基于企业内部产业链协同发展的5G+工程项目建设“三化”管理模式的探索与实践

中国石化海南炼油化工有限公司

 　　摘要：基于企业内部产业链协同发展目标，海南炼化公司在乙烯项目建设中首次提出“物理工厂数字化、项目管理信息化、现场管理智慧化”的“三化”建设理念与管理模式，对工程域项目建设的信息化、数字化、智能化进行顶层设计、全局规划。在此基础上，组建中石化首个“石化5G”专网，实现石化行业首个防爆微基站的开发应用，同时，融汇大数据、人工智能、物联网、数字孪生等技术，部署工程数字化接收平台、三化融合可视化平台、安全眼管控系统、施工进度眼系统等，通过一系列智能化工具，实现以可控化、数据化以及可视化的智能应用对施工项目进行全方位立体化的实时监管。同时提出工程建设期与生产运营期静动态工厂的无缝衔接理念，探索解决石化行业安全环保、工程建设、信息和数字化管理、生产运营等领域传统交互方式效率低、资源协同成本高、数据共享程度低等问题，以先进的信息技术推进企业内部产业链升级、各业务域协同发展，为公司打造高端智能绿色一体化离岸石化基地奠定坚实基础。

　　企业简介：海南炼化公司地处海南西北部洋浦开发区，是中国石化站在新的历史起点上、荟萃中国石油化工行业半个多世纪的技术积淀、发挥中国石化的集团化优势而精心打造的21世纪国内第一座新型炼化企业。海南炼化公司技术水平总体处于国际领先水平，炼油于2006年9月28日建成投产。2013年12月海南炼化公司第一套芳烃也是首套采用中国石化自主技术的大型芳烃生产装置建成投产，打破了欧美对芳烃成套技术长达40年的垄断；2019年9月运用中国石化芳烃技术2.0的第二套芳烃建成投产，各项指标持续领跑；海南炼化公司连续五年获得“石油和化工行业能效领跑者标杆企业”荣誉称号。2022年11月100万吨/年乙烯及炼油改扩建项目建成中交，2023年2月21日乙烯项目一次投料开车成功。海南炼化公司现原油加工能力920万吨/年、芳烃生产能力160万吨/年、乙烯生产能力100万吨/年。海南炼化公司充分发挥油气产业龙头作用，带动海南石化产业链不断延伸，现已发展成为我国东南沿海重要的进口原油加工基地、成品油出口基地和芳烃生产基地，同时为助力海南自贸港建设，拓展延伸氢能源、可降解塑料等新能源新材料业务。

　　海南炼化公司以习近平新时代中国特色社会主义思想为指引，深入学习贯彻党的二十大精神，认真落实党中央关于发展数字经济、建设制造强国、网络强国等决策部署要求，紧紧围绕中国石化战略目标和发展格局总体安排，把握新一轮科技革命与产业变革的战略机遇，坚持新发展理念，科学谋划、统筹推进企业信息化建设、数字化转型、智能化发展，提出“在5G专网全覆盖场景下，以数据治理体系为基础，通过智能工具应用实现机器代人，无缝衔接建设期静态数字化工厂和生产运营期动态智能化工厂”的总体目标和思路，全面提升企业信息化、数字化、智能化水平，为海南炼化公司打造高端智能绿色一体化离岸石化基地注入强劲新动能。

　　一、实施背景

　　在新一轮科技革命和产业变革背景下，德国工业4.0和《中国制造2025》等针对制造业发展提出一系列重要战略举措。人工智能、机器学习等领域取得重大成果，大数据、数字孪生、物联网、5G等技术突飞猛进，为智能工厂变革发展打下基础。内外部环境的深刻变化以及数字经济发展大趋势既是挑战也是机遇，把握先机、发挥优势、自主创新是企业打造竞争优势的必然选择。

　　（一）融入国家发展战略，塑造高质量发展新优势的需要

　　党的十八大以来，我国深入实施网络强国战略、国家大数据战略，先后印发数字经济发展战略、“十四五”数字经济发展规划。同时，中国石化党组对加快智能化提升和数字化转型已作出全面部署。海南自贸港的建设推动形成全面开放新格局，能源化工行业面临着转型升级、可持续发展、深化改革、技术突破等多方面挑战。智能工厂作为工业智能化发展的重要实践模式，是传统炼化企业实施创新驱动、价值创造战略的内在要求，也是带动海南炼化公司内部产业协同、转型升级，塑造高质量发展优势的新引擎。

　　（二）推进企业转型升级，引领内部产业链协同发展的需要

　　目前，海南炼化公司进入了转型发展“快车道”，处于转方式调结构和提质增效关键期。在“快车道”上，新老问题交织，集中表现为发展要素和发展速度不匹配、内部产业链信息化数字化建设存在“堵链”、“断链”、“缺链”等问题，创效压力亟待攻坚，创新动能亟待激发。围绕智能工厂 3.0 建设，在工业、数据、模型、平台、装备和核心业务上深度融合，深化5G、人工智能、大数据、物联网等先进技术的应用，丰富5G应用场景，打造技术先进、模式创新、成效显著、易复制推广的创新应用案例。一方面，可以激发企业创新潜能，掀起技术创新热潮，易复制推广的特点有利于将先进成果从试点推向全面铺开，从而形成“遍地开花”的良好局面；另一方面，信息技术的深度介入必将推动业务流程再造，提升业务运行效能，加强企业内部各部分甚至是延伸至企业下游的产业链协同发展，产生内生动力推动企业转型升级。

　　（三）问题导向补齐短板，推进数字化转型能力建设的需要

　　海南炼化公司信息化建设一方面受益于总部统建系统的优势，另一方面自建了各领域的专业系统，业务覆盖度较高，多年来支撑了企业的运营和建设。在宏观大趋势不断变化，行业信息和数字化建设百舸争流的大环境下，与同行业对比还存在一些差距和短板亟待完善。只有正视问题补齐短板，才能够打牢数字化转型的基础。

　　一是系统集成度高低不平。海南炼化公司自建系统、总部统建系统、政府推广系统等超过120套，由于协同性不够、数据标准不一致、信息技术水平参差不齐等原因，单位内部、各单位之间信息系统集成效率不高，信息孤岛零星散布，加强系统集成，避免重复开发，开展数据治理工作，推进“六统一”成为迫切需求。

　　二是信息技术应用范畴受限。应用场景受传统制造业务限制，尽管众多企业尝试在不同业务领域开拓探索，但是在业务全流程上仍存在断点，影响全流程线上运转，进而阻碍数据的共享与应用。

　　三是业务融合度有待加深。近年来，各企业纷纷加大智能工具的投入使用，但是仍存在手工录入、纸质填单、人工监测等现象，智能工具应用的广度和深度还不够。亟需转变思维方式，结合企业实际的业务场景，研究开发适用于本企业的智能工具，深入推进智能工具的使用。

　　四是研发能力有待提高。由于研发能力不足、创新型人才稀缺、任务难度大等原因，各企业研究开发、优化调整周期较长，亟需加大科研创新人力、物力、财力的投入，建立健全科研创新体系，培养成熟的科研创新人才。

　　二、主要做法

　　（一）围绕“六统一”，加强顶层设计，强化内部产业链协同

　　在乙烯项目建设初期，根据项目建设的重点内容及关键节点，结合炼油区信息化建设存在的问题及智能芳烃等项目实施的经验做法，按照信息化建设“六统一”、“三同步”的原则和“统筹推进、融合发展，集成共享、协同智能”的工作方针，基于内部产业链要素资源的统筹优化，对乙烯项目信息化建设进行顶层设计。

　　1.坚定一个目标。为建设更加高效智能的炼化一体化工厂，全力打造石化行业工业互联网应用典范，在“智慧海南”和集团公司数字化转型部署的引领下，海南炼化公司严格贯彻落实集团公司信息化工作“六统一”的有关要求，围绕“数据+平台+应用”新模式，提出了信息化建设总体思路和目标：在5G专网全覆盖场景下，以数据治理体系为基础，通过智能工具应用实现机器代人，无缝衔接建设期静态数字化工厂和生产运营期动态智能化工厂。在项目信息化规划和实施中，紧紧围绕信息化建设总体思路和目标，打造各项新型信息化能力。

　　2.明确两项基础。5G专网全覆盖、数据治理是“三化”智能工厂的两项基础。2020年12月，海南炼化公司石化5G专网投用，同时启动第二阶段建设，2021年8月，石化行业首个防爆微基站在乙烯项目成功测试开通，在乙烯信息化建设的规划中，始终牢牢把握5G网络及相关先进技术的应用，信息系统的建设、硬件设备的应用都以5G专网为基础，一方面5G网络为“三化”提供高速度、高质量跑道，另一方面“三化”提供了丰富的5G应用场景。在乙烯信息化建设的规划中，坚持“一处输入，多点共享”、“全流程贯通”、“数据N次被利用”的原则，这也是“三化”各个部分之间协同共享的内在要求，海南炼化公司始终以数据治理理念指导“三化”建设，实现多个系统之间的深度集成，同时也为数据共享及应用打下基础。

　　3.打造三项能力。海南炼化公司在工程域中规划三项新型信息化能力，即现场管理智慧化、项目管理信息化、物理工厂数字化，明确“三化”之间的逻辑关联关系，合理统筹“三化”各部分要素资源，强化“三化”之间内部产业链协同。物理工厂数字化是“三化”的目标，是共享数据库，为项目管理信息化及现场管理智慧化提供基础数据和虚拟场景；项目管理信息化是“三化”的核心，集中管理“三化”的审批流、管理流；现场管理智慧化是“三化”的基础，分为“安全眼”、“质量眼”、“进度眼”三部分，是智能工具库，为物理工厂数字化和项目管理信息化提供数据采集源。同时，对统建系统及自建系统进行定位划分，与三项新型信息化能力及项目建设过程环节形成对应关系，从而构建一个协同共享的智能工厂信息化标准体系架构（见图1、图2）。

图1 “三化”架构示意图

 
    图2 “三化”建设规划图

  
 　　（二）推进协同共享，加快资源整合，构建数字孪生工厂

　　在以往的工程建设项目中，管理驾驶舱、一站式决策的概念已不陌生，数字化交付也成为现今工程域数字化转型的一项重要工作，如何实现交付成果同步应用，如何规划向生产经营期的过渡，成为各个企业面临的难题。

　　物理工厂数字化以工程数字化交付内容为载体，以服务工程建设和生产运营为目的，适当提高交付深度和广度，实现工厂建设数字化，力争实现工程项目数字工厂与物理工厂同步建设、同步交付、同步运行，为智能工厂建设提供基础支撑。构建三化融合可视化平台，集成项目管理信息化及现场管理智慧化数据，同时，协同工程域及生产经营域的要素资源衔接，规划数字工厂由二维到三维、静态到动态的实现路径，即以人、车、物、装置等为对象，以三维模型为基础底座，持续集成工厂建设阶段的设计、采购、施工等过程数据以及结果数据、生产运营数据，有效整合资源，实现对物理工厂的全域感知和数字镜像再现。

　　1.构建三化融合可视化平台。打造基于5G专网的全场视频融合、基于系统贯通的作业可视管理、基于大数据的人员进出管理、基于数据共享的信息集成展示五大核心功能。基于5G专网，汇集厂区上千路监控视频并进行可视化展示，将视频监控位置映射到二维平面与三维模型；贯通工程管理系统作业许可申请模块，实时展示现场占道情况，形成动态的厂区交通图；集成质量公示信息、AI报警信息，构建综合决策支撑平台（图3）。   

图3 三化融合可视化平台界面

 　　2.规划静动态工厂无缝衔接。2019年，海南炼化公司编制发布《海南炼化公司数字化交付及应用总体规划方案》，明确数字化交付的总体思路、目标及实施内容，统一规划生产运营期业务管理功能（见图4）。在数字化交付的过程中，结合“三化”建设思路及成果，提出“无缝衔接建设期静态数字化工厂和生产运营期动态智能化工厂”的核心思路。规划实施工程域三化智能开发项目，以数字化交付三维模型为基础，集成过程数据以及结果数据，实现乙烯厂区建设期与生产期数据融合展示，深化三维可视化平台，根据各层级用户的数据内容和展示场景需求为用户提供统一、立体、全访问的数据使用和可视化服务，同时对物理工厂对象进行灵活的管理，针对施工现场以及生产运行相关的人、车、机具等核心资源进行梳理，以资源为管控对象，关联资源对象相关数据，建立管控对象的数据标签，实现资源对象的数据化、可视化（见图5）。   

图4 数字化交付及应用总体思路框架图

 图5 动态工厂界面示意图

 　　（三）强化数据支撑，聚焦管理集中，提升管理信息化水平

　　项目管理信息化依托工程建设管理系统，集中管理项目建设过程中的审批流、管理流，“三眼”采集的数据，统一流转至工程建设管理系统进行流程处理，以解决传统工程建设信息化管理数据分散、集成难度大、共享程度低等问题。海南炼化公司在系统建设过程中，充分调研专业需求，个性化开发承包商防疫管理、质量问题检查、进度检测等功能，支撑超过3万条流程线上运转。同时，与三化融合可视化平台、安全眼管控系统、施工进度眼系统、电子文档管理系统、数字化接收平台、总部承包商管理系统打通数据接口，实现占道破路在管理驾驶舱的实时可视化展示、承包商考核全流程贯通（图6）、电子文件多平台查询调用等，推进提升现场项目管理信息化水平。

图6 承包商考核界面

 　　（四）打造智能工具，变革作业方式，提升现场智慧化水平

　　在传统工程项目建设中，现场安全、质量、进度管理大量依赖人工，不仅耗费较高的人工成本，而且容易出现盲点、漏点或管控不及时等问题，还可能涉及廉洁风险，从而影响整个项目建设的质量及进度。因此，“三化”规划打造现场管理智慧化新型信息化能力，编制《海南炼化公司乙烯项目现场管理智慧化总体规划方案》、《现场管理智慧化进度对照表》，明确现场管理智慧化基本目标和建设路线，现场管理智慧化包含“安全眼”、“进度眼”、“质量眼”三个部分，旨在为现场安全管理、质量管理、进度管理提供智能化的高效管理工具和基础支撑，同时加强数据共享，为物理工厂数字化和项目管理信息化提供数据的原始采集源，为乙烯项目建设“五大控制”提供保障。

　　1.5G+“安全眼”，支撑打造多方位安全监管体系

　　“安全眼”以安全眼管控平台为核心，包括PC端和移动端，基于数据治理理念，打通数据流动渠道，融合安全培训系统、门禁系统、工程审批等信息，实现安全巡检一点录入、多点共享（见图7），数据N次被利用，除此之外，还打造了智慧防疫、设备管理、扫脸识人（APP）、移动执法（APP）等模块。同时，部署5G+门禁、5G移动终端、5G防爆生产通讯集成终端、摄像头等硬件设备为安全眼管控平台及算法中台采集数据，支撑打造多方位安全监管体系。   

图7 安全巡检流程图

 　　（1）5G+门禁/移动终端，加强人员进出管控。高峰期支撑日均5.5万人次人脸识别进出厂区，平均识别时间小于0.5秒，通过数据采集及对比计算，筛选出超过24小时的滞留人员清单，提醒安全管理人员及承包商负责人进行确认、处理，防范人员出现滞留安全问题。传统工地管理单纯依靠门禁闸机，所有人员都必须下车刷脸，在上万人的建设项目，通行效率较低且容易引起安全事故，5G移动终端支持“1：N”AI人脸识别功能，识别速度较快，在极端天气可以上车刷脸，最大限度地保证通行流畅。

　　（2）扫脸识人集成数据，支撑现场安全执法。乙烯项目建设期间工人较多，在进行安全执法时经常无法准确掌握人员的基本信息。因此，开发扫脸识人功能，集成展示培训、违章及疫苗接种等人员全景信息，并且可以直接对该人员进行违章记录，后续接入安全巡检流程。

　　（3）研发5G防爆集成终端，整合硬件减轻负担。为减轻巡检负担，对巡检终端进行整合，将操作工原有的防爆手机、对讲机、巡检仪集成为一台5G智能防爆终端。满足巡检终端原始功能(通话、定位、视频等)的同时，利用5G技术实时传输数据。

　　（4）5G+视频AI算法，赋能现场安全监管。传统安全监管主要以安全管理人员现场巡检为主，无法做到全天候监管，同时也存在盲点和漏点，在大型建设项目中，施工环境复杂，同一时间段施工人员数量较多，亟需通过智能化手段减轻安全管理人员负担，提升工作效率。乙烯项目在现场重点区域部署轮巡摄像头，通过视频AI算法识别施工现场未戴安全帽、周界入侵、人员聚集等违规行为（见图8），同时系统自动推送安全违规问题至安全管理人员，根据安全违规的等级，对违规人员进行问责并推送至工程建设管理系统，形成安全巡检的上报、审核、问责、整改、验收等的各个监管环节的全流程闭环管理。在AI算法应用过程中，出现强光环境下白色安全帽识别率低的问题，通过算法训练，未戴安全帽识别准确率提升至99%以上。   

 图8 未戴安全帽识别界面

 　　（5）5G+智慧防疫，助力科学精准防疫。防疫期间，基于“安全眼”管控平台，研究开发“智慧防疫”模块，集成省数据共享交换平台健康码、疫苗接种等数据，自动获取更新员工及家属、承包商人员等防疫信息，对千万条数据进行快速自动处理分析，充分挖掘数据应用价值，每天自动生成疫苗接种和人员健康管理统计报表（见图9），自动冻结“红黄码”人员门禁及移动终端权限。同时，利用大数据技术匹配风险管控地区与人员行程信息，自动筛选疑似途经涉疫区人员，做到了“前端验证关联、中端汇集管控、后端分析支撑”，支撑生产基地、乙烯及炼油改扩建项目及炼油老区的疫情精准防控，累计节约人工时超过2500小时。   

 
图9 智慧防疫数据集成、自动生成报表界面

　　2.5G+“质量眼”，助力提升精细化质量管理水平

　　基于管道数字化平台实现管道的设计、施工、材料、试压包、焊接过程、无损检测、进度的一体化和可视化管理，实现管道物理位置到三维模型虚拟位置的映射。探索构建以二维码技术为基础的二维码材料质量可追溯系统。首次实现强夯作业安全智能监控和质量智能监测，首次实现无损检测智能评定，打破工程建设行业评片、强夯大量依赖人工的传统做法。

　　（1）首次实现无损检测智能评定、强夯工地智能监测。在乙烯项目建设期，建设装置的管道焊接质量管控至关重要，传统的管控模式均为人工扫描焊口成片，人工操作评审焊口是否满足质量要求，质量标准全凭经验，参差不齐，且工作量庞大。海南炼化公司利用大数据以及人工智能算法技术，探索智能评片应用场景，建立合格片模型库，不断进行算法训练优化，实现管道焊口的智能评定预警，在很大程度上提高了管道焊口质量的检测效率；目前，强夯机施工过程中夯锤的夯击次数和夯击深度主要是依靠监理人员的实时计数和实际测量获得，特别是伴随着夯锤的下落，夯锤四周的土地就会隆起，这给夯击是否到位的测量带来了很大的困难，基于拉绳位移传感器的测量方法，解决了强夯施工管理自动化和信息化的难点，并从技术层面分析了激光传感器测量和人工测量的缺点。无损检测智能评定、强夯工地智能监测技术的应用节约人力资源50%以上。

　　（2）探索构建二维码材料质量可追溯系统。以二维码溯源理念为基础，结合物联网等技术，打造“5G+APP+二维码”模式，探索基于二维码的材料质量全生命周期管理，材料从出厂—出入库—安装—运维，一码到底，全流程记录，提供实时、高效、精细的工程项目质量验收信息化管理。衔接管道数字化平台，开发材料匹配性、人员匹配性验证功能，避免施工过程中材料使用错误、人员技能与施工要求不匹配而造成的成本损失及安全问题。

　　3.5G+“进度眼”，探索前沿智能化进度管控模式。乙烯项目建设期施工进度是重点管控要素，传统的管理模式是各级承包商通过线下统计汇总，人工上报施工进度，存在人工误报、业主方获取施工进度信息延迟等问题，无法及时对施工进度偏差作出施工调整。海南炼化公司探索创新智能化进度管控新模式，通过无人机航拍形成倾斜摄影模型，同时获取工程建设管理系统进度计划等权重数据，通过点云模型计算重复点的方式对比数字化交付三维模型与航拍倾斜摄影模型并输出对比完成率，当施工进度与施工计划存在偏差时，实现智能预警（见图10）。 图10 施工进度眼系统进度对比界面

 　　三、实施效果

　　（一）经济效益

　　1.节约费用成本。项目建设期间，利用5G无线网络替代传统有线网络，节约了原本规划的周界监控、项目管理部办公中心、化工区维修站光缆铺设费用以及铁塔建设费用共计651.55万元，5G基站及无线网络建设实际发生费用为381.6万元，节约费用成本269.95万元。

　　2.节约人力资源。智慧防疫模块实现人员防疫信息的自动获取，自动管控及报表生成，整合了公共数据、信息技术等资源，累计节约人工时超过2500小时；首次实现无损检测智能评定、强夯工地智能监测，人力资源节约50%以上；研发部署数据治理智能工具，自动采集元数据，节省人工操作87%的工作量。

　　（二）管理效益

　　1.内部产业链协同发展方面

　　“三化”项目的实施，促进了公司内部信息化数字化、工程管理、生产营运、设备管理、安全环保、物资供应等业务域的要素资源整合优化，大幅提升多个业务域以及业务域之间的协同能力，应用一系列先进技术，提高了各个域内信息化、数字化、智能化水平，进而提升劳动生产率。另外，信息技术与业务要素的融合，也加快了各个域之间的数据流动，减少数据使用过程中的消耗和误差。

　　2.企业信息化水平提升方面

　　为了高质量建设5G“三化”智能工厂，海南炼化公司动员项目部各部门、信息与档案管理中心等部门多名员工参与，同时开办“信息化建设成果专栏”，对优秀成果进行宣传，开展信息专业知识培训课堂，全员信息化能力和意识得到极大的提升，为海南炼化公司数字化转型奠定坚实基础。同时，掀起创新创效热潮，涌现出爬壁除锈机器人、“小熊号”机器人等多项自主创新成果，员工发表《5G需求石油化工场景下网络重构的问题探讨》等学术成果，安全眼管控平台、三化融合可视化平台获得国家版权局计算机软件著作权登记证书，2022年，海南炼化公司被总部评选为2022年度网络安全和信息化工作先进单位，信息化管理水平进一步提升。

　　3.项目建设进度推进方面

　　助力乙烯项目仅6个月完成桩基全面施工，创造了我国石油化工行业最佳纪录。乙烯项目从土建开工至乙烯装置中交仅用时22个月，创造了我国石油化工行业先进水平。

　　（三）社会效益

　　1.行业引领示范。组建中石化首个“石化5G”专网，实现石化行业首个防爆微基站的开发应用，基于“石化5G”专网，结合工程建设项目特点，研发应用了一系列硬软件，丰富“5G+”应用场景。首次实现强夯工地智能监测、无损检测智能评定；解决白色安全帽在强光环境下识别率低等问题，安全帽识别算法准确率提升至99%以上；研发应用5G防爆生产通讯集成终端，打破巡检多设备、负担重的传统模式；应用大数据、人工智能、物联网、边缘计算、数字孪生等一系列新技术，强化自主创新能力，推动业务数字化，为行业5G+工业互联网应用及企业数字化转型提供借鉴案例。“三化”成果逐步向炼油老区、代管公司、下游合资公司推广实施，智慧防疫模块被兄弟单位借鉴，“三化”项目被评选为海南省工业互联网优秀应用案例及国家工信部2022年工业互联网创新领航应用案例，“数字孪生工厂建设、生产计划优化、在线运行监测”三个场景被国家工信部评为2022年度智能制造优秀场景。

2.践行社会责任。为积极履行国有企业社会责任，强有力支撑疫情防控工作，研究开发“智慧防疫”模块，深度融合信息技术与疫情防控工作，彰显国企担当。

　　（四）生态效益

　　1.应用信息技术，实现安全巡检、承包商管理、质量问题检查等业务线上全流程运转，流程总数达38487条，约节省7万多张纸张，减少浪费和污染。

　　2.在“三化”建设初期提前规划硬软件向生产运营期的过渡，提出“动静态工厂的无缝衔接”，在进入生产运营期后，安全眼管控平台、三化融合可视化平台功能同步优化提升，进一步提升使用价值，减少新开发系统的资源耗用。

　　此项成果获得2023年海南省企业管理现代化创新成果特等奖。成果主要创造人：汪剑波、张琰彬；参与创造人：谢维新、吴巍、汪维众、谷志昊、林道权、谢馨仪、王勇、胡雪、叶国华、郑宣懿。