信息交付方案制定、信息整合与校验、信息移交和信息验收”。

  数字化交付对于综合能源站的工程建设项目来说，是一种新兴的工程交付方式。传统交付是按照专业交付各自生成的图纸、档案资料、电子文件等，交付物相互之间是孤立存在的，很难保证数据的一致性。而数字化交付是以综合能源站模型为核心，依托数字化交付平台，将综合能源站工程建设全过程产生的设计、采购、施工、监理、检测等环节工程数据、文档、三维模型，相互之间建立关联关系，形成一个有机的整体后进行交付。

  （一）国际发展历程

  美国是最早启动建筑业信息化转型的国家之一。2003年起，美国总务管理局就开始推行实施国家BIM-4D-BIM计划项目，对建筑业进行数字化转型。美国国家建筑科学研究院（NBIS）在2007年发布了首个美国国家BIM标准《NBIMS 1.0》，并在2015年，联合美国陆军工兵部（USACE）制定了首个通用的模型标准格式IFC和数据交换格式COBie。目前，美国绝大多数石油公司的加油站项目、油库项目已深度应用BIM技术实现数字化交付，且大多数公司都发布了自己的数字化标准体系。美国最大的石油公司埃克森美孚联合IBM和微软，为企业量身订做了数字化交付平台，并合作建立了数字化研发中心数码车库（Digital Garage），并与康斯伯格数字公司（Kongsberg Digital）一同打造自主研发的数字化孪生平台，力图实现数字化交付与运维的一体化管理。

  在欧洲，英国政府是数字化交付与BIM应用的先驱者与引导者，他们在2007年美国颁布国家BIM标准的同年，发布了BS 1192：2007——基于2D和BIM技术的建设信息协同标准，这个标准构成了今天ISO 19650数字化交付体系的基础。2011年，英国政府成立了BIM Task Group，致力于建立和推动英国数字化交付的标准与要求。其制定了BIM成熟度模型（BIM Maturity Model），确定了从BIM应用Level 0向BIM Level 3的过渡方案。如今，这个标准体系已在欧洲以及全球范围内被广泛采纳并部署推广。目前，欧洲主要石油公司都以ISO体系为依托，以BIM评估模型为标准，打造了企业完整的数字化标准与实施体系并已实现了项目全程的数字化交付。其中，bp打造了一套以BIM模型、真实物理模拟引擎和实时检测系统为一体的数字孪生平台APEX，并已经在欧洲多个海上油库项目进行了建设应用。

  在亚洲，阿联酋阿布扎比国家石油公司（ADNOC）是较早进行加油站数字化建设与交付项目的国家，在阿布扎比项目遵循ISO 19650数字化交付体系框架，通过Autodesk公司的BIM 360平台进行了项目完整的协同设计，实现了项目过程中所有问题沟通，任务布置、图纸与模型审阅、变更比对、质量审查等全部在平台上实时同步进行，并实现了完整的数字化交付。此外，该项目以模块化形式创建了加油罩棚、便利店、汽服建筑、清真寺等建筑单体BIM模型模块，后期可根据实际需要任意组合，满足加油站不同体量与功能的要求，实现项目快速部署建造。

  （二）国内发展历程

  我国虽然对于数字化建设起步较晚，但国家层面对于该领域的支持力度却是巨大的，在2017年出台了一系列标准之后，以BIM为中心的数字化建设与交付出现了爆发式地增长。建筑行业在我国的数字化转型正处于强劲上升的发展阶段。石油石化行业方面，在2018年住房和城乡建设部发布了《石油化工工程数字化交付标准》（GB/T 51296—2018），2019年中国石化对照国家标准编制印发了《石油化工工程数字化交付执行细则》（试行），中国石油目前也即将发布相应的制度标准，指导所属企业开展工程建设项目数字化交付工作。

  2022年5月国家住房和城乡建设部印发了《“十四五”工程勘察设计行业发展规划》。文件中提出要推广工程项目数字化交付，推进工程项目设计方案BIM交付，完善工程项目设计及竣工成果数字化交付体系。推进BIM全过程应用。加快提升BIM设计软件性能，重点突破三维图形平台、建模软件、数据管理平台，开发基于BIM、5G、云计算等技术的协同设计应用系统。加快推进BIM正向协同设计，倡导多专业协同、全过程统筹集成设计，优化设计流程，提高设计效率。鼓励企业优化BIM设计组织方式，统一工作界面、模型细度和样板文件，不断丰富和完善BIM构件库资源。逐步推广基于BIM技术的工程项目数字化资产管理和智慧化运维服务。

  目前，国内石油企业在综合能源站数字化交付方面尚处于初始探索阶段，由于各企业的基础水平、目标任务等相对不统一，造成了数字化交付的深度、水平与质量差异较大。近两年，部分石油企业已率先进行了综合能源站三维设计试点，取得了显著成效，积累了一定的经验，为后续即将开展数字化建设工作提供了宝贵的经验。

  二、现阶段综合能源站工程建设项目的管理难点

  （一）项目资料搜集与信息采集不全面

  目前大多数综合能源站工程项目资料仍处于电子化时代，项目实施过程中依靠手工采集相关资质，对纸质文档进行扫描后存储，相关数据搜集不全面、不彻底，极其容易导致信息的缺失。并且由于综合能源站数量多，数据量庞大，电子格式与纸质格式并存，很难实现对资料的全局统计，对此类信息的缺失无法形成有效捕捉，往往在需要使用时才发现问题，但已很难再重塑当时的内容环境。

  （二）数据的实时性与唯一性无法得到有效保证

  由于当前项目过程与交付中涉及到的文档、数据、影像等相关资料的格式复杂，由于没有一体化贯通的交付平台支持，会导致同一内容有多种格式存在，多种版本出现，使得团队成员无法及时确认最新且唯一的信息来源，造成数据的混淆，给后期内容的查找与应用造成了极大的困扰。

  （三）信息的获取与项目接入门槛高

  由于目前绝大多数的交付策略为图纸与文件资料交付，没有充分有效利用BIM模型作为一个可视化数据纽带联通整体项目资源。导致企业中每个成员都需要花费大量时间定位与理解图纸中的内容，再通过另一个文件系统查找所需信息，造成每次的信息获取都需要极大的人力与时间成本，并且由于成员经验与专业方向的差别，对于信息提取的准确性也无法保证。

  （四）项目管理决策过多依赖于经验而非数据

  目前的加油站工程建设项目管理模式主要依靠管理人员的既有经验，无法对项目过程与结果数据进行结构化整理与储存，导致目前项目成员在做决策时无有效数据可以借鉴，不得不依赖于个人经验水平或临时进行项目研讨，造成项目决策难以充分客观与科学，对项目带来不必要的风险与损失。

  （五）未能对BIM技术有效利用

  目前业界的BIM技术应用已相对成熟，少数综合能源站工程建设项目已开始BIM设计的尝试，但是目前在设计阶段的协同方式多为传统模式，即使有BIM模型，也未能实现协同设计从而对项目问题有效解决。在施工阶段，还没有基于设计交付的BIM模型而展开针对施工的延展应用，导致项目成本与周期并没有得到有效改良。因此，当前并没有建立起完善的标准体系来深度应用BIM技术，从而未对项目带来实质性效率与质量的提升。

  三、综合能源站数字化交付的优势分析

  综合来看，目前综合能源站工程建设项目管理的难点主要在于数据采集不全面、信息标准不完善、底层数据不贯通、数字化技术应用不充分等方面。通过国内外工程建设行业数字化交付的发展应用，建立起完整的数字化建设与交付体系，可以在极大程度上解决目前综合能源站工程建设项目管理中所面临的难点痛点，并利用数字化技术所带来的优势，提升公司在未来市场上的核心竞争力。

  （一）设计阶段

  1、数字化协同设计

  在项目设计初期，建立项目的设计模型，总图、建筑、结构、电气、工艺等各专业的设计人员都可以同时对模型进行设计、修改与同步，项目管理人员可以实时对设计进展与设计变更进行查看，项目团队可以获取当前最新的设计信息与数据资料。

  2、图纸二三维联动

  通过建立项目BIM模型，可以自动生成对应的2D平面图、立面图、剖面图、细节图等。随着模型与设计的推进，任何模型的变更都可自动映射到相应图纸之中，大幅减轻重复性的工作，并可实时确保图纸和模型的一致性。同时，项目团队可以实现模型与图纸同步审阅与批注，可推动整个项目周期的运转效率与准确性。

  3、碰撞检测

  通过BIM模型可对各专业的设计进行自动碰撞检测，并生成碰撞矩阵表，项目成员可通过浏览器实时查看碰撞结果，分析设计与施工可行性。对多专业协调碰撞，可针对每个具体碰撞创建问题，在协同会议上共同浏览与商议，指定解决方案并修改模型。

  4、变更追溯

  通过对中心模型的版本控制，各专业设计人员以及项目团队可以随时查看不同版本之间BIM模型与2D图纸的变更，并对设计做出相应的修改。项目控制团队通过设计变更来获取相应的设备与项目成本变更，以提前做出更好的计划与安排。对变更问题可以实时在BIM模型与2D图纸上进行批注并指定责任方在给定期限内解决。

  5、工料单提取

  通过将BIM中心模型与2D图纸有机融合，利用前期预设的工程量类别，可以迅速对BIM模型进行主体材料提取与归类，并通过2D图纸对细节信息进行进一步提取，确保工程量的提取精度。实时的工程量清单可以将BIM与2D工程量统一整合，并可对接造价数据库，对项目整体预算做出准确评估。

  （二）施工阶段

  1、施工模拟

  在施工阶段可以通过BIM模型提前进行施工模拟，根据本工程的技术难点和环境特点，为项目成员提供可视化的施工顺序模拟和施工场地排布，并可根据不同的时间颗粒度对细节化施工顺序进行推演与调整，发现实施过程中的管理难点，有针对性地制定管理措施，优化施工方案，科学组织施工。同时，通过BIM模型模拟施工流程和工艺，进行技术、质量、安全三维交底，使管理人员和施工人员都能够更加直观地了解技术、质量、安全控制要点。在施工过程中与拟定方案进行可视化管理，杜绝方案执行过程中的随意性，对施工质量、进度、安全、风险等内容进行有效管理，使整个施工过程时时处于受控状态。

  2、施工质量管理

  在BIM模型里对每个施工对象的施工质量验收标准进行提前预设，然后在管理平台中建立工序检查清单，现场人员根据清单上的质量管理要求，随着项目实施进度逐一进行现场质量审核并进行信息反馈。

  3、施工安全管理

  在BIM模型中对项目实施过程中存在的各类安全风险进行分析，并对每一道工序建立相应的安全控制措施，创建相应安全设施模型，现场实施过程中安全人员通过现场图片和模型的比对来完成安全认证。

  4、施工进度管理

  通过BIM模型与进度计划的结合，在模型中添加里程碑节点、关键路径和施工条件关系，模拟施工全过程，实现进度计划可视性控制，使管理人员能够及时发现进度问题并有针对性的纠偏，保证工程按时完成。

  5、施工成本管理

  在施工管理平台中通过加载相关项目人力与成本信息，对整个或单个施工周期的人力占用及现金流状况进行有效模拟与评估，并可与当前数据进行比对，更有效地调整预算与人力安排，同时依据BIM三维竣工模型提取工程量清单、设备清单进行竣工决算，通过签订的固定单价合同，利用竣工图工程量，可快速生成竣工决算书，节省审计时间，提高精确度和工作效率。

  6、人材机管理

  通过在施工模型里加入临时建筑，工程机械等模型信息，相关属性信息，关联文件信息，以添加二维码的方式给施工人员、机械、机具配备独立的识别标志，管理人员可通过移动设备随时随地识别人员、机械、机具信息，并有针对性地监管。

  （三）采购阶段

  1、采购合规管控

  企业BIM族库可以动态链接采购产品数据库，实现从采购计划单生成、到采购物资智能寻源、招投标、采购合同生成、项目物资验收等项目采购全流程的过程管理，实时跟踪合同起草、审批、签署、履约过程，及时甄别、预警违规行为，共享供应商生产、检验、配送等进度数据，实现订单跟踪、监督和可追溯，并在项目交付后对企业BIM族库进行反馈与更新，整体采购流程信息公开，全流程留痕，规避采购风险，实现合规化管理。

  2、精细化管理

  在项目设计交付阶段，根据实际项目生成项目的物资采购清单，并通过设备编码，对采购物资各阶段进行精细化管理与监控，根据不同物资制定差异化供应商寻源策略，完成招投标、询比价、竞价等采购流程；在项目结束后实现采购物资全周期数据资产交付，确保交付的及时性和准确性，交付内容同各阶段数据、流程关联，采购全过程可追溯。

  （四）运维阶段

  1、综合能源站数字化运维

  综合能源站工程建设项目通过数字化交付，可以构建综合能源站数字化运维的底层基础。将以通用数据环境为技术基础，融合项目数据、资料信息等，搭建一个智能化的运营管理平台，通过链接现场设备的感应信息、监控信息，对项目运营状况进行一体化评估，对项目潜在风险进行提前报警，对设备置换进行智能预测，实现加油站的数字化运维。

  2、数字化检维修

  利用数字化交付的设备三维模型、融合设备运行时长、能耗曲线、技术参数等现场同步数据进行综合模拟分析，实现设备设施的故障预警，并可以利用AR技术对设备进行智能诊断与远程协助分析，自动对设备提供维护建议与方式，提高故障判断准确性，缩减故障诊断时间，提升检维修效率，降低维修成本。

  3、沉浸式培训与虚拟演练

  利用VR引擎和交付的3D模型，对安全事故进行多场景虚拟重现，通过在虚拟空间中的应急演练，制定出切实可行的应急方案。并可将指定的应急方案场景以VR形式对相关人员进行沉浸式培训与虚拟演练，显著提升项目运维团队的整体应急能力。

  四、综合能源站数字化交付的应用前景

  （一）实现项目全生命周期的价值最大化

  石油库站建设产业一直难以推进革新的主要问题在于数据的断层与不透明，没有一个有效方式对数据进行收集、整合、交互与提取，从而导致项目每个阶段都处于“黑箱”当中，无法充分利用各阶段形成的价值资产对项目全生命周期进行优化应用。

  数字化建设与交付首要解决的问题就是将项目过程中的所有信息和数据进行数字化收集、透明化呈现，打破原有的“黑箱”效应，移除项目各方的信息屏障。随后，通过BIM技术与BIM平台实现各阶段的互通互联，打造项目完整信息价值的传递，实现各阶段基于之前成果的累积应用。同时，通过对数据的全面采集，建立了产业内的数据库，让后期的智能优化与智慧运维有了良好的数据基础，并可与全国加油站的多维数据资源互联互通，为销售业务提供可靠的决策依据，真正服务于销售终端的发展，最终实现项目全生命周期的价值最大化。

  （二）实现项目过程的提前优化

  BIM技术的出现使得在虚拟空间中具备对项目进行设计、施工与运维的条件，从而允许项目团队利用BIM模型在虚拟空间中先对项目建设一次，排查设计问题，研究施工可行性，模拟出施工方案，利用仿真技术提前在虚拟环境中对施工作业进行培训，推演出真正可行的项目建设方案，再通过虚拟与真实世界的交互，按照优化好的方案对实体项目再进行第二次建设。从而极大程度上消除项目风险，使得项目施工过程有据可循、有据可依。由于第一次建设是在虚拟空间，无需受地理位置的影响，可以大幅提前各方协作的时间点，将绝大多数施工问题扼杀在设计阶段，从而显著降低项目成本与周期。

  五、综合能源站数字化交付的探索尝试

  为了探索工程建设数字化交付在综合能源站的实践应用，中国石油山西销售公司以晋中某综合能源站为试点，率先开展工程建设数字化交付在综合能源站的实践应用。

  该综合能源站为中国石油在山西地区建设的首座3.0智慧综合能源补给站，可为周边居民提供加油、充电、餐饮、汽服、购物等全方位服务，站房罩棚采用装配式建筑，屋面板采用BIPV一体式双玻光伏板，设置240 kW的超级快充桩，打造集新能源、新技术、新设备、新材料为一体的高端智能综合商业体。

  该站在计划建设之初即以数字化交付为目标，遵循数字化建设标准，通过三维BIM设计，全程数字化施工，致力于打造全国首座真正意义上的数字化交付综合能源站。该项目组建了专业的数字化交付团队，制定了详细的数字化交付策略。在项目策划之初，项目团队依据国家2018年发的《石油化工工程数字化交付标准》（GB/T 51296—2018），对该综合能源站的工厂对象结构进行分解，从区域结构分为站房及便利店、罩棚及加注区、罐区、汽服及公共用房、外部工程5大区域，从专业系统分类油系统、电气系统、给排水系统等15个专业系统。同时，针对该项目建立了完整的数字化交付清单，共拟定设计、施工、采购、监理、业主等共1058项交付件，并明确了每个交付件与BIM模型中资产设备对象的2000余项关联关系，确保在BIM模型中每个资产设备对象具备完整的交付内容。

  目前，该项目已完成前期的三维正向设计交付，三维模型精度达到LOD350，现进入主体工程的数字化建设阶段，在每一道工序施工前通过BIM模型进行了施工场地布置与过程模拟，在施工过程中通过平台进行施工安全、质量、进度管理。同时，采用三维激光扫描技术，结合里程碑节点分阶段对实体工程扫描，并通过扫描模型和BIM模型的比对，检验施工质量、更新BIM模型，确保模型与实体项目的一致性，实现了真正意义上的数字孪生。

  六、总结

  随着人民生活方式、消费习惯、出行环境方面需求的不断升级，各行各业都在加速开展数字化发展。对于石油石化行业中的销售终端，综合能源站的运营建设必须紧跟时代发展的步伐，满足人员日益提高的消费需求。综合能源站的工程建设项目必然要向着数字化交付迈进，通过数字化交付打通工程、采购、建设等各环节业务流和数据流，提升工程建设全业务链、工程服务全价值链数字化能力，随着数字化技术的不断发展，数字化交付在综合能源站工程建设项目应用前景将愈加广阔。