石油和天然气

智慧心声 49

2.2 管道用法兰

对于管道用法兰，在此特指用于管道与管道、管道与阀门

之间的连接法兰，该类法兰设计选用主要以标准法兰为

主。因为非标法兰使用较少，法兰的强度校核在管道法兰

中较少被使用及讨论，同时管道用法兰因管道运行过程中

管道应力分布不均，带来了附加外力及力矩[7]，附加外力及

力矩是造成管道用法兰泄露的主要原因。ASME B31.3并没

有对法兰外载荷的处理提出明确的方法和公式[8]，国内石化

行业标准仅要求对剧烈循环工况和极度危害介质的管道进

行法兰校核[9-10]。对于外载作用下法兰的校核方法主要有当

量压力法，NC3658.3，ASME Ⅷ及EN1591。多年工程经验

的积累，使配管专业在法兰校核上积累了丰富的经验，主要

体现在以下几点：1.对于当量压力法保守性的认识较深刻；

2.校核方法多样性化发展，上述几种方法的计算结果在工程

上都被认可，即采用任一方法通过法兰校核，该法兰可被认

为是安全的。

2.3 设备管嘴法兰

对于设备管嘴法兰，在此特指压力容器上与管道相接的管嘴

法兰。该类法兰的设计归属于设备专业，因其与管道法兰相

接，主要以标准法兰为主，但是在设计过程中基于设备专业

对于法兰设计的习惯，主要是基于压力作用下的强度设计，

很少考虑外载作用情况，SH/T 3074对于外载作用下的法兰

校核方法仅给出了当量压力法。对于小口径的管嘴法兰，在

使用当量压力法校核时存在大量的问题[11]。

通过上述内容可以看出，目前主要的法兰校核方法有当量压

力法、NC3658.3、ASME Ⅷ和EN1591这四种方法。当有外

载情况存在时，设备专业常用的是第1、3两种方法来校核，

配管专业则常用的是第1、2种方法，对于EN1591，虽然都

有提及且被认可，但是因其计算的复杂性，在工程实践中较

少被使用。

3. 外载作用下法兰校核方法的介绍

3.1 当量压力法

此法出自Kellogg工程公司，其计算公式如式1所示。

(1)

式中：F——轴向力；M——弯矩；G——垫片载荷作用的直

径；P——介质压力；Pe——计算出的当量压力。

该方法被大量工程应用且证明有足够的安全性，同时也被大

量文章指出具有保守性[7,12-13]，其保守性主要有两点原因：

1）法兰接头是由法兰、螺栓、垫片组成的一个密封系统，

法兰的外弯矩是同时作用于螺栓和垫片的，作用于垫片环面

的弯矩只是法兰接头系统所受外弯矩荷载的一部分；2）当

量压力法在推导过程中把垫片的非均匀荷载转化为大小均匀

的作用在垫片上的拉应力[7]，而外力矩在当量压力折算中占

比较重，尤其是对于小口径法兰。

使用当量压力法校核上例法兰时，校核结果为许用值的

445%，需要将法兰磅值至少提升至1500LB才能在该方法下

通过法兰校核。

3.2 NC3658.3

NC3658.3的校核方法出自ASME BPVC Ⅷ Division 1 NC分

卷，适用于26寸以下的ASME法兰[12]，该方法在校核时将法

兰看做一个整体，并将其应力与法兰材料的屈服强度进行

比较[14]， 尽管[12-14]均在结论中指出该方法为更优的法兰校

核方法，但是笔者认为该方法同样存在一定的缺陷性，法

兰、螺栓、垫片，密封的三元素，该方法仅考虑了前两者而

忽略垫片的影响，光从此点出发即可判断其存在一定的缺

陷性。使用NC3658.3校核上述法兰时校核结果为127.2%，

对于600LB法兰校核结果与300LB一致，使用900LB法兰时

校核结果为96.83%。虽然使用NC3658.3能将法兰磅值降至

900LB，但因其在设备专业中的认识度较低，且存在一定的

缺陷性，该方法的计算结果很难得到设备专业的认可。

3.3 EN1591

EN1591的校核方法主要有以下几点特点：1）计算方法上

较为先进，基本不存在理论缺陷性，充分考虑了法兰螺栓

垫片三者的相互影响，同时还考虑三者热膨胀变形的影响；

2）可以计算多种工况并至少需计算初始装配、压力试验及

正常运行三种工况[15-17]

；3）该方法是基于法兰密封紧密度

的设计方法，既能保证泄漏率达到规定要求，又能保证法兰

的结构完整性需求，该方法使用的垫片参数由试验确定，从

而保证了设计结构的可靠性[6]。使用EN1591校核上述法兰

时校核结果为41%，300LB法兰已能满足设计要求。

4. 外载作用下三种法兰校核方法的结果对比

上述三种方法得出完全不同的三种结果，差别还比较大，

为了能够更好的反应问题，本文应用管道应力分析软件

是基于压力作用下的强度设计，很少考虑外载作用情况，SH/T 3074 对于外载作用下的法兰校核方法仅给

出了当量压力法。对于小口径的管嘴法兰，在使用当量压力法校核时存在大量的问题[11]。

通过上述内容可以看出，目前主要的法兰校核方法有当量压力法、NC3658.3、ASME Ⅷ和 EN1591 这四

种方法。当有外载情况存在时，设备专业常用的是第 1、3 两种方法来校核，配管专业则常用的是第 1、2

种方法，对于 EN1591，虽然都有提及且被认可，但是因其计算的复杂性，在工程实践中较少被使用。

3 外载作用下法兰校核方法的介绍

3.1 当量压力法

此法出自 Kellogg 工程公司，其计算公式如式 1 所示。

??0 = ?? + 23

456 + 789

45: (1)

式中：??——轴向力；??——弯矩；??——垫片载荷作用的直径；??——介质压力；??0——计算出的当

量压力。

该方法被大量工程应用且证明有足够的安全性，同时也被大量文章指出具有保守性[7,12-13]，其保

守性主要有两点原因：1）法兰接头是由法兰、螺栓、垫片组成的一个密封系统，法兰的外弯矩是同时作

用于螺栓和垫片的，作用于垫片环面的弯矩只是法兰接头系统所受外弯矩荷载的一部分；2）当量压力法

在推导过程中把垫片的非均匀荷载转化为大小均匀的作用在垫片上的拉应力[7]，而外力矩在当量压力折

算中占比较重，尤其是对于小口径法兰。

使用当量压力法校核上例法兰时，校核结果为许用值的 445%，需要将法兰磅值至少提升至 1500LB 才

能在该方法下通过法兰校核。

3.2 NC3658.3

NC3658.3 的校核方法出自 ASME BPVC Ⅷ Division 1 NC 分卷，适用于 26 寸以下的 ASME 法兰[12]，

该方法在校核时将法兰看做一个整体，并将其应力与法兰材料的屈服强度进行比较[14]， 尽管[12-14]均

在结论中指出该方法为更优的法兰校核方法，但是笔者认为该方法同样存在一定的缺陷性，法兰、螺栓、

垫片，密封的三元素，该方法仅考虑了前两者而忽略垫片的影响，光从此点出发即可判断其存在一定的缺

陷性。使用 NC3658.3 校核上述法兰时校核结果为 127.2%，对于 600LB 法兰校核结果与 300LB 一致，使用

900LB 法兰时校核结果为 96.83%。虽然使用 NC3658.3 能将法兰磅值降至 900LB，但因其在设备专业中的认

识度较低，且存在一定的缺陷性，该方法的计算结果很难得到设备专业的认可。

3.3 EN1591

EN1591 的校核方法主要有以下几点特点：1）计算方法上较为先进，基本不存在理论缺陷性，充分考

虑了法兰螺栓垫片三者的相互影响，同时还考虑三者热膨胀变形的影响；2）可以计算多种工况并至少需

计算初始装配、压力试验及正常运行三种工况[15-17]；3）该方法是基于法兰密封紧密度的设计方法，既

能保证泄漏率达到规定要求，又能保证法兰的结构完整性需求，该方法使用的垫片参数由试验确定，从而

保证了设计结构的可靠性[6]。使用 EN1591 校核上述法兰时校核结果为 41%，300LB 法兰已能满足设计要

求。

4 外载作用下三种法兰校核方法的结果对比

上述三种方法得出完全不同的三种结果，差别还比较大，为了能够更好的反应问题，本文应用管道应

力分析软件 CAESAR II 2019 分别采用当量压力法、NC3638.3 及 EN1591 三种方法针对小口径（主要指口径

在 DN200 及以下，后续本文仅讨论该部分法兰）低磅值（900LB 及以下）的管口法兰进行校核。为简化计

算，设备管嘴定为封头顶部的管嘴法兰，外载仅考虑对法兰校核结果产生影响的轴向力、扭矩及两个方向

相等的径向弯矩，作用在管口法兰的外载按式（2-4）取值，该式与 SH/T 3074 相一致，为了更好的暴露问

题，??值的取值如表 1 所示有一定增大。法兰材料为 A182 F11，螺栓材料 25Cr2MoVA，150LB 至 600LB 垫片

是带定位环的缠绕垫，900LB 法兰垫片为金属垫，金属材质为 5Cr-1/2Mo。计算温度取为 300℃，计算压力

按计算温度下法兰温压曲线对于压力的 50%取值。使用 EN1591 方法时，最大垫片工作应力等关键参数取自

EN1591-2，泄漏率按较高值取值，校核准则按式（5）取值，当???@A < 1时做相应的折算(公式中各符号的

定义及取值详见 EN1591-1)，后续所列的结果均为折算后值。

??C = 2000???? (2)

??\" = 130????E (3)

??- = 150????E (4)

???@A = ?????? I1; 0.6 + 1

L[5.25 + (?? − 1)E] S T （5）

外载作用下小口径设备管嘴法兰校核方法的探讨

50 SmartVoice

CAESAR II 2019分别采用当量压力法、NC3638.3及EN1591

三种方法针对小口径（主要指口径在DN200及以下，后续

本文仅讨论该部分法兰）低磅值（900LB及以下）的管口法

兰进行校核。为简化计算，设备管嘴定为封头顶部的管嘴法

兰，外载仅考虑对法兰校核结果产生影响的轴向力、扭矩

及两个方向相等的径向弯矩，作用在管口法兰的外载按式

（2-4）取值，该式与SH/T 3074相一致，为了更好的暴露

问题，b值的取值如表1所示有一定增大。法兰材料为A182

F11，螺栓材料25Cr2MoVA，150LB至600LB垫片是带定位

环的缠绕垫，900LB法兰垫片为金属垫，金属材质为5Cr1/2Mo。计算温度取为300℃，计算压力按计算温度下法兰

温压曲线对于压力的50%取值。使用EN1591方法时，最大

垫片工作应力等关键参数取自EN1591-2，泄漏率按较高值

取值，校核准则按式（5）取值，当φ_max<1时做相应的折

算（公式中各符号的定义及取值详见EN1591-1），后续所

列的结果均为折算后值。

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：F A——轴向力；M L——径向弯矩；M T——扭矩；

D——接管的公称直径。

表1 “b”值的取值

法兰等级 “b”值

150LB 0.6

300LB 0.7

600LB 0.8

900LB 1.8

图1—11为计算结果。从图1外载作用下当量压力法的校核

结果中可以看到，用该方法校核时，其结果呈现出以下几个

特点：1）对于小口径的法兰，校核结果都是不通过；2）对

于150LB的法兰超标较为严重，最低的也超了300%；3）当

法兰口径升高时，超标值呈下降趋势，并逐渐回归至一个相

对来说比较合理的结果。产生这一结果的主要原因是对于小

口径法兰，垫片载荷作用的直径过小，外载尤其是力矩通过

该值转换的当量压力过大，从而造成校核结果的失真，这也

是为什么在很多项目中一般不会用当量压力法来校核小口径

法兰。

图1 外载作用下当量压力法的校核结果

从图2外载作用下NC3658.3方法的校核结果中可以看出，用

该方法校核法兰时，存在以下几个特点：1）除了DN200、

150LB的法兰外，其余校核结果都是通过，校核结果较为理

想；2）当法兰口径升高时，各校核方法超标值呈波动式变

化。产生这一结果的主要原因是该校核方法仅考虑外载对于

螺栓及法兰的影响，小口径法兰螺栓面积较大，可承受相对

这一口径法兰所对应的较大外载，同时螺栓的面积不是一个

线性的增长，有些同样磅值不同口径的法兰对应同一规格和

数量的螺栓，如300LB的DN65、DN80和DN100的法兰对

应的都是8组M20的螺栓，有些不同磅值同样口径的法兰对

应同一规格和数量的螺栓，如DN65和DN80口径下，300LB

和600LB法兰对应的都是8组M20的螺栓，这就造成同样磅

值不同口径的法兰或者是同一口径不同磅值的法兰能够承受

相同或较为接近的外载，这一结果明显不合理。在校核过程

中还发现，校核结果与外载中的力矩成线性关系，内压的变

化对于校核结果不产生任何影响。通过上述内容可以看出

NC3658.3存在一定的理论缺陷性，该方法因其对于小口径

法兰校核结果较为理想而被广泛使用，但是在使用过程中应

注意内压占比的影响。

图2 外载作用下NC3658.3方法的校核结果

从图3外载作用下EN1591方法的校核结果中可以看到，用

该方法校核法兰时，存在以下几个特点：1）校核结果全

是基于压力作用下的强度设计，很少考虑外载作用情况，SH/T 3074 对于外载作用下的法兰校核方法仅给

出了当量压力法。对于小口径的管嘴法兰，在使用当量压力法校核时存在大量的问题[11]。

通过上述内容可以看出，目前主要的法兰校核方法有当量压力法、NC3658.3、ASME Ⅷ和 EN1591 这四

种方法。当有外载情况存在时，设备专业常用的是第 1、3 两种方法来校核，配管专业则常用的是第 1、2

种方法，对于 EN1591，虽然都有提及且被认可，但是因其计算的复杂性，在工程实践中较少被使用。

3 外载作用下法兰校核方法的介绍

3.1 当量压力法

此法出自 Kellogg 工程公司，其计算公式如式 1 所示。

??0 = ?? + 23

456 + 789

45: (1)

式中：??——轴向力；??——弯矩；??——垫片载荷作用的直径；??——介质压力；??0——计算出的当

量压力。

该方法被大量工程应用且证明有足够的安全性，同时也被大量文章指出具有保守性[7,12-13]，其保

守性主要有两点原因：1）法兰接头是由法兰、螺栓、垫片组成的一个密封系统，法兰的外弯矩是同时作

用于螺栓和垫片的，作用于垫片环面的弯矩只是法兰接头系统所受外弯矩荷载的一部分；2）当量压力法

在推导过程中把垫片的非均匀荷载转化为大小均匀的作用在垫片上的拉应力[7]，而外力矩在当量压力折

算中占比较重，尤其是对于小口径法兰。

使用当量压力法校核上例法兰时，校核结果为许用值的 445%，需要将法兰磅值至少提升至 1500LB 才

能在该方法下通过法兰校核。

3.2 NC3658.3

NC3658.3 的校核方法出自 ASME BPVC Ⅷ Division 1 NC 分卷，适用于 26 寸以下的 ASME 法兰[12]，

该方法在校核时将法兰看做一个整体，并将其应力与法兰材料的屈服强度进行比较[14]， 尽管[12-14]均

在结论中指出该方法为更优的法兰校核方法，但是笔者认为该方法同样存在一定的缺陷性，法兰、螺栓、

垫片，密封的三元素，该方法仅考虑了前两者而忽略垫片的影响，光从此点出发即可判断其存在一定的缺

陷性。使用 NC3658.3 校核上述法兰时校核结果为 127.2%，对于 600LB 法兰校核结果与 300LB 一致，使用

900LB 法兰时校核结果为 96.83%。虽然使用 NC3658.3 能将法兰磅值降至 900LB，但因其在设备专业中的认

识度较低，且存在一定的缺陷性，该方法的计算结果很难得到设备专业的认可。

3.3 EN1591

EN1591 的校核方法主要有以下几点特点：1）计算方法上较为先进，基本不存在理论缺陷性，充分考

虑了法兰螺栓垫片三者的相互影响，同时还考虑三者热膨胀变形的影响；2）可以计算多种工况并至少需

计算初始装配、压力试验及正常运行三种工况[15-17]；3）该方法是基于法兰密封紧密度的设计方法，既

能保证泄漏率达到规定要求，又能保证法兰的结构完整性需求，该方法使用的垫片参数由试验确定，从而

保证了设计结构的可靠性[6]。使用 EN1591 校核上述法兰时校核结果为 41%，300LB 法兰已能满足设计要

求。

4 外载作用下三种法兰校核方法的结果对比

上述三种方法得出完全不同的三种结果，差别还比较大，为了能够更好的反应问题，本文应用管道应

力分析软件 CAESAR II 2019 分别采用当量压力法、NC3638.3 及 EN1591 三种方法针对小口径（主要指口径

在 DN200 及以下，后续本文仅讨论该部分法兰）低磅值（900LB 及以下）的管口法兰进行校核。为简化计

算，设备管嘴定为封头顶部的管嘴法兰，外载仅考虑对法兰校核结果产生影响的轴向力、扭矩及两个方向

相等的径向弯矩，作用在管口法兰的外载按式（2-4）取值，该式与 SH/T 3074 相一致，为了更好的暴露问

题，??值的取值如表 1 所示有一定增大。法兰材料为 A182 F11，螺栓材料 25Cr2MoVA，150LB 至 600LB 垫片

是带定位环的缠绕垫，900LB 法兰垫片为金属垫，金属材质为 5Cr-1/2Mo。计算温度取为 300℃，计算压力

按计算温度下法兰温压曲线对于压力的 50%取值。使用 EN1591 方法时，最大垫片工作应力等关键参数取自

EN1591-2，泄漏率按较高值取值，校核准则按式（5）取值，当???@A < 1时做相应的折算(公式中各符号的

定义及取值详见 EN1591-1)，后续所列的结果均为折算后值。

??C = 2000???? (2)

??\" = 130????E (3)

??- = 150????E (4)

???@A = ?????? I1; 0.6 + 1

L[5.25 + (?? − 1)E] S T （5）

石油和天然气

智慧心声 51

部通过，除DN200,150LB法兰达到60%外，其余结果均在

45%以下；2）校核结果没有明显的变化趋势可言。产生这

一结果的主要原因是该校核方法考虑因素较多，基本上对于

法兰校核结果产生的因素都涵盖了，因此无法呈现出一个明

显的趋势。

图3 外载作用下EN1591方法的校核结果

图4-7是不同磅值下三种方法校核结果的对比，从图中可以

看出，对于小口径法兰，EN1591的校核结果最小，其次是

NC3658.3，最后是当量压力法；EN1591的校核结果至少要

比NC3658.3低至少30%以上，说明即便是将外载值增至一

个较大值，使用EN1591的方法校核时仍能取得较为理想的

结果。

图4 三种校核方法针对于150LB法兰的校核结果对比

图5 三种校核方法针对于300LB法兰的校核结果对比

图6 三种校核方法针对于600LB法兰的校核结果对比

图7 三种校核方法针对于900LB法兰的校核结果对比

图8-11给出了介质压力变化或外载条件变化时使用EN1591

校核方法的校核结果对比。从该图中可以看出，无论是外载

增加一倍（其余条件不变）还是压力提高50%（其余条件不

变），校核结果较之之前的结果增幅都不大，不超过10%。

从这一结果中可以得出：1）外载或外压的变化对于校核结

果的影响并不是一个线性的关系；2）内压或外载变化的影

响对于不同的法兰呈现出不同的态势，如900LB DN200的

法兰对于压力变化的影响更为敏感；3）对于小口径低磅值

的标准法兰，法兰本身留有较高的安全裕量，能够保证法兰

本身在满足内压条件的同时承受较大的外载。

图8 150LB法兰用EN1591方法校核外载提升前后结果对比

外载作用下小口径设备管嘴法兰校核方法的探讨

52 SmartVoice

图9 300LB法兰用EN1591方法校核外载提升前后结果对比

图10 600LB法兰用EN1591方法校核外载提升前后结果对比

图11 900LB法兰用EN1591方法校核外载提升前后结果对比

5. 结论

（1）对于小口径法兰，当量压力法中垫片压紧力作用中心

圆直径的取值过小，从而造成外载尤其是力矩通过该值转换

的当量压力过大，进而造成校核结果的严重失真，对于该范

围内的法兰不推荐使用该方法来校核。

（2）NC3658.3的校核方法仅考虑外载对于螺栓及法兰的影

响，对于小口径法兰，螺栓面积较大，可承受相对这一口径

法兰所对应的较大外载，但是螺栓的规格和数量受限于法兰

面尺寸的影响，不能呈现出一个线性的增加，这就造成同样

磅值不同口径的法兰或者是同一口径不同磅值的法兰只能承

受同样的外载，同时该校核方法的校核结果与外载中的力矩

成线性关系，对于内压的变化不产生任何影响。该方法存在

一定的理论缺陷性，在使用过程中应注意内压的影响。

（3）EN1591的方法校核结果比上述两种方法都低，外载

或内压的变化对于校核结果的影响并不是一个线性的关系，

对于小口径低磅值的法兰，法兰本身留有较高的安全裕量，

能够保证法兰本身在满足内压条件的同时承受较大的外载，

这一结论也与目前工程实践的结果相吻合（国内外项目中对

于小口径低磅值的法兰较少校核外载的影响，实践中也基本

没有出现法兰泄露的问题）。该方法在设备和配管两专业获

得的认可度较高，能够很好的解决管嘴法兰校核问题，但因

计算过程较为复杂而较少被使用，随着CAESAR II 2019版将

该方法的引入，该方法的应用范围会越来越广。

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智慧心声 53

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分析方法研究[J] 安全密封 2020，（8）119-122.

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化工设备与管道 2009，（1）1-9.

关于中国石化工程建设有限公司

中国石化工程建设有限公司（Sinopec Engineering

Incorporation，简称SEI）成立于1953年，是我国

首家石油炼制与石油化工工程设计单位。SEI拥有

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级等国家顶级资质证书，能够提供以能源化工工程

设计为主体，能够提供从工程研发、技术许可、工

程咨询、工程设计、智能工厂建设、项目管理到工

程总承包的一站式服务业务，业务覆盖石油炼制、

石油化工、煤制油与煤化工、天然气净化液化与储

运、生物能源等领域。公司现有职工2100余人，

其中中国工程院院士3名，全国工程勘察设计大师6

名，行业设计大师10名，正高级职称近150人，高

级职称1400余人。

SEI始终秉承“用精品工程为人类绘制石化宏伟蓝

图”的使命，先后完成了2800多套石油炼制与石

油化工装置的设计建设，创造了辉煌的工程业绩。

先后荣获国家科技进步奖76项，其中特等奖3项、

一等奖10项，国家级优秀设计奖50项、优质工程

奖14项、优秀工程总承包奖19项，两次荣获在国

际工程咨询界享有盛誉的“菲迪克”奖。

SEI在全国勘察设计企业、工程总承包企业百强排

名中多次排名第一，在国际权威的《工程新闻记

录》（ENR）和《建筑时报》联合推出的“中国

工程设计企业60强”排名中，SEI连续六年蝉联

榜首。

外载作用下小口径设备管嘴法兰校核方法的探讨

54 SmartVoice

1. Intergraph Smart 3D接口

按照GBT 51296-2018《石油化工工程数字化交付标准》，

国内各石油化工设计院都要求自己的管道、总图、建筑、结

构、设备、电气专业做本专业的三维模型。因为中国已经开

始全面的数字化设计，所有专业的施工图审查都要求使用本

专业内三维设计类软件。比如总图的飞时达，建筑的天正建

筑，结构的PKPM、YJK，设备的SOLIDWORKS，电气的天

正电气等。

Intergraph Smart 3D软件本身有Civil、Equipment、

Structure模块，主要做常规的土建、设备、钢框架等三维

模型。单论建模的话，Smart 3D软件肯定没有各专业设计

软件丰富和专业，很多人是不愿意再多学一种软件的。所

以Smart 3D软件设置了数种接口支持工厂对象的导入与导

出，通过采用合适的接口、合适的操作，可以有效的提高模

型设计效率。

1.1 PBS（Plant Breakdown Structure，工厂分解结构）

导入PBS结构，通常先使用EXCEL文件定义好项目的装置单

元等的相关信息，再导入进Smart 3D中。

1.2 项目管理相关配置

ISO Option、Style及Default Color等可以脱离软件保存项

目的配置信息。对象名称的导入导出，可以实现对象的批

量命名。

1.3 建构筑物结构（Structure）

Smart 3D和Tekla之间的结构模型导入导出接口（.stp）是

免费提供的；Smart 3D和PKPM的结构模型导入导出接口，

需要购买海克斯康数字智能开发的接口，将PKPM的JWS

文件转成igt文件。有些专业软件可以生成.stp文件，使用

Smart 3D和Tekla之间接口；有些专业软件可以和PKPM互

导，如PDB、ETABS、SAP2000、Staad Pro、YJK、MIDAS

Gen、Revit、Abaqus、广厦、Perform3D、PXML、

Bentley等，先转换成igt文件，再导入Smart 3D。

这两种方式都需要人工制作不同软件构件截面和材质代码映

射表，导入的结构模型和使用Smart 3D创建的结构模型一

样，可以进行编辑、删除、属性查看、出报告等操作，可用

于数字化交付。

使用专业设计软件导出的IFC文件，通过Intergraph Smart

InterOp Publisher转为ZVF格式，参考到Smart 3D中。这种

方式导入的模型一般达不到项目最终的数字化交付要求，只

能供三维配管设计使用。

1.4 设备（Equipment）

设备导入导出是Smart 3D新增的功能。可以通过Smart 3D

ObjectSearch将项目中的设备信息进行输出，设备的数据保

存在EXCEL表格中，可以方便的修改设备参数，实现在一些

项目间复用。对Standard Equipment的导入效果较好。

1.5 外形参考文件（Shape）

Smart 3D的造型能力相比专业设计软件较弱。Smart 3D在设

备模块设置了Import Shape功能，可以导入sat、vue、dgn外

形参考文件。外形参考文件的导入文件大小有些限制，而且

是作为一个整体导入的，不能局部移动、隐藏\\显示。

摘 要：中国石油石化工程建设已经进入数字化交付应用阶段。海克斯康系列软件产品已经成为中石油、中石化等国内主要

石油化工企业首选的数字化交付平台。石油化工设计院通过海克斯康软件产品二次开发、与专业软件公司合作开发接口，发

掘数据、模型、文档三要素的数字化产业价值，提高智能化工厂建设效益。本文介绍了国内石油化工设计院Intergraph Smart

3D接口的应用情况，展望今后石油化工工厂数字化交付中结合新技术，提升数字化及智能化水平的前景。

关键词：数字化交付；石油化工工程；接口二次开发

使用接口提高Intergraph Smart® 3D石化工程

数字化交付效益

王炳元，张驰飞，贺菲（中国昆仑工程有限公司大连分公司）

石油和天然气

智慧心声 55

2. 接口软件开发

目前，国内石油化工设计院比较认可探索者软件开发的结构

数据接口TS3D。其他专业设计软件公司很少打通和Smart

3D的数据接口，而且单一软件和Smart 3D接口的开发费用

很高，限制了海克斯康系列软件产品的推广。

昆仑工程大连分公司开发了一种广泛兼容性的接口软件

KLDL_JK，能在大多数专业设计软件三维模型零件表面生成1

微米厚的壳体，将三维壳体批量导入Smart 3D。因为绕过了

专业设计软件内部花样繁多的族、类等定义，使用接口导入

的三维壳体在Smart 3D中不是参数化的。三维壳体在Smart

3D中可供碰撞检查、定位测量，可以移位、隐藏/显示、删

除、复制，但编辑尺寸需要从专业设计软件中重新导入。

飞时达总图设计

软件可以生成地

坪三维模型，导

入Smart 3D能够

解决目前设计项

目中普遍采用平

板模拟及效果粗

陋的问题。

天正建筑是建筑专业进行节能模型审查主要使用的软件，

门窗等模型库比Smart 3D丰富，外形与施工图一致，使用

KLDL_JK导入Smart 3D能省掉翻模工作，且数字化交付效

果好。

结构专业常用的PKPM、Staad Pro、YJK、MIDAS Gen等专

业软件，也无需购买专业软件接口，制作构件截面、材质

映射表，使用KLDL_JK一键即可将外形导入Smart 3D，完

成碰撞检查。数字化交付项目中，对构件属性信息有较高

要求时使用Tekla接口导入，对节点板没有明确要求时使用

KLDL_JK导入，减少了90%的节点板映射工作，且数字化

交付效益非常好。

Tekla接口导入梁柱，KLDL_JK导入节点板

电气专业习惯用二维方法设计电缆槽盒，一般采用天正电

气、浩辰、博超等电气二三维专业设计软件。电气工程师在

专业软件中出图算料，在专业软件中翻模后，使用KLDL_JK

导入Smart 3D，进行碰撞检查。

3. 数字化工厂运维接口

数字化工厂运维也逐渐成为未来的趋势。在一些数字化工厂

方案中，将为业主提供AR眼镜，实时读取各设备与管道的

运营参数作为终极目标。

在数字化设计的过程中生成的设计数据会被运营人员读取，

并与现场实时运营数据进行比对以确认运营情况。在5G移

动信号的加持下，工厂运营人员可通过移动终端、AR眼镜

与智能终端等连接到数字化工厂运维数据库。目前，国内互

联网公司均有成熟的工业数据可视化解决方案，例如腾讯云

图、网易有数等。

4. 结束语

海克斯康为流程工业提供全生命周期的行业数字化解决方

案，为提高设计、管理水平，加强企业建设管理信息的数字

化水平，推动行业总体发展，进一步落实住房和城乡建设部

印发的《石油化工工程数字化交付标准》，实现石油化工工

程从传统二维设计交付向三维数字化交付转变，提供了很好

的数字化交付平台。对Smart 3D接口的开发和应用，不仅

能提高设计院数字化交付和三维设计的效率和质量，还能创

造数字化产业价值，提升建设智能化工厂的效益。

参考文献：

[1] 石化工程数字化交付中的结构研究[J]. 贺菲. 当代化

工.2022(3):51-54.

[2] 使用导入操作改进Intergraph Smart® 3D建模[J]. 王申

满，海克斯康数字智能智慧心声.2021：44-47.

[3] Smart 3D与第三方结构设计软件的集成，Leon Geng.

道路路缘石模型化时协调曲率半径和变高

使用接口提高Intergraph Smart® 3D石化工程数字化交付效益

56 SmartVoice

1. 前言

目前，Intergraph Samrt 3D已经在石油化工等设计行业得到

了广泛的应用，设计人员使用Samrt 3D进行工厂的设计，从

建模到生成报表和图纸等设计文件，其中包括管道轴测图。

当90%模审后，需要从管道轴测图上抽取管道材料，一方面

轴测图上的材料更准确，另一方面便于现场施工的材控。

Samrt 3D生成的管道轴测图可以保存成sha格式的文件，使

用SmartSketch软件提供的API接口进行二次开发，对管道

轴测图文件进行处理，生成轴测图索引、管道材料明细和综

合材料表。

同时，还可以生成轴测图错误报告，如缺少材料描述、缺少

材料编码、没有管线号、图号重复等方面的问题，便于设计

人员图纸查错更迅速精准。

另外，还可以给轴测图添加设校审人员签名、添加管道特性

参数、对轴测图文件进行换名等等。

2. 实现技术

2.1 编程语言

采用微软式界面的VB.NET面向对象编程开发工具，对

SamrtSketch相关的API进行引用，使用面向对象、模块

化、结构化方法进行编程。

2.2 数据库

采用微软式界面的SQL Server数据库系统，创建项目数据

库，不同的项目创建不同的数据库。对生成报表的数据进行

分析，定义表结构。

文件信息表IsoFileX：由SID、文件名、Sheet名、管线号、

图号、页码等组成；

材料数据表IsoSrcXX：由SID、位置、内容等组成；

材料明细表IsoMatXX：由SID、编码、口径、数量、单位、

描述、类别、名称等组成；

材料类别表MatTypes：由类别、名称等组成。

此外，还有处理日志表IsoLogXX、签名设置表IsoSignX、管

道特性表LineList等。

2.3 API引用

SamrtSketch引用：SamrtSketch Object library。

其它引用：Microsoft ActiveX Data Objects 2.8 library、

Microsoft Office 15.0 Object library、Microsoft Excel 15.0

Object library等。

2.4 EXCEL报表模板

对不同的报表定义不同的模板，生成报表时直接填写数据

即可。

3. 处理过程

为每个区创建一个文件夹，将要处理的轴测图文件（sha）

拷贝到该文件夹中。具体处理过程如下图所示：

摘 要：采用VB.Net语言编程及SQL Server数据库，通过调用SamrtSketch提供的API接口对Intergraph Smart 3D生成的管

道轴测图（sha）进行处理，读取图签和材料表的数据，生成轴测图错误报告，以及轴测图索引表、管道材料明细表和综合

材料表。

关键词：Intergraph Samrt 3D；SamrtSketch；VB.Net；SQL Server；API；轴测图

涉及的海克斯康数字智能产品：Intergraph Smart® 3D；SmartSketch

Intergraph Smart® 3D管道轴测图批量处理程序

的开发

禹良标（中石化南京工程有限公司）

石油和天然气

智慧心声 57

3.1 打开和读取文件

调用SmartSketch提供的接口打开（Open）轴测图文件，读取

Sheet对应层（Layer）的图签和材料文本（TextBoxes）信息。

Dim oAppl As SmartSketch.Application

Dim oDocm As SmartSketch.Document

Dim oSheet As SmartSketch.Sheet

Dim oText As SmartSketch.TextBox

oAppl=CreateObject(\"SmartSketch.Application\")

oDocm=oAppl.Documents.Open(cDir+\"\\\"+cArea+\"\\\"+cFile,True)

oSheet=oDocm.Sheets(i)

oText=oSheet.TextBoxes(j)

Call oText.GetOrigin(x, y, z)

通过判断oText所在图层Layer及x,y的坐标读取图签和材料文

本的信息。

3.2 生成文件和材料信息

对读取的图签和材料文本信息进行处理，生成轴测图文件和

材料信息。

3.3 添加设校审签名

调用SmartSketch.Sheet的对象SmartFrames2d的方法

AddByOrigin添加一个SmartFrame2d对象，然后调用

SmartFrame2d对象的CreateLink方法添加签名的图形文件。

Dim oFrame As SmartSketch.SmartFrame2d

oFrame=oSheet.SmartFrames2d.AddByOrigin(StyleNam

e,x,y,Top,bottom,Left,right)

oFrame.CreateLink(ph+\"\\images\\\"+cName+\".bmp\")

3.4 添加管道特性数据

根据轴测图的管线号读取管道特性表中该管线的数据，通过

SmartSketch.TextBox对象的方法调用和属性设置在轴测图

的Background Sheet中添加管道特性数据。

Dim oText As SmartSketch.TextBox

oText=oSheet.TextBoxes.Add(x, y)

oText.Edit.SetSelect(0,0,igTextSelectAll)

oText.Edit.TextSize=0.0025

oText.Edit.Language=2052

oText.Edit.Font=\"宋体\"

oText.TextBoxAlignment=igTextAlignCenter

oText.VerticalJustification=igVerticalTextCenter

oText.HorizontalJustification=igHorizontalTextCentert

oText.Text=cText

oText.BringToFront

3.5 报表生成

通过检查文件信息表、材料明细表、处理日志表等内容生成

错误报告；

根据文件信息表的内容生成轴测图索引表；

根据材料类别设置，从文件信息表、材料明细表生成轴测图

的材料明细表和综合材料表。

4. 结语

通过SamrtSketch提供的对象和接口二次开发，实现了对

Smart 3D轴测图的批量处理，减轻了设计人员的负荷，调

高了设计效率，保证了项目进度。

随着对Smart 3D、SamrtSketch等软件的深入研究和进一

步开发，将解决设计过程中一系列的问题，甚至可以与设计

管理系统进行密切的嵌入开发，实现工程公司的设计协同和

过程管理，减少错误，提高设计质量。

参考文献：

[1] Intergraph SmartSketch Programming Help.

[2] [美]Paul Kimmel，Visual Basic .NET技术内幕，电子工

业出版社，2002.

Intergraph Smart® 3D管道轴测图批量处理程序的开发

58 SmartVoice

1. 引言

当前，数字化交付在“中国制造2025”这一智能时代的

国家战略背景下呈现出蓬勃发展的态势。“两化”深度融

合，积极推进数字化、网络化、智能化制造，是我国传统

石化行业提质增效、转型发展的重要抓手[1]。到2025年，

70%规模以上的制造业企业将基本实现数字化网络化，全

国建成500个以上引领行业发展的智能制造示范工厂[2]。在

此背景下，越来越多的化工设计项目要求数字化交付，并

为智能工厂提供数据基础。数字化的设计过程正在取代传

统的设计过程。

数字化交付项目设计具有以下特点：（1）采用智能工厂设

计软件对工程建设阶段产生的静态信息进行数字化创建；

（2）面向（工厂）对象的设计思路；（3）成果数据化，即

以数据库形式存在，并在数据库上建有可视化模型；（4）

信息相互关联并且可访问；（5）规范化、标准化[3]。

数据分析是使用数据分析技术方法对数据材料进行处理，将

原始数据转变成具有现实指导意义的信息的过程[4]。

但现阶段的数字化交付项目设计管理，仍属传统管理模式，

在多种管理场景下，依靠管理者的经验判断来辨别现状、分

析原因和预测发展。而因其模型、数据和工厂分解结构等工

作模式相关的特点，以及数字化转型期的智能图纸转化与设

计同时进行所导致的工期紧张问题等，使得数字化交付项目

设计过程比传统设计过程更难把控；另一方面，数字化交付

项目设计过程中会在数据库中创建大量数据，如果能采用数

据分析技术对其进行信息挖掘，将能更好地体现这些数据隐

含的价值。还因数字化创建过程中软件规则层面强制性的规

范化和标准化要求，使得数据较为“干净”，大大降低了数

据清洗难度，也是其适用于数据分析的一大优势。

本文，通过对某使用Smart P&ID进行数字化设计的设计管

理过程中的典型场景进行分析，尝试将数据分析与数字化设

计的设计管理相结合，探索了设计管理的数字化新模式。

摘 要：数字化交付是当前热点的化工设计新业务形式，也是必然的发展趋势，其适合于应用数据分析手段。本文介绍了数

据分析在使用Intergraph Smart P&ID进行工艺设计的数字化交付项目设计管理中应用的思路、方法和步骤，并选取在运行的

某数字化设计项目设计管理业务场景，使用了Smart P&ID软件的报表（Report）功能获取工程对象数据库中的相关数据，并

对数据进行了实例分析，探索了一个数字化设计管理的新模式。

涉及的海克斯康数字智能产品：Intergraph Smart® P&ID

浅谈数据分析在Intergraph Smart® P&ID数字化

设计管理中的应用

潘磊，代国兴，刘育嘉（中石油吉林化工工程有限公司）

关于中石油吉林化工工程有限公司

中石油吉林化工工程有限公司，成立于1958年，原为化工部第九设计院，现隶属于中国寰球工程有限公司，位于吉林

省吉林市，简称“吉林工程”（JCEC），拥有员工超过1200人。

中石油吉林化工工程有限公司，专注于石油化工、煤化工、精细化工、医药、电力、建筑、市政、环境等领域的基本

建设和数字化交付。秉承“以一贯的精心入手，以一流的产品出手”的设计理念，坚决贯彻“创新设计、规范管理、

打造品牌、报效社会”的质量方针，采用新材料、新方法、新技术，降低产品成本、提高产品质量、提高产品竞争

力，设计出具有科学性、创造性、新颖性及实用性的产品。

石油和天然气

智慧心声 59

2. 数据分析在数字化设计项目设计管理中应用的思路和方法

2.1 数据分析方法论

数据分析方法论一般系指数据分析的思路，具体是指数据分析的开展方面及所包含的内容和指标。数据分析与设计管理相结

合时，应贴近设计管理具体业务，才能使数据分析具有正确的方向；且要应用恰当的分析理论，才能得到正确的分析方法

论。设计管理关注的常见问题及基本的数据分析方法论如表1所示。

2.2 在设计管理中数据分析的实现

确定数据分析思路后，在数据分析的实现阶段，还需进行

以下步骤：（1）数据准备；（2）数据处理；（3）数据分

析；（4）数据展现；（5）撰写报告。具体到数字化交付项

目中，数据准备就是从工程对象数据库中采用报表或编程的

形式来获取数据。工程对象数据库中的数据，在进行数字化

创建时即已遵照规范化和标准化的要求，且用于设计管理分

析的数据大部分是数据库内建的二次数据，因此所得数据较

为“干净”，在数据处理阶段无需太多清洗。数据分析和数

据展现可采用EXCEL、Python语言、R语言、SPSS等多种

分析工具，本文采用EXCEL，其功能适用且使用广泛，便于

数据分析管理模式的应用和推广。

3. 实例分析

当前数字化设计转型期的数字化设计项目相比传统设计项目

常多出数字化创建的设计步骤，工作量巨大，需要管理者投

入更多精力。传统设计方式的成果以文档形式展现，具象而

易于管理。但数字化设计项目设计成果集成在工程对象数

据库中，显然依托不足；且可视化二维模型以图纸为单位

离散存在，并受软件、网络等因素影响，逐图检查完成情

况会带来较大管理负担，也难以对模型及数据的完成质量

实现小颗粒度的把控。本文选取采用Smart P&ID软件进行

二维设计的某数字化设计项目设计管理过程中的“设计工

作量评估”场景，围绕其进行数据分析并加以拓展，做了

以下的实例探索。

3.1 关注周期内设计工作量及设计者工作状态评估

工作量是绩效考核的重要方面。传统设计管理对于工作量评

估多采取工作成果按标准折算的方式，而现运行的数字化设

计项目在进行数字化创建时的工作量评估多依靠管理者经验

结合设计者自我简报。笔者认为在数字化项目管理实践中，

可充分挖掘工程对象数据库的数据价值，对数字化创建的工

作量进行量化分析。其数据分析过程及内容见表2。

表1 设计管理关注的常见问题及基本的数据分析方法论

序号 设计管理

关注方面 内容 指标 分析逻辑

1 工作量评估 设计者完成的工作量 工厂对象或模型对象数量 设计者完成的工厂对象数量或模型数量越

多，对应的工作量越大

2 工作状态衡量 设计者的效率、准确

性、工作饱和度

工厂对象平均消耗工时及其离散程度测度

指标

设计者完成工厂对象所消耗时间与标准值

比较反映工作效率；核心外工时反映工作

饱和度；图例使用正确率反映准确性等

3 设计质量 设计成果的完成质量 错误量或错误率 错误率越低，质量越高；重要内容可直接

采用错误量衡量

4 设计者综合能力

及胜任度评估

设计者的工作相关能

力及其胜任度

工作量、消耗工时、工作态度、技能水

平、专注度、效率、错误率等

综合考虑设计完成和技术质量情况的多项

指标

5 项目进展趋势

项目进展预测，按趋

势是否能达到进度控

制要求

全部工厂对象数量、已完成工厂对象的数

量、已消耗工时项目

项目进展的累计计划工日和实际已消耗工

日按时间序列作图得到项目进展曲线，两

条曲线应当趋势一致且平稳，并按趋势应

在控制点之前提前到达总工日控制线

6 项目周报 一定周期内项目进展

情况

周期内已完成工厂对象的数量及各方面必

要指标 阶段性的综合分析报告

浅谈数据分析在Intergraph Smart® P&ID数字化设计管理中的应用

60 SmartVoice

表2 数字化创建工作量评估的数据分析过程与内容

序号 步骤 实现方式 内容

1 分析方法论 逻辑树分析法 设计者完成的工厂对象数量或模型数量越多，对应的工作量越大

2 数据获取

以Smart P&ID软件报表或通过

SQL、VB语言编程等方式，获取工

程对象数据库中的相关数据，所得

数据以EXCEL文档形式存在

软件报表方式需事先定制“工厂对象”报表模板；SQL方式需要数据库管理

权限；VB编程需要通过Smart P&ID软件的LLAMA库文件建立数据库对象进

而实现，代码略[5]。至少需获取工程位号（Item Tag）、图例符号（Rep File

Name）、设计者（Last Modified By）、编辑时间（Last Modified Time）、

图纸名称（Rep Drawing Name ）、工程对象唯一ID（SP_ID）等属性字段数

据，用以分析和追溯，见图1

3 数据处理 采用筛选、排序等功能对数据进行

处理和清洗，或增加辅助字段

按编辑时间过滤和选取关注周期内的数据；删除无关数据；可增加辅助字段

“周次”，进一步将数据按子周期分组

4 数据分析 数据透视表

按设计者、图纸名称等字段分类、汇总，得到期望报表。具体为关注周期内按

设计者分组的工厂对象类别完成量计数汇总表。见图2。不同周期或子周期内

工作量的浮动情况，能够纵向反映出设计者的工作状态及设计精力分配情况

5 数据展现 图表 对周期内不同设计者的工厂对象完成量做柱状或条状对比图，可横向对比不同

设计者工作量。见图3

6 撰写报告 Word文档文字报告、EXCEL表格

结论报表、PPT汇报材料等 根据管理者实际需求采取合适的形式及深度

本文通过Smart P&ID软件的报表功能实现数据获取。在

Smart P&ID软件中，使用“Edit Report”功能，定制所需

报表模板，添加分析所用字段，见图1。以此模板生成的报

表，见图2。

图1 Smart P&ID软件工厂对象报表模板的定制

图2 以Smart P&ID软件内置模板生成的工厂对象报表

对此报表进行数据清洗后，使用EXCEL数据透视表功能，得

到设计者单月完成工作量汇总表，并做条状对比图，见图

3。此项数据是设计者绩效评价的基础。

图3 设计者单月完成工作量汇总表及对比图

3.2 拓展分析

3.2.1 工厂对象作业耗时的数据清洗

为清除无效数据干扰，首先对工厂对象作业耗时采用分组对

比法，使用EXCEL条件格式的“数据条”功能，见图4。

石油和天然气

智慧心声 61

图4 用EXCEL数据条功能辅助工厂对象作业耗时分析

可知：（1）77.43%的对象在1分钟内完成，反映该项目通

常情况下一般对象的完成难度；（2）3分钟内完成的对象

达到了91.10%，提示可对3分钟内的相关数据取平均值，代

替③中不能反映真实作业效率的较大偏离值，以消除干扰；

（3）完成时间超出12分钟的只占总数的2%，提示设计者

可能遇到困难，或存在软件闲置、未关闭计算机等不良作业

习惯，需管理者关注。管理者可根据图号、SP_ID、图例类

型等追溯到具体对象，加以分析和纠正。

3.2.2 设计者工作状态分析

在数据透视表中，行字段选为“编辑时间”，列字段选为

“设计者”，汇总值选为“SP_ID”，可得到设计者单月

每日工作量走势图，见图5。将原始数据中作业耗时超出

12分的数据视为无效工作时间舍弃，并用12分内的平均值

“1.47”代替，作图得到设计者单月每日有效工作时间走势

图，见图6。

图5 设计者单月每日工作量走势图

图6 设计者单月每日有效工作时长走势图

读图可见，设计者的工作量与其“有效工作时长”正相关，

两者走势基本一致。6月25日为法定假日，当日数据出现零

值，且前一天数据也整体较低，而随后的周末两天出现了加

班数据，反映出设计者在节假日前较为放松，但会选择节假

日期间的部分时间加班且工作投入度和效率普遍较高。图5

和图6结合可以看出四种走势，用以评估设计者工作状态及

设计精力分配情况，对其分析见表3。

表3 设计者工作状态走势分析表

序号

设计者工作状态走势

工作日 周末 分析

完成量 有效工作时长 完成量 有效工作时长

1 少 少 多 多 设计者可能身担其它工作，需加班方能完成本项目任务

2 多 多 少 少 设计者工作精力配置较为合理，工作日作业负荷不高，无加班习惯

3 多 多 多 多 设计者主要设计精力在本项目，但仍需加班，本项目任务过饱和

4 少 少 少 少 设计者工作日和周末均投入较少精力在本项目，工作不饱和，可能缺乏工作热

情，管理者须给予关注

浅谈数据分析在Intergraph Smart® P&ID数字化设计管理中的应用

62 SmartVoice

管理者可据此帮助设计者分析自身工作状态，或调整过饱和

设计者的任务量分配。在以上分析基础上，亦可对项目未来

进展趋势做出预测。

3.2.3 工厂对象耗时分布分析

以每张图纸的“工厂对象占总计百分率”对“工厂对象耗时

分类”作图，可见耗时较多但并未达到长时闲置程度的数据

集中在公用工程流程图，见图7。提示公用工程流程图的绘

制难度高于工艺流程图，管理者在评估工作量时，应在图纸

难度系数上给予适当考虑。此结论与实践中的经验一致。

图7 每张图纸工厂对象耗时分布曲线

3.2.4 图纸完成质量分析

数据分析结果也可衡量图纸完成质量，本文给出简要示例，

如用数据透视表生成图例选用情况报表，见图8。据此报表

可发现不符合项目统一规定的图例，以及误用图例的图纸和

责任人，供设计者依此整改。

图8 图例选用情况报表

4. 结论

本文选取使用Smart P&ID的某数字化设计项目，围绕“工

作量评估”这一设计管理课题进行数据分析并拓展，得到以

下结论。数字化设计项目适合以数据分析作为设计管理手

段；EXCEL软件的数据处理及图表功能丰富，足够用于数字

化设计项目设计管理的数据分析，使用数据透视表可对数据

实现快捷分析和展示，其作为常见的通用办公软件与Smart

P&ID结合，降低了使用门槛；对设计管理进行成功的数据

分析，关键在于采用正确的数据分析方法论和恰当的数据分

析法，需要分析者对设计管理的业务具有清楚的了解。

本文对设计者工作状态评估中所使用的方法论模型还需进

一步优化，对于设计者的胜任度或能力评价可使用雷达图

分析。在本文所述场景下，还可应用实施矩阵、发展矩阵和

改进难易矩阵（气泡图）关联分析法等进行分析。如数据量

较大时，也可采用Rand函数抽样。通过Smart P&ID软件的

LLAMA库，利用VB或VB.NET语言、以及SQL可以获取一些

Smart P&ID报表不便获取的数据，且如能对Smart P&ID软

件进行二次开发，定制符合本文所述场景的插件，也能更好

地命中设计管理者所关心的问题。此外，Python语言等其

它分析方法也具有独特的优点，如能与EXCEL结合，可以更

好地挖掘工程对象数据库中的数据价值。这些思路和方法，

有待进一步研究与实践。

参考文献：

[1] 覃伟中.传统石化企业的智能工厂建设探索[J].中国工业评

论,2016(01):38-43.

[2] 龚信.“十四五”智能制造发展规划[N].中国工业报,

2021-12-29(003).

[3]GB/T 51296-2018 石油化工工程数字化交付标准 [S].

[4] 米尔顿.深入浅出数据分析[M]. 第1版. 北京: 电子工业出版

社,2010.9:1-1.

[5] I n t e r g r a p h C o r p o r a t i o n . S m a r t P l a n t ® P & I D

Programmer's Guide[Z].2015.

石油和天然气

智慧心声 63

项目背景

中海沥青股份有限公司（以下简称

“中海沥青”）位于山东省滨州市。

中海沥青在中国海洋石油总公司原油

资源的可靠保障下，在中海油气开发

利用公司和山东滨化集团等股东的大

力支持下，不断发展壮大，其主营业

务涉及原油加工、产品销售、技术支

持服务等领域，销售市场覆盖全国20

多个省市。

中海沥青本次承接的项目为含酸重油综

合生产设备的精密分馏装置，该装置原

料来源为其年产20万吨的加氢改性装

置生产的加氢柴油，旨在生产合格的低

凝低芳烃变压器油和轻质白油。

厂区东西长143.6米，南北宽66米，总

面积9477.6平方米。装置由反应部分

（包括新氢压缩机和循环氢压缩机）、

分馏部分和公用部分组成，共计100多

台设备和600多条管道。其中，100余

条管道需要CEASER II进行详细的应力

计算。

项目挑战

此项目中，管道能够承受的最大设

计压力值为18Mpa（g），设计温度

420℃。由此可见，反应系统的管道属

于高温高压管道系统，而给水泵管道

系统属于高压高频振动管道系统。因

此，中海沥青需要对该部分的管道进

行详细的应力分析，以确保设备安全

运行。

CAESAR II助力中海沥青实现效

益提升

经过深入的调研和分析，中海沥青最终

选择了海克斯康的CAESAR II软件来进

行分析计算。

本项目中高温管道系统主要包括反应管

道系统、底重沸器管道系统、传热管道

系统；高压振动管道系统主要包括给

水泵管道系统和压缩机管道系统。而

CAESAR II能够完美满足高温高压管道

的应力建模和分析的需求。

以CAESAR II为基础，对管道系统进

行静力分析、固有频率分析，并将流

体脉动分析结果带入动态分析，以确

保管道系统的一次应力和二次应力不

超过管道的许用应力值，管口的应力

海克斯康数字智能CAESAR II助力中海沥青实现

精密分馏装置应力分析

陆阳（中海沥青股份有限公司）

满足设备的许用应力，防止管道因应

力过大或金属疲劳而损坏，防止管道

因推力或扭矩过大而导致法兰泄漏和

变形。

不仅如此，基于分析数据可对管道走向

和支架进行调整和优化，找到最合理的

配管方案。既满足了管道柔性和管口应

力的要求，又能使管道系统的固有频率

远离共振区，从而确保管道应力满足安

全生产的要求。

项目成果

由于该项目装置采用了中海油炼油化工

科学研究院（简称“炼化研究院”）自

主研发的催化剂技术包，由中海油石化

工程有限公司监管，由中海沥青负责装

置建造和工业应用。因此，该项目的安

全、成功运行弥补了中海油炼化版块的

短板，展示了中海油在炼化领域从工程

设计、施工、施工监理、催化剂研发和

制备等方面的完整技术实力。

客户心声

目前，该设备运行平稳，我们对海克斯

康的技术实力和服务水平表示充分的肯

定和感谢。CAESAR II的分析结果不仅

确保了设备的安全运行，还有效助力了

持续化的效益创造。在CAESAR II的基

础上，我们在高温高压管道和高压振动

管道方面积累了更多的经验。未来，我

们也期待与海克斯康展开更多、更深入

的合作。

海克斯康数字智能CAESAR II助力中海沥青实现精密分馏装置应力分析

64 SmartVoice

1. 前言

Intergraph Smart 3D三维设计软件作为海克斯康

SmartPlant Enterprise的基本组成部分，已经在石油化工

等行业的设计中被广泛使用，其中在建模、抽图、切图、报

表等方面的功能也都有很大的提升和改进，不仅提高了设计

效率，还加快了项目进度。

同时，Smart 3D也是一个工厂三维设计的开发平台，用户

可以根据设计的需求进行二次开发，解决存在的问题，满足

实际需要。

在设计过程中，设计人员需要对模型中的管线、管段及管件

进行校对和审核、提条件、材料请购，甚至还要对不同阶段

的数据进行对比等，要求是不一而足。

为了满足设计人员的要求，需要对通常的做法进行调整和改

变，综合各类报表的数据，将模型中管线、管段和管件的属

性先提取生成出来，然后在此基础上进一步处理生成不同要

求的报表。也就是说，先生成管线、管段和管件明细表，然

后再生成延长米、仪表条件、综合材料、油漆保温等报表。

2. 实现技术

2.1 编程语言

采用微软式界面的VB.NET面向对象编程开发工具，对

Samrt 3D相关的API进行引用，定义管线、管段和管件等对

象的类，对类的属性和方法进行封装。包含如下几个类：

管 段 PiperunInfos 、管子 PipeStockInfos 、管件

PipeComponentInfos、特殊件PipeSpecialtyInfos、仪

表PipeInstrumentInfos、垫片PipeGasketInfos、螺栓

PipeBoltSetInfos等。

2.2 数据库

采用微软式界面的SQL Server数据库系统，创建项目数据

库，不同的项目创建不同的数据库。对生成报表的数据进行

分析，定义表结构。包含如下几个表：

管线表PipeLine、管段表PipeRunX、管件表PipePart等。

另外，根据拓展应用延长米一览表生成的需求，创建一个

视图PipeLineX_V，对管线、管段和管件的数据进行分类

汇总。

2.3 Smart 3D的API引用

Samrt 3D 相 关 API 引用包括： SystemMiddle 、

CommonMiddle 、 CommonRouteMiddle 、

ReferenceDataMiddle，其它引用包括Microsoft ActiveX

Data Objects 2.8 library、Microsoft Office 15.0 Object

library、Microsoft Excel 15.0 Object library等。

2.4 Stand-Alone开发模式

Samrt 3D二次开发主要有Modal Command、Graphic

Command、Step Command、Stand-Alone Application等

几种模式，这里采用独立运行Stand-Alone的模式。

摘 要：采用VB.Net语言编程及SQL Server数据库，对Intergraph Samrt 3D进行二次开发，通过调用Smart 3D提供的API接

口读取Smart 3D模型中的管线、管段和管件等对象的属性数据，生成相应的明细表。在此基础上，根据明细表中管线、管段

和管件的物理尺寸参数生成管线管段的延长米一览表，为生成管道油漆保温材料做好数据准备。

关键词：Intergraph Smart 3D；VB.Net；SQL Server；API；管线；管段；管件；延长米

涉及的海克斯康数字智能产品：Intergraph Smart® 3D

Intergraph Smart® 3D管线、管段和管件明细表

生成及拓展应用

禹良标（中石化南京工程有限公司）

石油和天然气

智慧心声 65

2.5 Excel报表模板

管线管段管件明细表及延长米一览表都采用EXCEL文件格式

的报表，需要事先创建好报表模板，报表生成时直接填写数

据即可。

3. 管线、管段和管件明细表生成

3.1 程序界面设计

主要由项目号、区域、单元的选择，报表存放路径输入、输

出报表选择开关和程序运行过程显示等组成。如下图所示：

3.2 管线明细表

由管线号、介质、顺序号、材料等级及管道特性参数等组

成，如下图所示：

3.3 管段明细表

由管线号、管段号、管径、材料等级、保温类型、保温材

料、保温厚度、操作温度等组成，如下图所示：

3.4 管件明细表

由管线号、管段号、短码、唯一码、CC码、位号、数量、

管径、壁厚、端面形式、压力等级、面到面长度、面到中心

长度、坐标、描述等组成，如下图所示：

4. 拓展应用：延长米一览表生成

在管线、管段和管件明细表的基础上，对数据进行分类汇

总，最终生成按管线、管段、口径等分类的延长米一览表。

4.1 程序界面设计

主要由项目号、区域、单元的选择，管线、管段和管件明细

表文件名输入等组成。如下图所示：

4.2 延长米一览表

由管线号、管段号、口径、材料等级、保温类型、保温厚

度、口径、长度等组成，如下图所示：

5. 结语

通过这个程序的开发，不仅生成了管线、管段和管件的明细

表，满足了设计人员校对和审核的要求，而且在此基础上生

成了管线延长米一览表，为油漆保温表的生成做好了数据准

备，解决了以往采用管子长度计算油漆保温材料存在的问

题，相关计算结果更加准确。

通过这个程序的开发，对Smart 3D对象及其彼此之间的关

系有了更深入的了解，可以进一步延伸到仪表条件、综合材

料、油漆保温、寸口数、工程量计算等报表的生成，以及不

同阶段的材料数据对比、管线表与模型数据对比和更正等方

面的程序开发。

参考文献：

[1] TSMP4001-Smart 3D Programming I.

[2] TSMP4003-Smart 3D .NET API-Course Guide.

[3] Intergraph Smart 3D .NET Programmer’s Guide.

[4] [美]Paul Kimmel，Visual Basic .NET技术内幕，电子工

业出版社，2002.

Intergraph Smart® 3D管线、管段和管件明细表生成及拓展应用

66 SmartVoice

1. 项目背景概述

塔里木60万吨乙烷制乙烯项目，是利用中国石油寰球公司自

主研发的乙烷裂解制乙烯技术建成的大型乙烯生产装置，是

中国石油利用上下游能源一体化的优势，在国内布局的国家

级示范工程，开国内乙烷裂解制乙烯技术之先河，对破解国

内乙烯及下游衍生物产能不足、推动能源转型升级、打造石

油化工行业新竞争优势具有重大意义。

作为集团公司炼化业务转型升级重点工程，智能化工厂的高要

求在设计阶段就提出了明确目标，生产过程安全部分的报警管

理、回路性能监测与优化则被明确为智能工厂建设的基础。

1.1 生产过程安全分析

在生产过程中，扰动是在持续不断产生的，再大的事故都是

由小的扰动解决不善而累积发生的，可以说生产过程其实就

是解决扰动的过程。

解决扰动最有效、最安全、最经济的方式就是通过常规控制

回路自动进行调整，如果常规回路调节失效，就会进入生产

异常即报警状态，然后由操作员进行人工干预，如果干预失

败，则启动安全联锁程序，进行安全停车止损等；如果上述

每个环节都能做好，则生产过程安全和优化问题迎刃而解。

1）常规控制回路是保障生产稳定、高效和安全的基础，因

此常规控制回路必须具备良好的控制性能。

2）控制回路解决所有扰动/波动是不可能的，一旦进入异常

状态即报警，需要操作员进行及时人工干预，因此需要一个

可靠高效的报警管理系统。

3）人工干预失败，SIS系

统会自动联锁安全停车，最

大限度地避免损失，因此需

要保障SIS系统的可用性。

2. 生产过程安全解决

方案的考虑

技术方案的确定需要兼顾

技术发展的最新趋势和实

际应用中的最佳实践，本项目结合下面原则进行技术路线的

选择：

① 建立生产过程安全的一体化应用平台，协同解决控制回

路的性能提升和报警响应处理问题，做到业内一流水平。

② 实现对所有控制回路的性能在线计算与监测、故障诊

断，锁定故障原因，给出解决方法；实现用户对控制回路

PID参数的自主优化。

③ 通过报警设计分析，从根源上解决无效报警/错误报警

问题。

④ 创建报警专家知识库MAD（Master Alarm DataBase）和

报警处理在线帮助，提升操作员的报警响应水平。

⑤能够实现控制工程师和操作员人才队伍专业素养有效提升。

2.1 技术方案设计

本项目最终选择海克斯康数字智能的PAS PSI作为一体化应

用平台，完成从生产过程出现扰动到人工处置的全过程进行

摘 要：生产过程安全与优化越来越成为企业数字化转型项目中的重要部分，塔里木乙烷制乙烯项目在生产过程安全与优化

系统选型、应用实践方面积累了很多经验，在生产过程安全和效率提升方面取得了很好的效果，会给其他企业在这个领域的

工作提供借鉴。

关键词：生产过程安全；回路性能监测；故障诊断；PID参数整定；报警设计分析；报警与事件分析；报警规范；报警专家知

识库；一体化应用

生产过程安全与优化技术在塔里木乙烯项目中

的实践

杨松柏1

，赵国玺2

（1. 独山子石化塔里木乙烷制乙烯；2.鹰图软件技术（青岛）有限公司）

图1 生产过程风险管理示意

石油和天然气

智慧心声 67

管控和优化，从而保证生产过程的安全、可控与高效，系统

硬件架构图如下：

图2 塔里木乙烷制乙烯项目硬件架构示意图

本项目涉及塔里木乙烯现场浙大中控的4个生产车间、4套

DCS系统，每套DCS系统配置一台OPC服务器，同时提供

OPC DA和OPC AE Server，PAS PSI则通过该OPC服务器采

集控制回路实时生产参数、报警和事件数据等。

所有需要的数据，一次采集、同步使用，真正做到数出一

门、时间同步。

2.2 对乙烷制乙烯报警的处理方法

2.2.1 从根源上解决无效报警问题

通过分析报警设计数据（即组态数据），发现设计问题，纠正

问题，从根本上解决无效报警和错误报警；如报警优先级设计

纠正、报警分类问题、重复报警问题、机泵报警设计问题等。

图3 报警类别分析与汇总

如图3，该装置共组态了2201个报警：

• 低报，574个；低低报，542个

• 高报，542个；高高报，543个

低低、高高大约占50%，当低低报发生时，低报就是无效报

警；当高高报发生时，高报就是无效报警。

低低报、高高报发生时的处理方法只有和低报、高报的处理

方法完全不同时，才有低低、高高报警设置的必要。因此，

90%以上的低低、高高报警是不需要的，只能给操作员带来

更多的干扰和工作量。

报警设计分析工作，在生产装置投产前即可完成。

2.2.2 通过对报警、事件分析完成无效报警的识别与消减

装置投产后，通过对已经产生的报警、事件进行特征分析，

快速识别无效报警，进而对无效报警进行消减，避免无效报

警持续产生。本项目中对无效报警的特征分析、识别与消减

方法归纳如下：

表1 不同种类的无效报警的消减方法

序号 无效报警类别 消减时机 消减方法 备注说明

1 Top 10报警 投产后 找到Top 10报警位号及具体报警，定点解决 通过无效报警分类分析，归类后特定方法消减

2 反复报警 投产前/投产后 通过设置报警死区、滤波时间或报警延迟 大多数反复报警可以在投产前解决

3 重复报警 投产前/投产后 对重复报警，只保留操作员日常打交道的位

号报警即可

投产前可以基本解决重复报警问题（设计重复）；少量

关联性重复报警在投产后对报警进行大数据分析发现

4 跨班报警 投产后 找到跨班报警位号及具体报警，具体分析解

决方法

投产后，对报警分析得到，即报警在该班发生没有处

理，持续报警到下一个班次

5 僵尸报警 投产后 跨班报警持续存在24小时以上无人处理，视为

僵尸报警，僵尸报警可以通过屏蔽或删除解决 投产后，对报警分析得到

6 瞬闪报警 投产后 报警发生然后在10秒内消失的报警；具体看

无效报警归类，特定方法消除

快速产生、快速消失，操作员在DCS系统界面很难捕

捉、观察到这类报警，但这类报警有可能是潜在风险提

示，因此需要慎重对待分析

7 报警泛滥 投产后

捕捉、分析报警泛滥的起始时间、持续时

间、终止时间、报警数量与位号参数等等，

归类特定方法消减

报警泛滥是生产过程中最不愿见到的情况，生产事故多

在此间发生；合格的报警系统应该基本消灭报警泛滥的

出现；报警泛滥主要是无效报警过多引起

8 骚扰报警 投产后 骚扰报警严格上不是报警 报警本身意义不大，但会对操作员形成严重干扰，危害

很大

9 系统报警 投产后

生产过程安全与优化技术在塔里木乙烯项目中的实践

68 SmartVoice

通过PSI系统对报警的不间断分析、持续分析，消减无效报

警，快速达到了项目预定的结果。

2.2.3 创建塔里木乙烯的报警专家知识库

报警专家知识库的建立基于对每个报警的合理化解析，如：

1）报警值

2）报警原因

3）报警后果

4）报警优先级

5）报警最大响应

6）报警正确的处理方法和程序

7）报警相关内容

8）用户自行扩展内容

通过“合理化解析”优化过的报警系统，是专家共识，最接

近报警管理的理想状态。

报警专家知识库的创建为操作员如何解决报警问题提供支

持，有机会让每个工作人员成为问题处理专家。

报警专家知识库是数字化转型、智能工厂创建的最重要组成

部分之一，报警专家知识库已经成为其最佳实践和工作核心

之一。

图4 基于报警专家库知识库的在线帮助

2.2.4 控制回路性能计算与监测

回路的性能评估不再只做定性分析，而是做定量计算；不再

只用鲁棒性衡量回路性能，而是同时计算回路敏捷性即响应

指数，通过鲁棒性与敏捷性的最佳平衡实现回路真正优化。

同时增加控制回路的服务指数的计算，把对回路的人工干

预、报警等因素加入性能计算，以识别假性的优良回路。真

正实现回路的综合性能指数的准确计算，如下图：

图5 控制回路综合性能指数计算原理

塔里木乙烷制乙烯项目对上述三个指数的权重进行了重新

定义，实现了对回路综合性能指数的准确计算和实时监测

的能力。

同时自动进行控制回路的故障诊断，如：硬件问题（仪表、

阀门）、PID参数设置问题，并给出指导建议，指导用户解

决问题，帮助用户把握PID参数整定时机。

2.2.5 PID 参数优化

控制回路的性能监测与故障诊断，可以识别控制回路存在的

真正问题，找出解决问题的办法，并确定何时进行PID参数

整定与优化。

图6 PID参数整定原理示意图

PAS PSI系统自动进行PID回路模型建立，在PID参数整定

时，允许选择更适合的PID参数整定方法，从而帮助用户得

到最优化的PID参数，最优化的PID参数得到后，可以允许用

户采用手动或自动方式对PID参数进行投用。投运后，生成

新旧PID参数应用效果对比报告。

3. 项目实施效果

3.1 报警系统方面的改善

无效报警基本得以消除，报警系统得到逐步改善，基本处于

石油和天然气

智慧心声 69

报警可控水平，如图7，平均每天报警数量变化。

图7 报警消减结果

3.2 控制回路改善

PAS系统对每个回路进行性能计算与监测，同时可以对回路

进行故障诊断，发现回路存在的问题，并给出解决方案，指

导用户解决问题。如液位控制回路37LIC07002C被系统诊断

出的问题，为响应缓慢，即敏捷指数过低（约为0.363），

诊断指导方法为进行PID参数整定。

图8 回路故障诊断结果分析

根据分析结果和指导方法去进行PID参数优化：

PID参数在优化前为：P=10，I=20，D=0，其控制精度为：

>±32mm，波动很大。

而在优化后的参数为：P=2.7，I=208，D=0，其控制精度

为：~±3mm，波动减小约10倍，生产稳定性大为改善。

下图是CLPI回路综合性能指数的改善情况：

图9 乙烯装置平均回路综合性能指数的改善

在塔里木乙烷制乙烯、昆仑数智和海克斯康数字智能工程师

的共同努力下，乙烯装置的平均回路性能指数从0.6左右快

速改善到0.9以上，为卡边控制和卡边生产打下坚实基础。

4. 经验总结

我们在该项目的实施过程中积累了很多前所未有的经验，对

控制回路的性能改善、报警系统的提升有了更为深刻的认

识。特别是新建项目，报警管理的大部分工作在DCS组态完

成即可进行，可以为装置开车带来很大帮助。而回路性能监

测与故障诊断部分在投产之前完成，装置一经投产，即可快

速实现对控制回路的持续性能分析与监测、故障诊断，更好

实现装置运行改善。

生产过程安全和效率始终是一切智能化的基础，是数字化转

型的基础，也是数字化转型过程中最重要的优化目标。无论

何时，最基础的生产过程安全与效率，都是企业的定海神

针、是企业不懈追求的最基础的目标。

参考文献：

《Alarm Systems, A Guide to Design, Management and

Procurement 》，PUBLICATION No 191，第三版.

《Alarm Management Handbook》，2005年出版、2010

年再版，作者：Bill Hollifield.

ANSI/ISA–18.2–2009 Management of Alarm Systems for

the Process Industries，Approved 23 June 2009.

EEMUA’s Publication 191: Alarm Systems: A Guide to

Design, Management, and Procurement.

生产过程安全与优化技术在塔里木乙烯项目中的实践

70 SmartVoice

1. 引言

海克斯康数字智能的Intergraph Smart 3D作为近二十年来

出现的先进的三维工厂设计软件，凭借其面向数据库、设计

规则驱动等特点简化了工程设计过程，深受用户喜爱，在流

程行业中应用广泛。绝大多数使用过该软件进行工程设计的

管理员与材料人员都对其配套工具Bulkload Utility（后文简

称Bulkload）不陌生。作为官方提供的唯一具有图形用户界

面的参考数据库（Catalog Database）导入工具，Bulkload

在整个工程设计过程中都发挥着至关重要的作用。

近几年，大型化工项目遍地开花。工程公司经常会承担多个

装置的设计工作，这就要求Smart 3D管理员与材料工程师

同时管理和维护多个参考数据库，任务繁重且易错。Smart

3D原生的Bulkload由于只支持单一数据库的导入且不具备

数据存储功能在现有复杂紧迫的工程环境下显得捉襟见肘，

迫切需要一个可以满足多数据库批量导入且具有数据复用功

能的全新Bulkload程序。

2. 程序设计思路

Smart 3D原生的Bulkload一次只支持向一个参考数据库中

导入数据，其工作的逻辑关系如图1所示。这种设计面临的

最直接的问题便是向多个参考数据库中导入相同的数据文件

时只能串行执行，大大降低了管理员的工作效率。因此，新

开发的Bulkload程序（后文简称Bulkload+）设计思路的出

发点就在于将数据导入文件和参考数据库信息隔离开，使得

多个参考数据库的并行导入成为可能。此外，Bulkload+程

序还要能够将相对固定的装入文件定制成模板，方便管理员

对装入文件进行灵活配置、组合以及复用。新增数据存储功

能，使得管理员能够更加轻松的管理装入文件并进行溯源。

Bulkload+程序工作的逻辑关系见图2。

图1 Bulkload工作逻辑

图2 Bulkload+工作逻辑

3. 程序设计与实现

3.1 程序整体架构设计

Bulkload+程序主要由前端UI交互界面、数据库连接、命令

摘 要：Intergraph Smart 3D产品自带的Bulkload Utility是一款极为重要的工具，它提供了图形界面方便用户向参考数据库

（Catalog Database）完成数据的导入。但在如今的大型化工项目中，Bulkload Utility的用户界面已经无法适应于单一数据

库的频繁数据导入，以及多个数据库的批量数据导入。本文将介绍通过命令行（Command Line）模式运行Bulkload Utility

的原理，基于Python语言重新设计图形用户界面（GUI）以达到批量导入操作，同时方便用户对导入文件进行更好的管理和

复用。

关键词：Bulkload Utility；批量数据导入；Python；图形用户界面

基于Python对Intergraph Smart® 3D Bulkload

Utility的重新设计与实现

刘宇轩（中国石化工程建设有限公司）

石油和天然气

智慧心声 71

行调用、数据处理和存储四个部分组成。UI交互界面主要负

责一系列交互功能的实现，包括导入文件的选取和配置，装

入步骤的选择和装入模板的定制，项目参考数据库相关信息

的编辑与配置，日志文件的存储等；后端数据库连接主要负

责调用Python中Pyodbc模块连接SQL Server和Oracle数据

库，获取项目所在服务器数据库的相关参数信息；命令行调

用主要负责在Python环境下执行特定格式的控制台命令输

入，通过命令行的形式调用原生Bulkload程序完成向参考数

据库中的数据导入；数据处理和存储部分则是对用户在使用

过程中产生的各种数据进行分类、汇总与存储，构造并生成

特定格式的数据交换文件。

图3 程序整体架构设计

3.2 关键技术

3.2.1 GUI应用程序开发工具包——PyQt5

Qt是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它

既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制

台工具和服务器。PyQt5则是Qt公司在Qt应用程序框架的

基础上开发的一组结合Python编程语言的开发库集合，其

将Qt类中的1000多个组件实现为一组Python模块，支持以

Python的方式开发Qt应用程序。不仅如此，PyQt还支持诸

如Windows、Linux、UNIX、Android、macOS和iOS等多个

平台，开发快捷友好，应用前景广泛[1]。

PyQt5拥有超过300多个类，在本次开发中主要涉及QtCore

和QtGui这两个模块。QtCore模块包含核心的非GUI功能。

该模块用于时间、文件和目录、各种数据类型、流、网址、

MIME类型、线程或进程[2]。QtWidgets模块提供了一整套UI

元素组件来创建经典桌面风格的用户界面[3]。该模块可以显

示数据和状态信息，接收用户输入，并为应该组合在一起的

其他小部件提供容器。

3.2.2 多线程并发编程技术——Threading

Threading模块是Python支持的多线程编程的重要模块，该

模块是在底层模块_thread的基础上开发的更高层次的多线

程编程接口，提供了大量的方法和类来支持多线程编程。它

具有非常丰富的多线程功能模块，主要包括常用线程函数、

线程对象、锁对象、递归锁对象、事件对象、条件变量对

象、信号量对象、定时器对象、栅栏对象等[4]。Thread是其

中最重要也是最基本的一个类，可以通过该类创建线程并控

制线程的并发运行。

在Bulkload+程序中执行多数据库批量导入操作时，使用

Threading模块进行多线程并发编程可以提高程序的执行效

率，减少管理员的等待时间。一个处理器同时处理多个任

务，在硬件资源有限的情况下也能尽可能多的提高CPU的资

源使用率。

3.2.3 Python应用程序打包——PyInstaller

PyInstaller模块可以将Python应用程序及其所有依赖项冻

结（打包）成独立可执行程序，用户无需安装Python解释

器或任何模块即可运行打包的应用程序，这个程序可以被

分发在Windows、GNU/Linux、Mac OS X、FreeBSD、

Solaris和AIX平台上运行[5]。其优势在于使用简单，仅通过

一行命令即可完成程序文件的打包。功能完善且兼容性高，

正确捆绑了主要的Python软件包，例如Numpy、PyQt5、

wxPython、Matplotlib等[6]。

Bulkload+程序将使用PyInstaller模块进行Python源文件的打

包，生成的独立可执行文件将被部署在服务器端。用户可通

过发送桌面快捷方式在本地运行客户端，方便部署和更新。

3.3 程序功能的设计与实现

3.3.1 UI界面及功能设计

本程序采用PyQt5中的Qt Designer进行UI交互界面设计，主

要包含四个模块功能：程序运行主界面、方案模板定制界

面、导入文件配置界面以及项目信息选择界面。

（1）程序运行主界面：该界面由三块功能部分组成，分别

日志记录

导入文件选择

装入步骤配置

装入模板定制

参考数据库选择

应用层

数据存储

数据复用

数据构造

读写数据库

数据层

前端UI Python PyQt5

数据库

MSSQL Oracle

基于Python对Intergraph Smart® 3D Bulkload Utility的重新设计与实现

72 SmartVoice

是方案模板的选择、添加与编辑，导入项目的选择、添加与

编辑以及日志文件存放路径的选取。

图4 程序运行主界面

（2）方案模板定制界面：该界面提供了导入方案的选择、

添加与编辑功能。用户使用过的导入方案都将被存储在步骤

池（Step List）中，通过对导入方案的选取、组合和命名，

用户可以定制出个性化的导入方案模板。

图5 方案模板定制界面

（3）导入文件配置界面：该界面继承了Smart 3D原生

Bulkload程序的界面设计和布局，方便用户以最低的学习成

本过渡到新程序。新增的命名栏可以将导入方案以用户自定

义命名的方式存入方案模板定制界面的步骤池中。

图6 导入文件配置界面

（4）项目信息选择界面：该界面也是在延续Bulkload原有

界面导入对象数据库选择区域风格的基础上新增了命名栏，

使得用户可以按自己的习惯给项目命名并将其存入主界面的

项目清单框（Project List）中。

图7 项目信息选择界面

以上界面窗口均通过QtWidgets模块的QMainWindow类

实现，而界面上的线条、标签、按钮、下拉选框以及列表

框等通过QFrame、QLabel、QPushButton、QCombox、

QListWidget等类一一实现。

3.3.2 数据处理和存储

数据处理和存储作为Bulkload+程序重要的组成部分之一，

管理着程序全生命周期内的用户数据。通过对这些数据进行

分类与梳理，可将其分为三大类：一是方案模板（Plan）、

导入步骤（Step）和项目配置（Project）等信息，这部分

信息以数据字典的形式存储在JSON格式文件中；二是导入

文件的路径。由于命令行输入对文件格式有特殊的要求，

所以导入文件信息都被标准化处理后记录在LST文件中；三

是日志（Log）文件。每条日志文件都被打上了唯一的标识

石油和天然气

智慧心声 73

（方案模板+导入步骤+项目信息+日期），被存放在一个独

立的文件夹中，用于对装入记录的回溯与追踪。以上所有数

据记录都被存放到程序运行位置同级目录下指定的独立区域

内，详细结构如图8所示：

图8 数据存储结构

3.3.3 命令行构造与执行

程序最后的运行是通过命令行调用的方式实现的。为了保证

程序的顺利执行，必须构造出符合规范要求的命令行输入。

官方给出的应用示例如图9所示：

图9 命令行导入应用示例

其中命令行参数的对应关系见表1[7]：

表1 命令行参数对应关系

选项 描述

-i 输入Excel文件（.XLS）或由.XLS文件条目组成的.LST文件

-ci 输入Codelist文件（.XLS）或由.XLS文件条目组成的.LST

文件

-l 日志文件（.LOG）

-ds 数据库服务器名

-dn Catalog数据库名

-ss Schema服务器名

-sn Catalog Schema数据库名

-a Append模式：1表示Append

-u AMD（Add/Modift/Delete）模式：1表示开启该模式

-r Replace模式：1表示Replace

-f Flavors模式：1表示创建Flavors

-sp Symbol路径

-pt 申明数据库类型（MSSQL/Oracle）。默认是MSSQL数据库

-st 申明Catalog Schema数据库类型（MSSQL/Oracle）。默

认是MSSQL数据库

-un 用户名

-pd 密码

-bv 更新对象结构类型和Catalog视图：1代表更新（默认为1）

在参照命令行参数关系对应表的基础上，结合前文提到的数

据存储的方式和结构，可以构造出命令行输入的字符串，代

码片段如图10所示：

图10 命令行输入构造

构造好命令行输入后，使用多线程并发编程技术即可实现命

令行队列的并发执行。

3.4 程序测试及效果

程序测试分为用户界面交互功能测试、数据导入功能测试与

批量导入效率测试。

3.4.1 用户界面交互功能测试

用户界面交互功能测试主要测试按钮功能、数据记录功能以

及错误提示功能。测试结果显示各功能都能正常运转，尤其

是错误提示功能可以更好地指引新用户熟悉软件，避免一些

不规范的使用操作。测试结果如图11和图12所示：

图11 交互功能测试（编辑提示）

基于Python对Intergraph Smart® 3D Bulkload Utility的重新设计与实现

74 SmartVoice

图12 交互功能测试（删除确认）

3.4.2 数据导入功能测试

程序执行结束后会自动弹出窗口提示导入已完成，用户可以

通过点击“是”按钮直接打开日志文件查看导入结果。测试

显示数据导入相关功能正常运行，结果如图13和图14所示：

图13 数据导入功能测试（导入完成提示）

图14 数据导入功能测试（日志文件）

3.4.3 批量导入效率测试

通过对比往单个参考数据库和两个参考数据库中导入相同数

据的耗时，可以分析出批量导入效率的提升情况。首先模拟

Bulkload程序往单个参考数据库中导入数据，整个过程耗时

约为50秒，运行记录见图15：

图15 Bulkload程序往单个参考数据库导入耗时

接着使用Bulkload+程序同时往两个参考数据库中导入数

据，整个过程耗时约为55秒，运行记录见图16：

图16 Bulkload+程序往两个参考数据库导入耗时

经过大量的导入测试与比对，在忽略电脑本身运行状态起伏

的情况下，往参考数据库中批量导入的耗时不受数据库数量

增加的扰动，基本与往单一数据库中导入耗时持平。由此可

以得出以下结论：与Bulkload程序相比，Bulkload+程序对

批量执行工作效率的提升是十分显著的，且成线性增长，即

参考数据库的数量每增加一个，单次导入的平均耗时便缩小

1/N（N+1），效率提升1/N。（N表示参考数据库的数量）

石油和天然气

智慧心声 75

图17 Bulkload vs Bulkload+导入耗时

4. 总结

本文设计的全新Bulkload+程序，基于Python语言重新设计

了图形用户界面，解决了原程序不能同时向多个参考数据库

批量导入的问题，极大节省了导入时间。同时在导入文件流

程上进行了优化，使得管理员能更加灵活的定制模板，具有

较好的实用性和拓展性；此外，界面设计简约且指引完善，

最大程度保留了原有的设计风格，新老用户都可以轻松适应

该程序。导入数据记录完整，方便复用与溯源管理。

参考文献

[1] 滕广华.基于PyQt5的动态交通标志牌管理软件的设计与

实现[J].电子技术与软件工程,2020(20):26-28.

[2] 蔡俊,赵超,沈晓波,朱家兵.基于SIFT算法和PyQt的

停车位标志识别系统 [J]. 湖北大学学报 ( 自然科学

版),2022,44(01):1-7.

[3] 姜华林.基于PyQt5界面的词云制作软件设计[J].电脑知

识与技术,2021,17(13):74-76+92.DOI:10.14004/j.cnki.

ckt.2021.1353.

[4] 钟机灵.基于Python网络爬虫技术的数据采集系统研究

[J].信息通信,2020(04):96-98.

[5] 陈仲才.Python核心编程[M].杨涛,译.北京:机械工业出版

社,2001.

[6] 赫特兰.Python基础教程[M].凌杰,陆禹淳,顾俊,译.北京:人

民邮电出版社,2010.

[7] 鹰图软件帮助文档：《Intergraph Smart 3D Reference

Data》.

基于Python对Intergraph Smart® 3D Bulkload Utility的重新设计与实现

76 SmartVoice

工厂操作员在保持安全、可持续盈利的生产中发挥着关键作

用。近四十年来，工控系统部署到了所有生产企业，并帮助

企业在产品质量和生产效率方面得到很大提高。同时，工控

系统的应用也让操作员的责任范围扩大到3-4倍，但报警系

统的设计却未得到过应有的重视。大量的报警任意配置，设

计不当的报警系统和过高的报警率使操作人员不堪重负，并

且阻碍了操作员的有效反应和应对异常情况的能力。因此，

报警治理已经成为生产企业无法回避的重要工作。

一、报警系统的国际标准与指南

随着ASM（异常情况管理）联盟在1994年的成立，工业行

业开始认真解决报警问题，而与报警系统相关的生产事故频

发，促使与报警系统相关的国际标准和报警管理指南及其一

些重要的报警管理工具的发布。通过这些标准和指导帮助用

户解决报警问题、保证生产安全：

1. 1 9 9 9 年 由 ASM 参与编写 EEMUA （ E n g i n e e r i n g

Equipment and Materials User Association） Publication

No. 191，2007年修订。本指南对报警系统的设计、维护和

持续改进提供了明确的指导，目前已经过试验和测试。本指

南的目的是协助工业报警系统的设计、开发、采购、操作、

维护和管理。

2. 2005年4月11到13日，ASM在CCPS第20次年会上发布：

Achieving Effective Alarm System Performance: Results of

ASM Consortium Benchmarking against the EEMUA Guide

for Alarm Systems；ASM完成了一系列的研究，根据EEMUA

指南评估北美地区ASM成员设施中警报系统的性能。

① 评估成员是否达到了EEMUA关于报警系统性能的建议

② 将性能与环境指标联系起来，如工厂复杂性、警报合理

化程度、工厂操作的性质等

3. 2 0 0 6年，PAS出版关于报警的工具书《T h e A l a r m

Management Handbook》，对报警管理产生巨大影响，是

报警管理领域影响最大的专著。

① 阐述了对国际标准与指南的理解（EEMUA 191、ASM、

IEC61508/IEC61511等）

② 结合国际标准与指南，根据报警管理项目的经验，与用

户实际情况相结合，开发了报警规范与报警KPI评价体系

③ 给出如何避免报警设计错误指导

④ 提出报警管理七步实施法则，并被ISA推荐为最佳实践

⑤ 对不同类型的报警的展示、处理等给出了详尽的指导和

具体解决办法等

4. 2007年，ISA与PAS共同出版《Alarm Management：

Seven Effective Methods for Optimum Performance》，

该书主要内容来自于PAS出版的《The Alarm Management

Handbook》，把PAS提出的报警管理项目实施七步法推荐

为最佳实践。

5. ANSI-ISA-18.2-2009 Management of Alarm Systems for

the Process Industries，从2003年开始进行报警管理标准

制定，历经7年时间完成。ISA18.2明确了对报警的定义：报

警是一种声音和/或可视方式，向操作员指示设备故障、工

艺偏差或需要响应的异常情况。ISA18.2涵盖了整个报警系

统全生命周期的10个阶段，如下图：

摘 要：中国石油石化工程建设已经进入数字化交付应用阶段。海克斯康数字智能系列软件产品已经成为中石油、中石化

等国内主要石油化工企业首选的数字化交付平台。石油化工设计院通过海克斯康软件产品二次开发、与专业软件公司合作

开发接口，发掘数据、模型、文档三要素的数字化产业价值，提高智能化工厂建设效益。本文介绍了国内石油化工设计院

Intergraph Smart 3D接口的应用情况，展望今后石油化工工厂数字化交付中结合新技术，提升数字化及智能化水平的前景。

关键词：数字化交付；石油化工工程；接口二次开发

现代企业的报警治理

张敏1

，庞彦斌2

，赵国玺3

（1&2.兰州石化自动化研究院；3.鹰图软件技术（青岛）有限公司）

石油和天然气

智慧心声 77

ISA-18.2是一项重要的标准，毫无疑问，它将极大地提高制

程工业的安全性。它验证并体现了行业专家和领先的制造公

司多年来倡导的实践：

① ISA-18.2的基本目的是提高生产安全性

② 失效的报警系统经常被记录为导致重大工艺事故的因

素；ISA-18.2所解决的报警系统问题已广为人知

③ ISA-18.2不包含已被证明的具体方法或详细实践的例子

④ 该标准侧重于有效的警报管理的工作流程要求（“必

须”）和建议（“应当”）

⑤ ISA-18.2与通常的ISA标准有很大的不同，它不是指定某

种硬件如何与其他硬件通信或控制组件的详细设计，它是关

于人们的工作流程

⑥ 报警管理实际上是关于工作流程的，不合格的报警系统

不会自己产生

⑦ ISA-18.2是根据严格的ANSI方法，基于开放、利益均

衡、应循程序和共识开发的一致标准

⑧ ISA-18.2适用于石油、石化、炼油、发电、管道、矿业与

冶金、制药和其他类似的采用现代DCS系统报警功能的行业

6. EPRI（Electric Power Research Institute）与PAS共同撰

写电力行业报警标准与规范。

7. 2010年12月，API（American Petroleum Institute）发

布了《Recommended Practice RP1167: Pipeline Alarm

Management》（简称API-1167）。管道报警管理标准要

求管道运营商采取措施解决报警相关问题，本文件审视了

PHMSA法规和API-1167的范围、法规影响和其它细节。

API-1167是在ISA-18.2之后18个月发布的，与ISA-18.2非常

类似且不相互矛盾。

8. 2 0 1 0 年 ， PAS 出版《 T h e A l a r m M a n a g e m e n t

Handbook》第二版。

9. 2014年，IEC62682标准发布，它详细说明了基于可编程

电子控制器和基于计算机的人机界面（HMI）技术的报警

系统的全生命周期管理的一般原则和程序。IEC62682采用

ISA-18.2文件并对其进行了修改，IEC62682与ISA-18.2的主

要区别在于表述的不同。

10. ISA的标准是五年一周期进行审查，ISA-18.2发布于

2009年，2014年开始进行审查，2015年修订完成。在修订

时ISA18.2吸取了IEC62682的内容，但同时也保存了其中不

同的部分，总体来说没有太多实质上的大改变。

11. 行业标准与规范，2021年中石油发布报警系统的应用规

范，国家标准制定也在进行中。

上述这些标准与指南，对报警进行了严格定义，对报警系统

的应用、评价给出了详细的指导，理解上述报警管理指南、

报警国际标准和报警项目最佳实践，才能找到彻底解决报警

问题的真正办法。

二、报警管理的误区和价值

在ASM成立之前，报警管理的改进在很大程度上被企业认

为是风险缓解项目，而且投资回报无法确定。因为从直观上

看，报警管理项目是用“避免的事故”和“避免的事故的严

重程度”来衡量其价值的，而现实的种种原因造成“避免的

没有发生的事故”有时候是难以确切定义和得到共识的。因

此很难证明报警管理项目从“没有发生的事故”中省下了多

少钱或避免了多少损失！就像SIS系统一样，如果生产从来

没有触发安全联锁，SIS也无法提供价值证明。

上世纪90年代，一家大型炼油厂实施的一个全面的现场报

警管理改进项目提高了可靠性，并因此从该项目中获得了

超过1亿美元的收益。此后，报警管理成为一个广泛的、行

业关注的热门话题，越来越多的公司认识到其价值并开始

改进计划。

企业的报警系统被分为五个等级，每达到一个等级，都需要

相应的技术手段：

现代企业的报警治理

78 SmartVoice

报警系统等级 等级特征描述 配套技术手段

过载型（1级）

持续的高报警率，在生产异常时性能迅速恶化。正常情况下，报警

系统也很难使用

•操作员对报警系统的信心低，重要报警长时间被忽略或难以识别

•很多报警设计的没有意义或价值很小

•没有采用过有效技术手段

•报警设计等问题没有研究和解决

•或只作简单的报警统计、查询

被动型（2级）

与过载型报警相比有些改善，在大部分时间里，报警系统对操作员

来说仍然是无用的干扰。报警优先顺序是不可靠的

•报警系统对生产被动/故障能提供一些早期预警

•有些报警的设计没有意义或用处很小；报警抑制仍然不可控

•通过报警设计分析，解决了一些设计上的错误

• 通过简单报警、事件分析等手段识别无效报警、消

减无效报警

稳定型（3级）

与被动型报警相比，在平均报警率和峰值报警率方面都有改进。在

正常运行中功能良好，但在异常工况期间用处不大

•警报系统在正常运行期间是可靠的，但在异常工况期间基本无效

• 操作人员对报警优先级的适当性有信心，并根据优先级能一致快

速地做出反应

•通过报警归档与合理化解析，对每个报警进行检查

•所有报警设计错误得到纠正

•通过建立在线变更审核，避免无序修改

稳健型（4级）

在可预见的工厂运行情况下报警可控的

•报警系统在所有工况下都是可靠的，包括异常工况

• 操作人员对报警系统有高度的信心，并能及时理解和响应所有的

报警

•动态报警技术，报警配置自适应

•报警搁置等技术，边界管理

预测型（5级） 报警系统始终是稳定的，并在正确的时间向操作员提供正确的信

息，以避免异常工况或将任何异常工况带来的影响降低到最小

•除了上述4个级别的技术手段之外

•重要报警的提前预告能力等

三、解决报警问题

如何提高报警管理水平，改进自己的报警系统，已经不需要

再从零开始摸索，ISA推荐的报警管理项目的七步法，可以

帮助企业全方位解决报警问题。

1. 开发企业的报警规范

报警规范是针对报警的定义、设计、实施和修正的一套综

合性指导方针，规范明确“如何正确执行与设定报警”，

从而为报警必要性选择、报警优先级设置、报警组态、报

警响应、报警处理方法、系统监控以及许多其它与报警相

关的主题提供了一个最理想的规则。它是企业实施报警管

理的行动纲领和必须服从的原则，是避免盲目进行报警管

理项目的保证。

报警规范对报警设计、报警的实施条件、方法、步骤和每一

步的实施效果都进行规范，对与报警相关的所有因素进行评

估，保障报警设计的正确性。

2. 建立报警系统的KPI评价体系

KPI用于长期监控报警系统关键指标，以寻找趋势并跟踪警

报系统的改进。KPI提供了定义、衡量、记录和报告影响业

务的关键性能指标的能力，KPI数值结果是通过自动运行预

定的计算得到，这些计算基于预定义的公式和相应的条件。

ISA18.2/IEC62682、EEMUA191等国际标准和指南都做出

了指导，但标准KPI只是对合格报警系统的最低要求，未必

全部满足用户的所有需求，需要额外定义特殊的KPI来满足

企业的特殊需求。比如常见的复合KPI——操作员负荷指

数，对操作员的工作负荷与人员安排的合理性进行评估。

3. 通过报警和事件的大数据分析，消除无效报警

报警规范和报警KPI体系创建之后，即可开始通过专业工具

对报警进行分析，快速识别错误和无效报警，快速消除。

3.1 报警设计分析

对于新建工厂，在生产投用之前可以通过上述分析，迅速发

现报警设计错误或不合理的地方。在投产之前进行处理，这

样将大大降低投产的风险和难度。对于在役的生产企业，报

警设计分析可以帮助用户快速、从根本上解决无效报警的产

生问题。

习惯性错误设计非常普遍，而报警设计分析是从根本上解决

报警问题的主要手段。

3.2 所产生的报警与事件的特征分析

即可通过对报警与事件的大数据分析帮助用户：

• 识别无效报警、并消除无效报警

石油和天然气

智慧心声 79

识别无效报警首先就需要对无效报警进行有效的归类，找清

楚无效报警的特征，如：

① 反复报警，这是数量比较多的无效报警的一类，即一分

钟出现3次或以上的报警

② 重复报警，即多个报警表达的是同一个东西，一个报警

在多处重复

③ 跨班报警，即报警发生后，在一个班次没有响应处理，

而继续出现在下一个班次

④ 僵尸报警，报警在分析观察预设的时间内没有任何变化

或干预，跨班报警随时间延长会成为僵尸报警

⑤ 报警泛滥/报警潮，报警泛滥期间容易产生恶性事故，造

成报警泛滥的原因主要还是无效报警引起的

⑥ 瞬闪报警，快速出现，又快速消失的报警，在DCS报警界

面上只是瞬时出现，很难捕捉

⑦ 骚扰式报警，如一些诊断式永不停歇的报警等

⑧ Top 10报警，Top 10分析找出最频繁的报警位号和产生的

报警数量与报警细节，Top 10报警大多也是无效报警过多的

情况

• 对操作员的报警处理行为进行分析

① 报警确认时间，报警发生后，操作员需要多长时间去完

成报警确认

② 报警参数变更分析，分析为什么出现这些报警修改，什

么时间进行了修改

③ 哪些报警在何时被屏蔽等

如下图，报警、事件和操作参数可以进行一体化监视与分

析，识别生产事故/波动与操作员操作之间的关联，避免以

后同类事故发生。

4. 报警合理化分析，固化专家知识，建立报警专

家知识库

报警的归档与合理化解析是根据前面的报警规范进行具体执

行的，可能许多现有报警需要彻底返工——审查每项报警的

组态和用途。

通过这种方法设计的“合理化”报警系统，才有可能接近报

警管理的理想状态。

① 对于全新系统（即新建未投产），报警的归档与合理化

解析的作用是确定适当的报警组态方法

② 对于在役系统（已经投产），报警的归档与合理化解析

的功能包括对系统上组态的每个报警点以及可能组态报警的

其它点进行彻底检查

通过报警合理化解析工作，建立起属于企业专有的报警专家

知识库，为操作员提供报警处理的在线帮助，帮助任何一个

操作员有机会成为报警问题处理专家。报警专家知识库的建

立，将大幅提升操作员的生产异常处理效率和成功率，同时

降低操作员的劳动负荷。

报警专家知识库还将被用于动态报警的管理、报警潮的抑

制、报警变更的在线审计和强制复位以及变更管理等技术。

5. 对实施报警变更管理，避免人工失误造成风险

报警变更管理是报警系统维护的重要工作，报警系统一经改

进，即有必要确保配置不会随着时间的推移而发生变更，除非

这种变更得到了特别授权。未得到授权的任何变更都不能被接

受，变更审核、强制变更复位是解决非法变更的技术保障。

如图所示，正常情况下，报警专家知识库里面的报警信息与

DCS系统中的应该是完全一致的。一旦有人没有经过审批非

法对报警专家知识库内的报警进行修改，或是对DCS系统中

现代企业的报警治理

80 SmartVoice

的报警进行修改，报警管理系统自动审核、自动对报警专家

库和DCS系统报警信息对比，可以很快发现问题，生成例外

报告，通知相应的预设工作人员进行处理，避免人为错误

（有意还是无意）带来的风险。

另外，对设置了阈值的报警，报警的变更是不允许超过阈值

的，否则将构成很大的潜在风险。为了解决这个问题，系统

自动对这类修改进行复位，以避免生产风险。

6. 通过动态报警解决非正常工况下报警问题

生产装置永远是动态的，它在不同的时间和条件下有不同的

运行状态，而每个运行状态对报警的要求可能是不一样的。

然而，控制系统中的报警设置本质上是为了支持单一的工作

状态即稳态生产状态而设计的，这就导致在非正常工况下很

多报警变得毫无用处，带来很大的潜在风险。

为了解决上述问题，报警系统在特定的定义和控制条件下能

够进行相应的设置更改，以有效支持每个工作状态，且具备

如下三个功能：

① 重要报警的预警：对特别重要的报警，在其发生之前的

一个时间点或满足某个条件的情况下，提前对该报警进行预

告，让用户提前做出响应

② 报警的搁置：即对某些报警进行暂时的抑制，记录报警

抑制的原因、控制报警抑制的允许时间或条件，并对所有抑

制的警报提供完整的报告和跟踪

③ 基于状态的报警设置改变：即将报警系统调整到匹配设

备当前的运行状态，正确识别设备的当前运行状态，然后自

动对当前状态下的报警进行相应的正确配置

④ 对报警潮的抑制

7. 报警管理系统的控制和维护

一旦报警管理系统部署完毕交付用户，报警管理系统会与

DCS系统同步运行：

① 按要求实时进行报警与事件的自动数据采集

② 按要求对报警与事件进行自动分析，自动生成报表，自

动通知工作人员

③ 按要求自动进行报警变更的审核，自动进行错误变更的

复位动作

④ 发现变更问题自动生成例外报告，标识错误

生产过程和传感器会随着时间的推移而发生变化，报警行为自

然也会随之发生改变。当下正常工作的报警可能会在未来变成

虚假报警或发生故障。因此，报警管理的工作不是一蹴而就

的，需要有一套成熟的系统帮助用户进行持续的报警改善。

四、结束语

自上世纪90年代后期开始，行业领袖企业在报警管理上投入

了大量金钱和努力，来减少操作员的工作负荷，提高生产安

全和生产效益。几个特大事故与报警系统的深入关联，兼之

EEMUA191报警管理指南的发布，和2009年ISA-18.2报警

标准的发布，再到2014年IEC62682标准的发布，以及一些

著名企业在报警管理项目上的丰厚回报，报警管理项目几乎

成为与DCS系统一样的企业标准配置。

报警管理的独特之处在于，它在很大程度上是一个人为因素

的任务。流程企业在生产运行时需要依赖操作员做出重要决

策，而有效的报警管理有助于支持正确的决策过程。因此警

报管理一直被视为流程行业中的最佳实践。

另外，随着国内企业对报警管理的价值和效果认识越来越深

入，报警管理会成为国内企业安全隐患治理的重要内容，国

内生产企业对报警治理会增加更多的投入和资源，报警管理

将不会是可有可无的东西。而报警系统的行业标准正在快速

完善，相信关于报警系统的国家标准将会在短期内发布。

参考资料：

《Alarm Systems,A Guide to Design, Management and

Procurement》，PUBLICATION No 191，第三版.

《Alarm Management Handbook》，2005年出版、2010

年再办，作者：Bill Hollifield.

ANSI/ISA–18.2–2009 Management of Alarm Systems for

the Process Industries，Approved 23 June 2009.

EEMUA’s Publication 191: Alarm Systems: A Guide to

Design, Management, and Procurement.

石油和天然气

智慧心声 81

Amiantit是中东地区的大型管道制造企

业，在全球拥有18个生产基地。

1993年，Amiantit的子公司Amiantit

Fiberglass Industries Limited（以下

简称“AFIL”）放弃了当时的主流应力

分析软件SIMFLEX，开始使用CAESAR

II。从那时起，AFIL使用CAESAR II在沙

特阿拉伯、阿联酋、卡塔尔和巴林等地

完成了超过44个项目，其中包括GRP

（玻璃纤维增强树脂塑料管）、GRE

（玻璃纤维增强环氧树脂管）、HDPE

（高密度聚乙烯）和DI（球墨铸铁）管

道系统。

Eastern Petroleum Company（以下

简称“SHARQ”）委托AFIL/Amiantit

为沙特阿拉伯东部最大的单体乙二醇

公司名称：Saudi Arabian Amiantit

Company（以下简称“Amiantit”）

网 址：www.amiantit.com/en

所属行业：施工、石化

所在国家：沙特阿拉伯

涉及的海克斯康数字智能产品：

CAESAR II

生产项目提供分析服务。鉴于项目的

巨大规模和特殊要求，Amiantit首先用

CAESAR II对几个三通作了测试。测试

很成功，表明CAESAR II功能强大，能

轻松处理各种材料，包括本项目中GRP

管这样的正交各向异性材料，充分说明

CAESAR II就是适当的解决方案。

迅速及时地交付项目成果

项目时间紧、任务重。Amiantit非常清

楚，如果不能解决工期问题，项目成

本势必会大幅增加。为了赶上进度，

Amiantit使用CAESAR II准确快速的组

件分析功能，在生产和制造的过程中，

同步进行应力分析。

排除所有可能的故障

项目的一个难点是确保准确模拟和分析

11公里GRP管，包括地上部分和地下

部分。CAESAR II的梁单元必须能够准

确地模拟160英寸（约4米）的正交各

向异性材料。

要准确地模拟160英寸（约4米）的正

交各向异性材料，是为了防止在弯头、

三通和异径管的安装过程中出现故障，

导致产品损耗、工时浪费以及维护、重

新设计和重新安装产生额外时间和费用

等情况。故障还可能导致停机，造成巨

大的经济损失。

Amiantit的工程组经理Sadath Khan

说：“CAESAR II能清除所有可能的失

效，特别是T型三通部位的失效。通过

使用CAESAR II，我们能确定布局，发

现过应力超标部位，找到问题所在，解

决问题。如果没有CAESAR II，我们就

不能顺利地完成任务。”

精确的自动计算产生的效益

管段型式复杂，直径大（100~160英

寸（约2.5~4.1米）），很难装卸和运

输。如果装卸时不小心，还有可能导致

管段损坏甚至散架。CAESAR II的功能

先进齐全，能够准确地关联各种尺寸的

管段，并为复杂管段提供了简单的重心

计算，有助于确保装卸安全和速度。

Amiantit的项目经验表明，CAESAR II

能够准确地分析各种直径、各种压力等

级的管线，在各种载荷工况下的情况。

CAESAR II在Amiantit的SHARQ项目中发挥重

要作用

CAESAR II 在Amiantit的SHARQ项目中发挥重要作用

82 SmartVoice

公司名称：德希尼布能源公司

网 址：www.technipenergies.com

公司简介：德希尼布能源公司是一家

专门从事能源转型的大型项目工程技术公

司，员工遍布38个国家。

员工人数：15,000多人

所属行业：能源

所在国家：法国

涉及的海克斯康数字智能产品：

EcoSysTM

主要目标：

提高项目的整体执行生产力

在项目整个生命周期内更好地优化资源

改进预测，提高可预测性，改善决策

主要优势：

提升生产率

提高项目的整体执行生产力

改进资源管理

在项目的整个生命周期内更好地优化资源

提高效率

数据中心型平台让不同的专业实现信息的共

享和标准化，无需浪费时间查找和验证信息

改进预测

改进预测，提高可预测性，改善决策

确定目标

项目变得越来越复杂，同时还要兼顾行业前景的不确定性和利润率的提

高，这是全世界工程建设公司所面临的共同问题。作为全球首屈一指的工

程技术公司，德希尼布能源公司（以下简称“德希尼布能源”）深谙只有

更好地预测和了解项目绩效，才能在当前的经济艰难时期找到出路。

德希尼布能源的管理层对未来的目标很明确：建立一个数据中心型企业级

解决方案，创建一个跨专业、跨部门的单一验证项目管理数据源。德希尼

布能源逐步实现数字化转型方案的范围包括：

· 整合设计、估算、成本控制、采购、施工分包、计划和合同管理等各

阶段的项目执行和数据管理

· 整合从设计到采购及最终施工分包的工程量和成本管理

· 实现基于估算自动生成工程量及成本预算，同时实现成本控制数据自

动回归估算

克服挑战

由于历史原因，德希尼布能源的项目绩效管理设置存在较大的问题。企业

内组织架构稳定，但不同部门的数据模型各不相同。例如，成本控制和估

算使用不一样的成本分解结构。

实现集成环境的第一步，是致力于德希尼布能源领导小组认定的数字化转

型的关键条件，即确定主数据，商定适用于整个公司的单一数据模型。这

是逐步实现项目控制过程数字化转型的第一步。

除了调整、建立共享数据模型，德希尼布能源还着手提高整个企业精益工

作流程的标准化水平。

德希尼布能源公司采用EcoSys™逐步实现项目

控制过程数字化

石油和天然气

智慧心声 83

德希尼布能源成本控制与风险管理总监Yann Guyot说：“可

以想象，对我们这样一个在世界各地拥有15,000名员工的企

业来说，数字化是一个持续的过程，一项持续数年的工作。

目前我们已经实现成本控制数字化，正在着力采取措施全面

实现项目环境的数字化。”

接下来的工作包括实现施工分包、估算、计划和合同管理的

数字化。

实现成果

德希尼布能源选择用海克斯康数字智能的EcoSys企业级

项目绩效解决方案支持项目控制过程的数字化转型。

Guyot指出：“我们在世界各地所

有项目中部署了EcoSys。EcoSys实

施灵活，能让我们逐步实现数字化

转型：我们先用Intergraph Smart

Materials实现成本控制和材料管理

的数字化，为后续的数字化工作制

定了工作计划。”

成本控制

过去10年，德希尼布能源一直使用

EcoSys软件进行成本控制。成本

控制的第一步是预算，并集成ERP

中的合同承诺及实际数据，然后加

入改进的预测和项目组合管理。

EcoSys还能在招投标过程中跟踪

人员的商业费用，辅助招投标成本

管理。EcoSys的自动化接口能让

公司轻松计算预测，制定项目控制

计划。

数量管理

德希尼布能源还整合了EcoSys与

Smart Materials解决方案，用

Smart Materials管理技术数据和

技术生产数据。材料的数量信息与

EcoSys集成，供成本控制部门使

用数据。成本控制部门能自动访问

材料申请数据，更好、更准确地开

展预测。成本控制部门还能访问采

购订单信息和材料表，进行实时比较，了解材料表的变化

情况。

Guyot说：“以前，我们可能需要花上10天时间收集数

据，才能审查和分析出材料表的变化情况。集成EcoSys和

Smart Materials以后，我们只需要10秒钟就能得到相关信

息。”

施工分包

项目控制数字化的下一个阶段是施工分包。过去，同一企业

内和不同项目之间不会共享施工工程支付项目的数据分解结

构。数据存在Excel表格中，需要人工查找单价表，很难了

德希尼布能源正在为数字化规划创造条件

德希尼布能源以优质的项目、工程和技术服务，促进全球能源转型

德希尼布能源公司采用EcoSys™逐步实现项目控制过程数字化

84 SmartVoice

解到手中是不是最新、最正确的信息，再用这些数据来预测

项目成本，导致预测过程冗长而耗时。

为了克服这一困难，德希尼布能源一方面使用EcoSys提升

数据的数字化和标准化水平，形成集中平台，另一方面调整

数据分解结构，与公司在其它方面使用的数据分解结构保持

一致。

估算

由于缺乏估算和成本控制的共享平台，估算曾经也是德希尼

布能源面临的一大难题。德希尼布能源打算采用项目执行团

队使用的成本分解结构建立估算单价库。

这种做法有两大优势：

· 能在估算表和项目预算之间快速转换，更好地了解项目

绩效；

· 自动反馈：EcoSys每天生成数据，员工无须再核对Excel

表格中的数据，能生成更可信的报告，节约工作时间。

计划

德希尼布能源正在推进任务计划和不同部门使用的数据结构

的标准化，为数字化转型创造条件。一旦条件成熟，就用

EcoSys和Primavera P6建设历史计划数据和项目执行信息

平台。

展望未来

Guyot表示：“EcoSys解决方案的使用体验很好。它很灵

活，能与多种系统集成，集成性能良好。EcoSys帮助我们

提高了整体效率，让我们更好地优化资源，不用再浪费时间

寻找和验证数据。”

除了正在推进的成本控制、施工分包、估算和进度计划数字

化，德希尼布能源还整合了EcoSys与其他内部工具，为将

来打造完全协同的项目环境打好基础。

对于准备进行项目控制过程数字化转型的其他工程建设公

司，Guyot提出的建议是：“首先，数字化转型的第一步是

对数据和工作流程进行标准化建设和重组，要进行数字化转

型的公司务必明确目标，准备好在公司内部面对相关困难。

其次，真正的转型需要时间。不过，只要选择适当的解决方

案，比如EcoSys，就能逐步实现数字转型。”

石油和天然气

智慧心声 85

戈德瑞吉工艺设备部凭借PV Elite实现合规，创

最短工期记录

从锁具公司发展成为一家跨国制造企业

公司名称：戈德瑞吉工艺设备部

网 址：www.godrej.com

所属行业：石化

所在国家：印度

涉及的海克斯康数字智能产品：

PV Elite

戈德瑞吉成立于1897年，起初是一家

锁具安保公司，后来逐渐发展成为一家

大型跨国制造商和供应商，产品种类丰

富，包括美容用品、家电、装卸设备和

工艺设备等。1976年，戈德瑞吉工艺

设备部成立，主要从事工艺设备的制

造，产品广泛应用于炼油、石化、化

肥、油气、化工、制药和电力等行业。

承接最大压力容器项目

戈德瑞吉工艺设备部承接了公司有史以

来最大的单体设备项目，设备重达882

吨（相当于800公吨）。客户要求对设

备进行整体设计、整体制造，并以整体

方式运出孟买港。项目设备是聚丙烯反

应釜，客户是沙特基础工业公司。设备

用于位于沙特朱拜勒工业城的欧洲石化

公司第三聚丙烯化工厂。

PV Elite实现准确性与合规

在实施本项目之前，戈德瑞吉工艺设备

部的工程师已经接触过使用PV Elite软

件进行压力容器和换热器设计和分析的

用户，了解PV Elite软件不仅能根据国

际标准进行工程设计，还能进行机械设

计和合规计算，通过导入生成装配图。

符合当地标准的设计和制造

聚丙烯反应釜采用陶氏化学技术，高

156英尺6英寸（约47.7米），内径从

18英尺（约5.5米）到最大29英尺6英

寸（约9米）。反应釜壁厚在3英尺3/8

英寸和4英尺1/8英寸之间（约84毫米

~105毫米之间）。PV Elite的数据库全

面包含钢结构、管道、法兰、螺栓等

内容，帮助戈德瑞吉工艺设备部根据

ASME U2钢印标准完成了圆顶聚丙烯

反应釜的设计、制造、供货和测试。

操作和运输分析

戈德瑞吉工艺设备部结合操作工况以

及沙特阿拉伯朱拜勒地区的风载荷工

况和地震载荷工况等外部边界因素，

使用PV Elite设计和制造一体式聚丙烯

反应釜。他们还用PV Elite进行了设备

的运输和支座分析，以确定载荷及支

座要求。工程师还能用PV Elite将反应

釜从垂直的操作设计状态翻转到水平

运输状态，以计算运输载荷以及理想

的支座位置，并不需要重新设计反应

釜。这也是PV Elite超过很多同类解决

方案的地方。

创最短工期记录

有了PV Elite，戈德瑞吉工艺设备部不

仅满足了客户的要求，还极大地缩短了

合规计算时间以及必要的风载荷工况和

地震载荷工况分析时间，从而促使戈

德瑞吉工艺设备部能够达到更多客户

的要求，增加客户满意度。戈德瑞吉

工艺设备部的市场营销副总经理Rajiv

Kulkarni说：“我们主要从事复杂容器

的设计和制造。PV Elite能让我们灵活

地设计完全达到相关标准规定的冷却塔

和换热器。除了TEMA管壳式换热器，

我们还能分析位于冷却塔内的带换热器

管束的容器。”

戈德瑞吉工艺设备部凭借PV Elite实现合规，创最短工期记录

86 SmartVoice

公司名称：莫特麦克唐纳

网 址：www.mottmac.com

所属行业：化工、石化、陆上油气

所在国家：英国

涉及的海克斯康数字智能产品：

CAESAR II

莫特麦克唐纳公司（Mott MacDonald）的主营业务包括工程、设计、管

理和技术咨询，以及项目和施工管理服务，主要为全球油气和石化企业提

供服务，拥有1400多名员工。

巴布亚新几内亚大型液化气陆上管道项目的工程服务

莫特麦克唐纳中标SpieCapag公司的项目，为巴布亚新几内亚天然气生产

和加工设施的445公里陆上管道提供工程设计服务。项目的运营商是埃克

森美孚公司的子公司Esso Highlands。

承建的管道将天然气输送到首都莫尔兹比港以外的设施进行液化，然后向

亚洲的主要液化天然气客户出口。根据澳大利亚的标准要求，项目包括所

有天然气和凝析油的集输设备和基础设施。项目负责方是莫特麦克唐纳位

于印度孟买安泰里的石油石化公司。

解决各种压力状况和地域挑战

管道的管径范围是DN20~DN850，涉及压力范围12500~56100KP，温

度范围-46~80摄氏度。管道需要穿过断裂带、地震频发等地质灾害的崎

岖地带。工程师必须解决风、地震、不同土壤特性和不同工况耦合造成

的应力。

应对多项变化，减少模型数量

项目需要对应力模型进行多次修正，快速完成返工。CAESAR II的灵活性

和强大功能帮助莫特麦克唐纳顺利完成了工作。CAESAR II在同一个模型

中根据ASME B31.4分析管道响应，同时根据ASME B31.3分析关联管道的

响应，减少了模型数量，节约了时间和相关成本。

莫特麦克唐纳用CAESAR II顺利完成巴布亚新

几内亚的管道项目

石油和天然气

智慧心声 87

高效地分析动态等效条件和静态等效条件

莫特麦克唐纳用CAESAR II创建场站地震谱，进行动态分

析，对载荷条件进行最优组合，分析可能的振动模式。项目

涉及多种土壤条件，莫特麦克唐纳使用CAESAR II模拟地上

和地下管道的应力情况，以确定虚拟锚栓的位置，节约了材

料、成本和时间。

用Isogen提高准确性

莫特麦克唐纳用CAESAR II内嵌的Isogen模块生成ISO图，提

供支架类型、管道布置变化等设计输入信息，极大地提高了

准确性，减少了错误、工时和成本。

加快设备建模，节约时间

设备、收发球筒通常不在管道应力工程师的工作范围之内。

在土建团队设计收发球筒装置基础的同时，工程师分析了基

础设计荷载的组成，创建了收发球筒的模型，加快了基础设

计速度，进一步节约了时间。

成功应对设计规范的变化

莫特麦克唐纳利用CAESAR II灵活的建模和分析功能处理不

断发生的变更，实现了各个里程碑，顺利解决了项目挑战，

如期完成项目，为公司创造了额外的收入。

“CAESAR II让我们自信地完成了项目，获取了

优异的成果。Isogen模块帮助我们迅速生成准

确的ISO图。”

Gaurav Bhende

莫特麦克唐纳

印度公司副总工程师

莫特麦克唐纳用CAESAR II顺利完成巴布亚新几内亚的管道项目

88 SmartVoice

公司名称：L&T千代田有限公司

公司简介：L&T千代田有限公司（以下简称“LTC”）是印度L&T

Hydrocarbon Engineering有限公司与日本千代田化工建设株式会社

（Chiyoda Corporation）的合资企业。成立25年以来，LTC承接了

油气、炼油、石化和化肥领域的多个世界级项目，足迹遍布全球多

个国家。

员工人数：1000多人

所属行业：油气、石化、化工

所在国家：印度

涉及的海克斯康数字智能产品：

Intergraph Smart® 3D

Intergraph Smart P&ID

Intergraph Smart Instrumentation

Intergraph Smart Electrical with Import Manager

Intergraph Smart Review with additional models

SmartPlant® Foundation

SmartSketch

CAESAR II

PV Elite

主要优势：

能进行实时碰撞检查，形成工程数据的单一信源，减少返工量

能在不同的现场复用设计数据和模型，支持在跨国大型工程项目

中进行高效的工作协同

提高设计效率，确保费用优化

创建数字项目库，帮助量化后续项目，促进投标过程的费用优化

确定目标

L&T千代田有限公司是印度L&T H y d r o c a r b o n

Engineering有限公司与日本千代田化工建设株式会

社的合资企业，是世界著名的设计和工程咨询机构。

LTC希望找到合适的整体解决方案套件，实现以数据

为中心的工程方法。LTC的主要目标包括：

· 确保项目进度，生成优质的交付成果

· 支持实时碰撞检查，减少返工量

· 优化成本

LTC在全球多个国家执行了多个炼油、石化和油气综

合项目。本案例分析主要介绍LTC执行的印度炼油项

目和中东国际炼油项目。

克服挑战

在这两个项目中，顺利完成项目的关键在于优化成

本，提高工程设计效率，确保赶上业主提出的严格的

进度计划。

LTC希望解决方案供应商能够帮助他们：

· 生成质量稳定的智能管道仪表流程图

· 以标准化方式集中管理全球不同现场的工程数据

· 在生成智能三维模型时加强版本控制

· 支持设计的实时碰撞检查，避免返工

L&T千代田有限公司用海克斯康数字智能解决

方案改善全球工程项目的交付

石油和天然气

智慧心声 89

· 在不同部门和项目之间完成复用设计

这些功能在LTC为印度某石油公司执行新建项目的详细工程

设计时发挥了关键作用。

在项目期间，LTC在基础设计基础上生成了相关文件，包括

土建、机械、工艺和电气工程等文件。工程部门在项目期间

相互合作，共用中央数据库，并使用海克斯康解决方案促进

了不同专业之间的数据复用。

此外，LTC还用海克斯康系列解决方案为中东某陆上油气企

业执行其国际炼油厂的扩建项目。在该项目中，LTC与中东

和印度的多个项目组合作，用海克斯康解决方案在不同现场

执行项目的详细设计。项目的主要挑战是解决设计协同和集

成问题，这是LTC首次在这样的大型跨国项目实施中使用海

克斯康解决方案。

在海克斯康系列解决方案的协助下，LTC创建了集成环境的

智能管道仪表流程图和三维模型，并且在全球不同现场使用

这些模型。解决方案能在共享数据的同时保持版本控制的一

致性和实时碰撞检查，使LTC在不同办公地点节约了大量时

间，带来了良好的全球工作协同体验。

海克斯康的技术服务和全球开发团队提供实时支持，帮助

LTC顺利完成了详细设计阶段。

实现成果

25年来，LTC一直采用海克斯康解决方案执行项目，使用过

三维设计套件以及最新版的三维分析、图表、数据管理、集

成等各种解决方案。LTC选择用海克斯康解决方案套件执行这

些项目是因为方案功能齐全，包括数据中心和实时碰撞检查

功能，同时还能提升整体效率。LTC使用的解决方案包括：

· Intergraph Smart P&ID：LTC使用Smart P&ID创建不同

项目的智能管道仪表流程图。LTC优先选择Smart P&ID

解决方案，是因为它具有可定制的、逻辑性强的命名原

理和控制功能，支持全球工作协同，创建管道仪表数据

的单一信源，能生成各种报表，有助于项目执行，开展

各种下游活动。

· Intergraph Smart 3D：Smart 3D支持不同场地的全球工

作协同，帮助LTC提高设计安全性和设计效率。全球工作

协同使不同的现场几乎能实时获取信息，同时保证信息

的安全性和可控性。LTC特别满意Smart 3D的快速建模

功能、自动待办事项列表以及实时碰撞检查功能。

· SmartPlant Foundation：LTC将SmartPlant Foundation

作为中央数据库，形成工程信息的单一信源。LTC能迅速

找到信息，同时提高了数据的一致性和效率。

在海克斯康系列解决方案的协助下，LTC创建了智能管道仪表流程图和三维模型，并且在全球不同现场使用相同模型*

L&T千代田有限公司用海克斯康数字智能解决方案改善全球工程项目的交付

90 SmartVoice

· CAESAR II & PV Elite：LTC将CAESAR II作为应力分析的

标准化工具和最佳解决方案。LTC还使用PV Elite设计压

力容器。

· Intergraph Smart Instrumentation：LTC用Smart

Instrumentation生成仪表索引、回路图、工艺数据更新

等成果。Smart Instrumentation具有增强功能，能将数

据导入Excel，还具有报表功能，极大地促进了LTC的项

目工作。

· Intergraph Smart Review：LTC使用Smart Review交互

审查和分析各个项目的复杂的大型三维模型。软件使用

方便，位号报告功能和碰撞检查功能有助于降低风险，

提高效率。

LTC能在不同的解决方案之间准确、高效地交换数据，提升

了各个项目的工程效率。

展望未来

LTC和海克斯康拥有20多年合作历史，期间不断通过合

作改进解决方案。未来，LTC还将研究如何从海克斯康和

AspenTech最新的合作解决方案中获益。

LTC和海克斯康希望在后续项目中开展全球合作和本地合

作。LTC AGM-IT的Samirkumar Patel先生说：“我们与海

克斯康之间的合作历史源远流长，20多年来使用过海克斯康

的各种软件，包括工程解决方案、设计解决方案、分析解决

方案和信息管理解决方案。海克斯康的产品潜力巨大，能生

成优质的交付成果，提高效率，节约时间和费用，满足工程

行业的多种需求。”

石油和天然气

智慧心声 91

确定目标

尼纳斯石油主要从事特种环烷油和沥青的生产活动，在瑞典、

德国和英国设有4家炼油厂。本案例分析着重介绍瑞典尼奈斯

港炼油厂的情况。尼奈斯港炼油厂是北欧最大的特种环烷油供

应商，也是全球知名的特种环烷油生产企业。

此前，尼奈斯港炼油厂的文档管理系统非常陈旧，毫无智能可

言。尼奈斯港炼油厂认识到需要引进一个新的以数据为中心的

解决方案，实现文档和资产生命周期信息管理的数字化，解决

方案还需要包含强大的位号管理功能。

尼奈斯港炼油厂希望通过资产生命周期信息管理的数字化转型

提高工程和运营效率，降低风险，同时实现跨专业合作。

克服挑战

此前，尼奈斯港炼油厂的文档管理系统没有自动化工作流程。

工程部和运营部在日常工作中很难进行版本控制，文档的准确

性也无法保障。旧的文档管理系统也没有位号管理，需要耗费

大量的时间找到所需文档。即使找到了也不知道文档是否为最

新版本，文档内容是否可信，是否能与其它专业、其它部门及

其它资料保持一致。

此外，工程部门将文档移交给操作和维修部门也是一项挑战，

因为文档不会自动、一致地体现任何一方所做的更改。

实现成果

尼纳斯石油部署了海克斯康工程和资产生命周期信息管理解

尼纳斯石油利用海克斯康智能工具实现炼油厂

资产生命周期信息管理的数字化

公司名称：尼纳斯石油

公司简介：尼纳斯石油是总部位于瑞典的跨

国公司，在多个细分市场拥有强大的影响力。不

同于其他以石油为能源的石油公司，尼纳斯石油

的业务以特种环烷油（NSP）和沥青为主。

员工人数：200多人，尼奈斯港

所属行业：炼油业，包括基础油、沥青、加

工油、变压器油、橡胶油和轮胎油

所在国家：瑞典

涉及的海克斯康数字智能产品：

Intergraph Smart® P&ID

Intergraph Smart Instrumentation

Intergraph Smart 3D

SmartPlant® Foundation

SmartPlant Enterprise for Owner Operators

(SPO)

HxGN SDx（试点）

主要优势：

单一版本的工程信息源，有利于控制版本，提

高准确性，加快决策速度，提高决策质量

无需浪费时间查找资料或在现场进行文档验

证，从而提升效率

尼纳斯石油利用海克斯康智能工具实现炼油厂资产生命周期信息管理的数字化

92 SmartVoice

决方案，实现了工程设计基础和文档管理的数字化转型。

一个显著的好处就是能够统一管理不同系统和专业之间的

位号和工程设计数据。未来尼纳斯石油会将海克斯康解决

方案与JD Edwards EnterpriseOne（ERP系统，包括维护

和仓库管理功能）进行集成，最终目标是让海克斯康资产

生命周期信息管理解决方案成为工程数字孪生平台，为所

有专业提供数据。

尼纳斯石油工程部在内部和外包棕地项目中都使用海克斯康

解决方案。例如，外部EPC总包在实施新建硫磺回收装置现

场项目时，用海克斯康软件进行设计和施工。EPC总包使用

的独立数据库包含1200多个文档和1300多个位号。由于使

用了海克斯康软件，项目竣工后，EPC总包的文档和位号就

能够无缝移交到尼纳斯石油的工程环境中。

海克斯康软件是尼纳斯石油工程团队在尼奈斯港炼油厂

使用的日常工具。工程团队用

Intergraph Smart P&ID创建项目

版P&ID图，用Intergraph Smart

Instrumentation创建仪表相关接

线、回路、仪表清单及数据表信

息。工程团队在日常工作中用海

克斯康软件创建的ISO图包括材料

表信息，可供安装和施工使用。

海克斯康智能工程设计软件使尼

纳斯石油得以轻松管理变更，因

为在SmartPlant Foundation中

能够查看到最新的项目和运营的

数据及文档。

SmartPlant Foundation起到数

据交换中心的作用，能存储海康

斯康设计软件和第三方软件的所

有设计数据和文档，包括供应商

文档。SmartPlant Foundation

管理着20~30万个不同格式的文

档以及69000多个位号，满足工

程部、维护部、健康安全环境部

以及运营部的日常使用需求。

变更管理自动化工作流的设置

使每一项变更都要经过团队相

关人员的审批。尼纳斯石油目

前在SmartPlant Foundation

中实现了文档传输工作流。未

来与外部各方共享的文档也将在上传之前通过SmartPlant

Foundation进行验证和控制。

在集成设计中使用海克斯康软件提高了数据管理的透明度，

让全公司的系统和部门都能够获得相关数据，同时工具软件

的数据能够轻松发布到SmartPlant Foundation中并加以使

用，提高了文档和数据的整体质量，发布时系统对数据进行

检查，保证已发布的数据值得信赖。

尼纳斯石油选择海克斯康解决方案的原因在于方案全面覆盖

炼油厂的各个专业，能实现安全、无缝的信息交换，为公司

提供了互联的、单一版本的工程运营信息源。所有数据都经

过检查与审核，加速并简化了工程部与运营部之间的移交工

作。SmartPlant Foundation的文档集中管理功能进一步简

化了版本控制，提高各部门效率。举例来说，当炼油厂维护

海克斯康集成解决方案增加了尼纳斯石油工程团队之间数据管理的透明度

尼纳斯石油工程部在内部和外包棕地项目中使用海克斯康解决方案

石油和天然气

智慧心声 93

“海克斯康解决方案帮助我们提高了整体效率。

人人都能适时获得正确的信息，让版本控制、位

号管理以及工程和运营之间的移交变得更快、更

方便。”

Phil Woodall

尼纳斯石油SmartPlant Enterprise解决方案主管

“工程数据和文档管理数字化的关键在于掌握正

确的工具和正确的配置。另外，请务必为软件配

备相应的硬件，购买能够实现各部门间协作的工

具。”

Phil Woodall

尼纳斯石油SmartPlant Enterprise解决方案主管

组需要某台设备的资料时，可以搜索对应的位号，就能立刻

找到最新的、准确的相关资料。

海克斯康解决方案为尼纳斯石油创造的主要效益包括：

· 单一版本的工程信息源，有助于控制版本，提高准确性

· 无需浪费时间查找资料或在现场进行文档验证，提升了

效率

· 所有资料均完整、可信，保存在同一共享数据库中，改

进了工程部与维护部之间的数据移交

· 可即时获得相关设备资料，以提高运维效率，改进决策

· 适时迅速获取相关资料，降低运营风险

· 工作流控制下的变更管理，具有可审计的追溯性，确保

合规性

展望未来

尼纳斯石油希望接下来在所有炼油厂标准化海克斯康软件的

使用，同时在开展海克斯康新一代资产生命周期管理软件

HxGN SDx的试点使用工作。尼纳斯石油还跟海克斯康合作

推出SDx Integration，以期实现以对象为基础的自动化信息

交换，加强位号、文档及相关数据的控制，更快地生成设计

文档。

尼纳斯石油利用海克斯康智能工具实现炼油厂资产生命周期信息管理的数字化

94 SmartVoice

PAS状态报警方案解决焦化装置问题

实践证明PAS PlantState Integrity™动态报警解决方案效果显著

中东某大型炼油厂新建的五炉焦化装置在正常循环运行期间

经常发生不相关、不正确的报警。鉴于这种报警系统性能太

差，公司希望找到一种设计合理的报警系统解决误报麻烦。

焦化简介

炼油厂焦化装置的作用是处理渣油，把渣油加工成较有用的

产品，剩下固体碳“焦炭”。焦化装置包括若干焦炭塔、加

热炉和附加设备，循环处理渣油。

焦化工艺如下：

· 先将烃类进料加热到足够高的温度，方便投入准备好的

焦碳塔中裂化

· 接着是稳态裂化，生产产品期间，形成副产品焦炭填充

焦碳塔

· 进料流转到另一个准备好的焦碳塔

· 清焦：用水蒸汽吹扫充满焦碳的焦碳塔，去除残留产品

· 对充满焦炭的焦炭塔进行水淬，通过自动高压水洗去除

焦炭

· 重复上述过程

每台焦化装置的子装置都带有大量的仪器，涉及数百个传感

器，都有可能发出报警。运行周期的每一种状态都有可能出

现不同的异常情况。每一个焦碳塔的配套设备也有多种运行

状态。

克服挑战

在一种状态下提醒操作员发生相关问题的报警设置并不适合

其它状态。在DCS系统中，每一种传感器的报警设置都是固

定的，焦化装置在运行期间会产生几百种滋扰报警、无关报

警或不具操作性的报警。操作员基本上根据焦碳塔的当前运

行状态识别和忽略这类报警，很有可能出错或漏掉真正重要

的异常情况。

这是炼油厂业主无法接受的，业主希望报警系统能针对实际

运行状态可靠地警示异常情况。

解决这个问题需要全面的状态报警解决方案，自动监测所有

设备的当前运行状态，自动将报警设定值、优先级和抑制状

态实时改成适合当前状态的预定值。

石油和天然气

智慧心声 95

解决方案

除了基础的报警管理功能以外，通常还需要比较高级的功

能。海克斯康PAS PlantState Integrity™解决方案采用模块

化设计。炼油厂业主需要激活Dynamic Alarming Module

（动态报警模块）许可证。动态报警模块包括状态报警，以

及较为高级的报警搁置功能和报警泛滥抑制功能。

状态监测

在状态报警中，对每一台设备的运行状态进行定义。主报警

数据库存储每一个独立过程状态的正确的报警参数（设定

值、优先级、抑制状态、逻辑条件）值。状态监测有全自动

模式（监测值的逻辑组合）、手动模式（操作员输入），以

及在操作员确认状态变化后自动进行的“辅助轮”模式。定

期循环运行适合全自动模式。

焦化装置的加热炉/焦碳塔组合能定义五种状态：

创建各单项设备的状态监测算法（SDA）。状态监测算法

使用的逻辑涉及多个传感器，每15秒通过OPC读取一次

值。SDA包含错误处理逻辑，能对传输错误值的传感器进

行处理。

设备状态发生变化以后，独立的State Enforcer组件通过

OPC将正确的报警设置写入控制系统。

受影响的报警

五个加热炉/焦碳塔的每一种组合都有36种不同的温度报

警，系统能够自动更改相关设置、优先级或抑制状态。

另外，将下列系统中的几十种报警变更为状态型报警：

· 五个锅炉给水系统

· 稀释蒸汽控制

· 炉燃气

· 燃气密封性测试（消除自动化测试周期中的错误报警)

· 双列稀释蒸汽产生

· 球形乙烷汽化器

· 乙炔反应器

· C7分离器

· 清焦空气压缩机

常见故障报警

常见故障报警（CTA）是根据多个相关输入源的报警状态

发出的单一报警，能避免对同一事件发出多次报警。常见

故障报警的实施比较复杂，需要避免和清除重复报警。用

PlantState Integrity状态解决方案创建常见故障报警要比根

据DCS创建常见故障报警结构简单得多。

在本例中，炼油厂创建了6种不同的常见故障报警，每种常

见故障报警平均包含32个输入报警。诊断图显示了特定输入

源引起的报警。这样进一步减少了不必要的报警。

失效保护

看门狗定时器是实施PlantState Integrity状态解决方案的标

准组成部分，负责监测动态报警模块与DCS之间的通信丢

失。一旦检测到丢失，会提醒操作员，并将DCS报警设置恢

复为预定的默认值。这种情况其实很少见。

效果——最佳运行状态

自从实施PlantState Integrity动态报警模块以来，焦化装置

的所有报警都能正确警示需要操作员干预的相关运行阶段的

异常情况。报警率大幅降低，操作员对报警系统的信任进一

步加强。

关于状态报警、不涉及平台的状态监测算法的创建建议、停

机状态的报警设置以及类似内容的完整说明请参见《报警管

理手册》第二版，网址：www.pas.com

总结

焦化装置的实际使用情况说明单值DCS报警系统具有内置局

限性，会影响报警性能。工业生产过程中有很多这样的例

子，例如多台设备，用不同的原料，用同一设备生产不同的

产品等。实施成熟的状态报警系统能恢复报警系统的作用，

确保操作员始终了解真正的异常情况。

启动 默认 停炉

（正常裂化或热蒸汽待机（HSSB）运行）

清焦 Hssb行程

PAS状态报警方案解决焦化装置问题

96 SmartVoice

公司名称：SSTenergomontazh

网 址：www.sst-em.ru

所属行业：油气

所在国家：俄罗斯

涉及的海克斯康数字智能产品：

Intergraph Spoolgen

Intergraph Smart® Isometrics

主要优势：

大幅降低电伴热系统设计的人工成本

简化设计阶段的变更管理，提高效率

审查灵活度更高，能更灵活地向客户提

供内容

更方便地对照源数据验证文档的合规性

确定目标

俄罗斯SSTenergomontazh是一家主要从事电伴热、保温隔热和工程设计

的公司，经委托为维索茨克港的液化气生产运输站提供电气工程服务。

项目的主要目标是应业主要求，为业主按时提供电供暖系统、管道和设备

的无碰撞的、准确的文档。与此同时，SSTenergomontazh希望降低人工

成本，提高文档处理的灵活性，避免在用业主的源数据验证文档时产生额

外的成本。

克服挑战

项目的主要挑战在于SSTenergomontazh必须使用不同三维设计系统出具

的多种独立的图纸文件。项目刚开始时，SSTenergomontazh缺乏合适的

配套软件，无法使用并整合不同设计系统的文件，从而也无法实现设计和

实际工程数据的集中管理。

后来，SSTenergomontazh通过使用Intergraph Spoolgen对.idf文件和

.pcf文件进行统一并转换成.pod文件。这使得SSTenergomontazh能比较

管段和各自的伴热布置，迅速了解整个管道的情况，从而更好地了解管道

布置细节，提高设计效率。

SSTenergomontazh选择用海克斯康解决方案管理不同格式的文件，提高

管理效率。SSTenergomontazh是海克斯康解决方案的老用户，非常了解

解决方案的各项功能。他们为本项目选择Spoolgen和Intergraph Smart

Isometrics是因为这两个软件具有出色的三维功能。使用方便，带有优

质的配套培训文件，另外还有海克斯康技术支持团队在实施过程中提供

良好的支持。海克斯康软件还能根据项目状态生成各种报告，提高了

SSTenergomontazh的报告效率。

俄罗斯知名工程公司使用海克斯康数字智能解

决方案为液化气设施提供零碰撞电气工程服务

石油和天然气

智慧心声 97

初始管道ISO图示例

实现成果

业主发送给SSTenergomontazh的是.idf格式和.pcf格式文

件，需要先转换为.dwg格式。首先需要合并和比较文件，了

解伴热管线的详细情况。用海克斯康软件识别图纸文件和图

纸组之间的差异，避免设计碰撞。然后放置伴热系统，生成

各种报告，报告包含所有必要规格。

SSTenergomontazh用海克斯康软件转换业主发来的文件，

直接用文件开展工作，节约了大量的时间。软件还能根据源

数据文件的特点自动对源数据文件进行分组和合并，避免了

人工劳动，提高了工作效率。

SSTenergomontazh实现的其他效益包括：

· 实现流程自动化，大幅降低电供暖系统设计的人工成本

· 自动跟踪、检测变更，降低人工成本

· 自动报告功能，使SSTenergomontazh能够随时随阶段

向业主发送报告，避免产生额外的工时

· 通过管线表文件和idf文件获取所有必要的信息，避免业

主在提供源数据时产生额外的开销

· 自动通过源数据（idf文件和管线表文件）获取全部数

据，节约数据验证成本和时间

展望未来

鉴于Spoolgen和Smart Isometrics在首项目上的良好使用

体验，SSTenergomontazh决定在日后的所有项目中继续使

用海克斯康解决方案进行无碰撞设计，确保施工效率和工

程质量。

带有伴热系统的管道示例

“目前，我们有很多客户是大型设计公司，他

们可能使用不同的三维设计软件，经常向我们

提供原始文件格式的源数据。海克斯康解决方

案能从不同文件中收集必要的信息，不需要请

客户对文件作进一步处理，节约了时间和人工

成本。”

Valentin Sytnikov

SSTenergomontazh设计部门主管

俄罗斯知名工程公司使用海克斯康数字智能解决方案为液化气设施提供零碰撞电气工程服务

98 SmartVoice

HxGN EAM和Visual K促进DeNovo的数字化转型

DeNovo能源有限公司是一家致力于满足特立尼达和多巴哥能源

需求的能源企业，主要在石化行业开展经营活动

公司名称：

Proman DeNovo能源有限公司

网 址：www.denovo.energy

www.proman.org

所属行业：石油与能源

专业领域：天然气、上游与海上

EAM合作伙伴：Visual K

总 部：特立尼达和多巴哥

涉及的海克斯康数字智能产品：

HxGN EAM

Infor OS

业务挑战：

从头开始创建一个数字原生企业

以有限的系统满足所有经营管理需求

无缝集成各项一流解决方案

符合能源部严格的监管要求和管控

在竞争激烈的环境中开展经营活动

业务成果：

全自动工单处理

访问EAM数据和指标

通过Power BI跨部门无缝集成EAM/财务报表

EAM数据的全面移动化

员工能根据需要访问整个企业从生产到

采购的全流程关键数据

停车风险小

DeNovo拥有强大的国内经营能力和全球合作能力，以实现创新成果、满

足当前和未来能源需求而闻名。DeNovo坚持通过与全球一流企业合作来

保持全球竞争力。DeNovo希望利用HxGN EAM让员工全天候通过固定设

备或移动设备轻松访问资源、信息和工具，进一步优化企业运营。

始终以EAM为重点

“DeNovo的主要目标是根据符合公司价值观的最高标准实现安全经

营”，确保股东、合作伙伴、同事、社区、国家和环境等各方的利益都能

通过经营活动达成所愿。

DeNovo将业务扩展到特立尼达和多巴哥时，比传统能源企业有优势的地

方在于新建了一家工厂。与大型知名能源企业相比，DeNovo的规模相对

较小，需要一个强大的资产管理和维修调度系统，对工厂的每一个组成部

分进行评估和计划，确保它们正常工作，最大程度地优化运营。在2017

年开工建设工厂之前，DeNovo就开始了评估和计划工作。

在工厂试车前，就准备好工作管理、维修计划、工作控制、材料管理，

变更管理、隔离、上锁挂牌的设计和实施流程。HxGN EAM从一开始就与

DeNovo的业务紧密结合，使DeNovo的资产持续保持稳定状态。

“系统配置既简单又复杂。我们精益求精经过多次迭代，现在，

我们的努力得到了巨大的回报。HxGN EAM已经成为本公司集成

系统的支柱，为我们提供了灵活的架构。”

Terrence Panchoo

DeNovo能源有限公司信息技术部经理