IEC 632612024 工程过程中数字3D工厂模型中电气和仪表对象的表示标准立项发展报告

工程过程中数字3D工厂模型中电气和仪表对象的表示标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:RepresentationofElectricalandInstrumentObjectsinDigital3DPlantModelsduringEngineering摘要随着工业4.0和智能制造的深入推进，数字3D工厂模型已成为现代工业工程设计、建设和运营管理的核心数字化载体。电气和仪表（Electrical&Instrumentation,E&I）对象作为工厂模型中最具复杂性和高精度要求的关键组成部分，其标准化表示长期以来缺乏统一国际规范，导致工程项目全生命周期中各参与方之间产生严重的数据交换障碍和信息断层。在此背景下，国际电工委员会（IEC）于2024年11月13日正式发布IEC63261:2024标准，旨在建立工程过程中数字3D工厂模型内电气和仪表对象的统一表示框架。本报告全面阐述该标准的立项背景、研制历程、核心技术内容和推广应用前景。标准规定了E&I对象在三维工厂模型中的几何表达、属性数据绑定、层级关系定义以及跨系统数据交换机制，有效填补了国际标准在该领域的空白。通过建立统一的语义模型和数据架构，该标准不仅提升了工程设计阶段的协同效率，更为工厂数字化交付、智能运维及全生命周期管理奠定了坚实的数据基础。本报告对该标准的发布机构、标准结构和应用价值进行了系统分析，并对该标准在全球工业数字化转型中的引领作用和未来发展趋势进行了展望。关键词：数字3D工厂模型；电气仪表对象；IEC63261；工程数字化；数据交换标准；全生命周期管理Keywords:Digital3DPlantModel;ElectricalandInstrumentObjects;IEC63261;EngineeringDigitalization;DataExchangeStandard;LifecycleManagement1.引言1.1研究背景全球工业正在经历以数字化、网络化、智能化为核心特征的深刻变革。作为流程工业（石油、化工、电力、冶金等）工程设计的核心工具，三维工厂设计系统（如AVEVAE3D、IntergraphSmart3D、BentleyOpenPlant等）已经广泛应用于工程项目的工艺设计、管道布置、设备安装和施工管理等环节。数字3D工厂模型从早期的辅助设计工具，逐步演变为贯穿工厂规划、设计、建设、运营、维护直至退役全生命周期的数字化资产和信息中枢。在3D工厂模型中，电气和仪表对象（包括但不限于变送器、控制阀、分析仪、电机、配电柜、电缆托盘、仪表管嘴等）不仅要实现精确的几何定位和三维造型表达，更需与大量的工程属性数据（如位号、型号、量程、防爆等级、信号类型、供电要求等）建立关联关系。这些数据来源于设计阶段的仪表索引（InstrumentIndex）、电气负荷表（ElectricalLoadList）、因果图（Cause&EffectDiagram）等多种工程文档，并流转至采购、施工、调试、运维等下游阶段。然而，各三维设计软件之间、设计软件与管理系统之间、不同项目参与方之间，对于E&I对象的几何表达规则、数据组织方式、属性定义方法以及文件交换格式均缺乏统一的规范和遵循依据。由此产生的"信息孤岛"和数据异构问题，已成为制约工厂数字化水平提升的关键瓶颈。1.2标准立项的必要性在IEC63261:2024发布之前，国际标准化领域尚未有专门针对数字3D工厂模型中电气和仪表对象表示的统一标准。现有的相关标准如ISO15926（工业自动化系统与集成-过程工业包括石油和天然气生产设施的生命周期数据集成）、IEC81346（工业系统、装置与设备以及工业产品-结构原则与参照代号）等，虽在更高层面规定了工业数据的通用框架和参考代号体系，但在涉及E&I对象在3D空间模型中的具体表示方法上，缺乏可操作的细化规定。这种标准化缺失带来了严重的现实问题：不同设计工具之间的模型数据转换往往需要大量的手工调整和二次开发；工厂数字化交付时，业主方不得不面对格式多样、语义不一致的交付成果；智能工厂建设中对存量工厂三维模型的数字化重构缺乏统一起点。因此，制定专门针对3D工厂模型中E&I对象表示的国际标准，已成为行业发展的迫切需求。2.标准概述2.1标准基本信息IEC63261:2024《工程过程中数字3D工厂模型中电气和仪表对象的表示》由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）正式发布。该标准的详细信息如下：-标准全称：Representationofelectricalandinstrumentobjectsindigital3Dplantmodelsduringengineering-标准编号：IEC63261:2024-发布日期：2024年11月13日-发布机构：国际电工委员会（IEC）-标准状态：现行有效-ICS分类：25.040.40（工业过程的测量和控制）-国别：国际组织-语言版本：英语、法语-版本说明：电子版加密PDF格式，约1分钟可下载，有水印，需安装FileOpen插件，电脑需联网，限制累计3台电脑共打印5次。2.2国际电工委员会简介国际电工委员会（IEC）成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域中的国际标准化工作。IEC是联合国经济及社会理事会的甲级咨询组织，与ISO（国际标准化组织）和ITU（国际电信联盟）并称为三大国际标准化组织。IEC的成员包括各国国家委员会（NationalCommittee），目前覆盖了全球170多个国家和地区，其发布的国际标准涵盖了电力、电子、电信、自动化等广泛的技术领域。在工业过程测量和控制领域，IEC下设TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）等多个专业技术委员会，负责制定工业自动化领域的核心标准。IEC标准在国际贸易和技术交流中被广泛采用，许多国家的国家标准和行业标准直接或间接采用了IEC标准。2.3标准的制定背景IEC63261:2024的立项与制定，历时多年，汇集了来自全球主要工业国家的技术专家和工程实践者的智慧。该项目由IEC第65技术委员会（TC65:Industrial-ProcessMeasurement,ControlandAutomation，工业过程测量、控制和自动化）下属的WG16工作组（数字化工厂相关工作组）主导推进。参与起草工作的专家来自德国、中国、美国、日本、法国、韩国等主要工业国家的科研机构、工程设计公司、设备制造商和软件开发商。该标准的编制过程中，充分调研和参考了现有的行业实践和技术积累，包括：-ISO15926系列标准：工业过程数据集成与全生命周期数据交换的通用框架-IEC81346系列标准：工业系统、装置与设备及工业产品的结构原则与参照代号-IEC62714系列标准（AutomationML）：用于工程工具间数据交换的开放数据格式-DINENISO16739：基于IFC（IndustryFoundationClasses）的数据交换标准-各大三维设计软件厂商（AVEVA、HexagonPPM、Bentley等）的内部数据格式和交换规范通过系统梳理和凝练行业最佳实践，IEC63261:2024旨在建立一个与国际标准化体系相衔接、又能满足实际工程需要的E&I对象表示规范。3.标准主要内容3.1标准的适用范围与目标IEC63261:2024标准明确规定其适用范围为：在工厂工程设计和建设过程中的数字3D工厂模型中，电气和仪表对象的表示方法及其相关数据的组织和交换规范。该标准的主要目标包括：1.统一表示框架：规定E&I对象在3D工厂模型中的几何表达方式和精度要求，包括外形尺寸、空间位置、方向定位及安装方式等参数的约定；2.规范数据属性：定义E&I对象所关联的属性数据结构，包括标识属性（位号、标签等）、技术参数（型号、量程、精度等级等）、安装信息（安装高度、连接方式等）和工程管理信息（供应商、状态等）的分类组织和命名规则；3.确立层级关系：明确E&I对象之间的逻辑关系及物理连接关系在模型中的表达方式，如仪表与管道连接、电气设备与电缆的连接关系在3D模型中的语义描述方法；4.支撑数据交换：提供E&I对象信息在不同软件平台和工程系统之间交换的数据映射规则和接口要求，确保模型数据在跨平台传递时的保真性和一致性。3.2标准的总体架构IEC63261:2024在标准架构设计上采用了层次化、模块化结构，具体包括以下主要技术部分：（1）E&I对象分类体系标准建立了一套完整的E&I对象分类体系，将工厂中的电气和仪表对象划分为若干类别层次。一级分类包括检测仪表类（变送器、传感器、分析仪等）、执行机构类（控制阀、调节阀、开关阀等）、电气设备类（电机、配电柜、变压器等）、电气辅件类（电缆桥架、穿线管、接线箱等）以及仪表辅件类（仪表阀、冷凝器、隔离器等）。在此基础上，标准进一步对每个类别定义了其最小几何表达要求、必需的属性项和关联对象规则。（2）几何表示规范针对E&I对象在3D工厂模型中的几何表示问题，IEC63261:2024详细规定了对象的简化几何模型（SimplifiedGeometricModel）和详细几何模型（DetailedGeometricModel）两个层级的表达要求。简化几何模型用于总体布置和空间管理，以包围盒、圆柱体等基本几何体组合表达设备的大致外形；详细几何模型则用于碰撞检查和详细设计审查，要求反映设备的真实外形尺寸和主要接口位置。两种层级之间通过设定合适的细节等级（LOD）进行关联和切换，这为多专业协同设计提供了必要的灵活性。（3）属性数据组织属性数据组织是保证E&I对象信息完整性和可用性的关键。标准规定了属性的归类方法和各类属性的数据类型、单位、取值范围等约束条件。具体属性被划分为以下类别：标识属性（位号、标签号）、分类属性（设备类型、防爆类型）、技术属性（测量范围、精度、供电电压、信号类型）、安装属性（安装位置、安装方式、朝向）、连接属性（管线号、电缆号）、文件关联属性（规格书编号、数据表编号、制造商文件链接）、状态属性（设计状态、采购状态、施工状态）以及位置属性（坐标、标高）。同时，标准重点参考了IEC81346关于参照代号的规定，确保位号系统遵循统一的层级结构命名规则，实现从工厂级到设备级的完整追溯。（4）模型交换格式与接口标准推荐了基于XML和AutomationML等开放性数据格式进行E&I对象数据交换的方法，规定了在不同工程软件之间进行模型数据交换时的数据映射要求。其核心原则包括：保持对象唯一标识的一致性、维护属性数据的完整映射、保留几何信息的精度且不发生空间错位、确保层级关系在交换后不丢失、支持版本追溯以便于增量式交换。通过以上规定，E&I对象信息可以在设计、采购、施工和运维等不同阶段、不同参与方之间顺畅流动。（5）质量保证与校验为确保3D工厂模型中E&I对象表示的正确性和完整性，IEC63261:2024还专门提出了数据质量校验的指导性要求，包括必填属性的完整性检查、位号唯一性检测、几何位置的合理性审查以及数据一致性验证等方法。4.主要起草单位介绍4.1牵头技术组织IEC63261:2024主要由IEC/TC65（工业过程测量、控制和自动化技术委员会）归口管理。TC65是IEC中最活跃的技术委员会之一，负责工业过程领域的标准化工作，下辖多个分技术委员会（SC）和工作组（WG）。TC65/WG16专项负责与数字化工厂和工业数据相关标准的制修订工作。TC65的组织架构包括：SC65A（系统方面），负责工业过程测量、控制和自动化的系统层面标准化，包括系统架构、系统集成和系统安全等；SC65B（测量和控制设备），负责测量和控制设备的产品标准，包括变送器、执行器、控制器等关键设备的技术规范；SC65C（工业网络），负责工业通信网络的标准制定，包括现场总线、工业以太网和无线通信等。各分技术委员会之间的协作确保了IEC63261与工业自动化领域其他标准之间的衔接一致性。4.2参与起草的主要国际机构IEC63261:2024的编制吸引了全球范围内多个重要机构和企业的深度参与：-德国电气电子行业协会（ZVEI）：作为IEC德国国家委员会的重要成员，ZVEI在工业自动化和过程控制领域具有深厚的技术积累和标准化经验。在标准制定过程中，ZVEI协调了德国主要工业企业和研究机构的立场，提供了大量基于工程实践的案例数据，在标准的总体架构设计方面做出了重要贡献。-中国机械工业仪器仪表综合技术经济研究所（ITEI）：代表中国国家委员会参与了标准的研究和起草工作，为标准的制定提供了来自中国工程实践的经验和数据，在E&I对象分类体系和属性数据组织方面提出了多项建设性建议。-美国ISA（国际自动化学会）：作为全球仪表和控制领域最具影响力的行业组织之一，ISA在仪表符号表示和数据交换方面拥有丰富的标准积累，为标准中仪表对象的属性定义和图形符号规范提供了重要参考。-AVEVA、施耐德电气、ABB、西门子、艾默生等跨国公司：分别从软件工具和系统解决方案的角度，为标准提供了格式规范和工程经验的输入，为标准的实用性和可操作性提供了重要保障。5.结论与展望5.1结论IEC63261:2024《工程过程中数字3D工厂模型中电气和仪表对象的表示》的正式发布，是国际工业自动化和工厂数字化领域具有里程碑意义的重要事件。该标准的制定完成，解决了长期困扰行业的一个关键标准缺失问题，实现了从"有工厂就要有模型，有模型就要有标准"的质变。该标准的核心价值和意义体现在三个层面：在行业层面，为E&I对象在数字3D工厂模型中的表示提供了统一的国际技术规范，消除了因数据格式和语义差异造成的协作障碍，显著提升了工厂数字化设计、建设和运维全生命周期的数据互操作性；在技术层面，建立了E&I对象分类体系、几何表达层级、属性数据架构和交换接口规范四位一体的标准框架，为数字化工厂建设提供了可操作、可落地的技术遵循，并为后续相关标准的研制奠定了基础；在应用层面，对数字化设计协同、工厂数字化交付、智能运维管理以及存量工厂数字化改造等场景均具有直接的指导价值。特别值得关注的是，IEC63261:2024充分考虑了与现有国际标准体系（如ISO15926、IEC81346、IEC62714等）的兼容衔接，避免了新标准的引入造成新的数据孤岛问题。这种"继承中创新"的标准化思路，为跨标准协同应用提供了良好的基础。5.2展望随着工业互联网和数字孪生技术的持续深化应用，IEC63261:2024的应用场景还将继续扩展和丰富。未来，值得关注的几个重要方向包括：-数字孪生工厂建设：IEC63261:2024所定义的E&I对象表示方法，有望成为数字孪生工厂中设备模型数据构建的基准规范，支撑工业数字孪生体的标准化构建和可信数据流转。-与人工智能技术的融合：基于标准化数据描述规则，人工智能技术在E&I对象自动识别、布置优化、智能校验等方面的应用前景将更加广阔。-标准的持续演进：随着技术发展和应用需求的变化，IECTC65将推动该标准的后续修订和扩展，包括与建筑信息模型（BIM）标准的进一步融合、面向运维阶段的E&I对象信息扩展等方向。-国家标准转化应用：建议我国相关标准化技术机构积极跟踪IEC63261:2024的后续发展动态，适时开展该标准向我国国家标准（GB/T）的转化工作，并结合我国在智能制造领域已有的标准化成果，提升我国在该领域的国际影响力和话语权。可以预见，IEC63261:2024将在全球工厂数字化进程中发挥日益重要的作用，为构建开放、协作、高效的工业数字化生态提供坚实的标准支撑。参考文献[1]IEC63261:2024,Representationofelectricalandinstrumentobjectsindig