文｜中國電建集團上海電力建設(shè)有限責(zé)任公司 吳恩/中國電建集團北京華科軟科技有限公司 何佳

1.概述

中國電建致力在火電工程領(lǐng)域打造高效清潔標(biāo)桿，全力推進生態(tài)文明建設(shè)，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的背景下，需通過強化科技戰(zhàn)略支撐，來有效提升施工建設(shè)的全生命周期管控能力。由于大型火電工程施工建設(shè)階段面臨多方協(xié)同，復(fù)雜機組安裝、管道預(yù)制、施工計劃編制、施工方案優(yōu)化、現(xiàn)場指導(dǎo)和施工交底等復(fù)雜情況，為進一步提高項目施工管理水平，提升管控能力，創(chuàng)新管理手段，需借助數(shù)字孿生體技術(shù)，解決施工全生命周期的問題，實現(xiàn)基于三維場景的管道安裝管理與業(yè)務(wù)生產(chǎn)，實現(xiàn)對施工生產(chǎn)和項目管理的規(guī)范化、信息化和智能化，提升工程人員信息化水平，提高企業(yè)的競爭力和可持續(xù)發(fā)展能力。

2.應(yīng)用內(nèi)容

依托上海電力建設(shè)有限責(zé)任公司的安徽淮北平山二期1350MW 超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組與高位機房的管道安裝施工工程，北京華科軟科技有限公司采用擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字化開放平臺，融合數(shù)字孿生體體系，設(shè)計研發(fā)“基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中的應(yīng)用系統(tǒng)”，結(jié)合實踐，有效解決四大管道安裝、三維仿真交底、四大管道預(yù)制、優(yōu)化施工布置等場景下的實際施工生產(chǎn)和項目管理問題。通過基于“數(shù)字孿生體”技術(shù)體系在1350MW 超超臨界二次再熱燃煤發(fā)電機組四大管道上的應(yīng)用與實踐，形成標(biāo)準(zhǔn)化可推廣的基于數(shù)字孿生技術(shù)的管道安裝規(guī)程，實現(xiàn)對施工生產(chǎn)和項目管理的規(guī)范化、信息化和可視化。

2.1 輔助管道安裝

基于數(shù)字孿生體搭建設(shè)計施工一體化的平臺，在線實時查看運行時管道與汽輪機接口的誤差位移，直觀反映出現(xiàn)場施工和設(shè)計的復(fù)雜對應(yīng)關(guān)系，幫助工程相關(guān)參建人員有效地理解設(shè)計方案，促進施工階段各專業(yè)技術(shù)人員及時地對管道焊接、支吊架以及一、二次應(yīng)力進行可視化查看與自主分析，避免管道安裝存在難題和問題，有效檢驗設(shè)計的可實施性，確保管道有序、安全的安裝。

2.2 三維仿真交底

基于數(shù)字孿生技術(shù)，采用以BIM 構(gòu)件為載體的三維仿真交底技術(shù)，可于應(yīng)用與研究成果中自主創(chuàng)建施工管道安裝的工序及任務(wù)清單，進一步明確了涉及多方、多道緊密相連的高難度、高復(fù)雜度工序的相關(guān)工程技術(shù)責(zé)任劃分及要求明晰，使設(shè)計要求準(zhǔn)確無誤的傳達給現(xiàn)場施工操作人員，實現(xiàn)了管道設(shè)計模型與施工業(yè)務(wù)專題信息的一體化管理，實現(xiàn)相鄰工序和專業(yè)之間的三維仿真交底，以更好的保證工程順利開展。

2.3 管道預(yù)制

基于數(shù)字孿生技術(shù)，應(yīng)用研究成果以三維可視化的方式虛擬演示管道預(yù)制中重難點、關(guān)鍵點、復(fù)雜節(jié)點以及誤差較大部分的空間位置分布，提供了基于BIM 構(gòu)件的管段參數(shù)、支吊架位置、焊點等信息錄入通道，直觀展示了復(fù)雜管道路徑和管段分段的統(tǒng)一在線環(huán)境，為管道工程建設(shè)方提供了一體化共享平臺，幫助專業(yè)技術(shù)人員解決管道預(yù)制難題，確保了管道預(yù)制信息傳遞，有效減少損耗，進一步實現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。

2.4 優(yōu)化施工布置

數(shù)字孿生技術(shù)集成了設(shè)計階段的管道模型和管道圖紙等信息，形成了基于數(shù)字孿生體的生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫，便于前期模擬以及集成分析，便于優(yōu)化管線布置和施工方案。應(yīng)用與研究成果基于BIM 構(gòu)件的WBS 分解功能和基于管段的清單管理功能，施工專業(yè)技術(shù)人員可根據(jù)施工及管段安裝的實際需要對施工工序進行可視化編排、對任務(wù)清單進行動態(tài)修訂。極大滿足了工程施工階段對方案的靈活配置及管線的動態(tài)布置要求，達到了管道施工的數(shù)字化模擬仿真和優(yōu)化目的。

3.應(yīng)用成效

基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中的應(yīng)用與研究，充分挖掘了實際管道施工管理的業(yè)務(wù)需求，通過引入“數(shù)字孿生體”技術(shù)，不僅解決了試點工程在施工管理中的難題，同時形成了統(tǒng)一信息平臺下的多專業(yè)協(xié)同、綜合項目管控、施工優(yōu)化布置等的規(guī)范化、可視化項目管理和施工應(yīng)用服務(wù)，極大地消除了設(shè)計與施工階段各環(huán)節(jié)、各專業(yè)間的信息壁壘，極大促進了大型管道施工工程各專業(yè)間的信息共享、大幅提升了空間與業(yè)務(wù)深度融合等方面的應(yīng)用服務(wù)能力，為實際管道施工管理提供強有力的信息支撐，有效降低了溝通障礙，提高了工程施工執(zhí)行效率。

3.1 在協(xié)同作業(yè)方面

應(yīng)用與研究成果基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中為管道施工建設(shè)的各參建方提供統(tǒng)一的、協(xié)同的信息服務(wù)通道，將設(shè)計階段成果充分融合于施工階段全過程，確保設(shè)計和施工的一致性溝通界面，使各方參建人員可根據(jù)需要，靈活對管道施工過程中存在的大量不確定性因素及時做出調(diào)整和部署，解決了管道施工階段涉及的多方協(xié)同配合，責(zé)任劃分問題。增強了多方協(xié)作能力，提升了多方溝通效率。

3.2 在項目管理方面

應(yīng)用與研究成果基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中采用交互式的三維動態(tài)視景來展示施工過程的模型管控與專項業(yè)務(wù)協(xié)同，將項目管理各個環(huán)節(jié)的信息量化、可視化，避免了大量工作重復(fù)和信息交叉，解決了管道施工的吊裝、支吊架、對口、焊接、熱處理、無損檢驗、保溫、整體驗收、開機運行等工程施工全周期的統(tǒng)籌管理，使管道施工項目管理的組織控制更有序、更便捷、更直觀。

3.3 在效率提升方面

應(yīng)用與研究成果基于數(shù)字化模型進行計劃和協(xié)調(diào)的非現(xiàn)場制造和模塊施工活動安排，通過虛擬布置，論證所有方參與、資源可用性、現(xiàn)場準(zhǔn)入及其他相關(guān)事務(wù)的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)前瞻性工期，以數(shù)字化的方式優(yōu)化了工程業(yè)務(wù)流程，促使合理在線分配工作量，提高溝通時效性，實現(xiàn)了施工業(yè)務(wù)數(shù)字化、信息化和智能化，提升了工程施工管理效率。

3.4 在多維應(yīng)用方面

應(yīng)用與研究成果基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中以BIM 技術(shù)為主導(dǎo)，融合云計算、互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等多技術(shù)融合的數(shù)字孿生體，通過統(tǒng)一的三維場景直觀可視反映工程設(shè)計理念、總體施工管理狀態(tài)及整體進度安排，有效解決了施工管理和現(xiàn)場生產(chǎn)難題，形成了多維應(yīng)用的關(guān)鍵途徑，為工程項目投產(chǎn)運營打好數(shù)字基礎(chǔ)，為企業(yè)數(shù)字化應(yīng)用和服務(wù)提供寶貴數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

4.結(jié)論

基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中的應(yīng)用與研究，以“數(shù)字孿生技術(shù)”為核心，以三維可視化為手段，融合BIM 技術(shù)，為生產(chǎn)建設(shè)單位開發(fā)具有不同層級、不同專業(yè)、不同環(huán)節(jié)的基于數(shù)字孿生體在管道施工管理中的應(yīng)用系統(tǒng)，構(gòu)建了管道施工數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用服務(wù)框架，實現(xiàn)了管道施工過程的專業(yè)協(xié)同和信息共享，解決基于三維場景的施工管理與業(yè)務(wù)生產(chǎn)問題，實現(xiàn)了新一代信息技術(shù)在施工管理的深入應(yīng)用和工程數(shù)據(jù)在全生命周期的服務(wù)延伸，為后續(xù)工程投產(chǎn)運營的應(yīng)用開展打下良好基礎(chǔ)。同時，促進了企業(yè)科技進步與管理創(chuàng)新，有效實現(xiàn)了工程建設(shè)科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染小、經(jīng)濟效益好的目標(biāo)。