肖映灼，葉勇，孫海峰

（中國核工業(yè)二四建設有限公司）

1 引言

數(shù)字化技術加速發(fā)展，成為引領新一輪科技革命的主導力量，新技術促使企業(yè)商業(yè)模式和運營模式發(fā)生變化。核電站建造階段作為銜接設計和運營的承前啟后階段，其數(shù)字化轉型在核電站全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈上具有重要的價值。

2 傳統(tǒng)建造模式存在的問題

核電站建造階段是核電站從圖紙到現(xiàn)實的實體形成關鍵環(huán)節(jié)，與數(shù)字化管理模式相比，傳統(tǒng)的核電站建造管理模式和國內(nèi)外工程建設行業(yè)一樣存在著數(shù)字化程度低、信息化應用水平落后、管理粗放、數(shù)據(jù)標準差等共同特點，主要表現(xiàn)為：

①考核管理體系陳舊，需要建立數(shù)字化轉型的新度量標準；

②組織架構孤立，需要將數(shù)字化納入業(yè)務架構中；

③戰(zhàn)術規(guī)劃短視，需要建立中長期數(shù)字化轉型目標及路線圖；

④經(jīng)驗技能有限，需要重塑數(shù)字化業(yè)務及技術能力；

⑤協(xié)作創(chuàng)新不足，需要建立數(shù)字化轉型平臺加強協(xié)同創(chuàng)新[1]。

3 行業(yè)數(shù)字化轉型的現(xiàn)狀分析

3.1 核電站建造階段數(shù)字化是薄弱環(huán)節(jié)

國外的核電站數(shù)字化著重設計和運維階段的研究與應用。在設計階段通過應用數(shù)字化技術論證核電站的技術可靠性和經(jīng)濟合理性；在運行階段通過應用數(shù)字化技術即時監(jiān)控各項數(shù)據(jù)，確保運行穩(wěn)定，并通過數(shù)字孿生技術快速找到故障解決方法。但在建造階段，數(shù)字化技術的應用卻并未得到高度的重視。從國內(nèi)大環(huán)境分析，核電站的數(shù)字化技術應用集中體現(xiàn)在運營階段，其次是設計階段。對于建造階段的數(shù)字化應用，既沒有形成相應的標準，也缺少優(yōu)秀的應用案例。無論國內(nèi)還是國外，現(xiàn)階段核電站建造數(shù)字化應用依舊是薄弱環(huán)節(jié)，亟待補強。

3.2 核電站全生命周期“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象嚴重

核電工程建設項目體量大、規(guī)模大、工期長，目前國內(nèi)尚未有核電站建設項目EPC總承包的案例，由于不同單位與業(yè)務之間的技術壁壘、管理流程障礙等諸多因素，導致核電站項目的設計、采購、施工、運營各階段“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象普遍存在，要實現(xiàn)核電站項目全生命周期的全數(shù)字化還有很多核心問題需要解決。

3.3 數(shù)字化應用數(shù)據(jù)交互障礙

核電站數(shù)字化的實現(xiàn)必須依托基礎設計及相關軟件研發(fā)，而目前核電站不同階段的數(shù)據(jù)協(xié)同與流轉主要通過以STEP技術為基底的IFC來實現(xiàn)，在數(shù)據(jù)信息稍顯復雜的領域普遍存在數(shù)據(jù)丟失、數(shù)據(jù)不可信等質量問題，存在嚴重的技術壁壘。因此，若想得到更廣泛的信任和應用，還需要更加穩(wěn)定且簡化。

第二，如何防范水權交易損害水源地居民的權益？從我國現(xiàn)有的水權交易實踐來看，水權交易不但無法對既有的用水者予以補償，反而可能會損害水源地用水戶的權益。譬如，在東陽義烏案例中，東陽市政府和義烏市政府的水權交易遭到水源地用水者—東陽市橫錦水庫灌區(qū)的農(nóng)民—的強烈反對。理論上，用水者是水權交易市場的支持者而非反對者，因為交易有利可圖。那么橫錦水庫灌區(qū)的農(nóng)民作為用水者為何極力抵制且反對呢？因為，橫錦水庫灌區(qū)的農(nóng)民認為，東陽義烏水權交易侵犯了他們的實際利益。

4 解決思路及良好實踐

以數(shù)字化手段解析管理對象、貫通管理層級，建設數(shù)字核電站，實現(xiàn)項目管理數(shù)字化轉型。管理的數(shù)字化往往滯后于業(yè)務的數(shù)字化，因此在核電站建造階段，應以建造目標和需求為出發(fā)點，充分利用BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動通信、云計算以及虛擬現(xiàn)實等數(shù)字技術，覆蓋核電站建造全過程和人、機、料、法、環(huán)等全生產(chǎn)要素，推動項目管理模式變革，提高工程建造的生產(chǎn)力和效率，構建數(shù)字建造新模式。

4.1 工程實體的數(shù)字化

工程實體的數(shù)字化主要指圍繞工程產(chǎn)品，實現(xiàn)工程產(chǎn)品的數(shù)字化模擬及其與實體工程的互聯(lián)互通，這是目前核電數(shù)字化的主要表現(xiàn)形式之一，也是數(shù)字孿生核電站的內(nèi)涵之一。在核電站建造階段，將核電站建兩遍：虛擬建造在前，實體建造在后。在項目管理過程中，流動的是數(shù)據(jù)而不是文件，通過數(shù)據(jù)的持續(xù)一致性流轉實現(xiàn)工程實體的數(shù)字化。

W公司在多個堆型的核電站建造過程中，均應用以BIM為核心的數(shù)字化技術實現(xiàn)了工程實體的數(shù)字化，進而實現(xiàn)三維可視化建模、碰撞檢查、精確算量、鋼筋下料及加工數(shù)據(jù)推送、施工方案論證、虛擬建造等多項數(shù)字化應用，并將數(shù)字化應用融入業(yè)務中，改變技術、商務、物資、進度、施工管理等各業(yè)務傳統(tǒng)流程，通過崗位級應用降低人因管理失誤，提高工作效率?？梢哉f核電站工程實體的數(shù)字化是實現(xiàn)核電站建造階段數(shù)字化的重要基礎。

4.2 工程生產(chǎn)要素的數(shù)字化

在核電站工程實體數(shù)字化業(yè)務驅動下，對核電站建造階段各要素進行數(shù)字化應用，使核電站建造階段數(shù)字化轉型“活”起來。實現(xiàn)過程主要包括人、機、料、法、環(huán)五大工程生產(chǎn)要素的數(shù)字化。

4.2.1 人——管理數(shù)字化

在人因方面主要體現(xiàn)為管理的數(shù)字化。圍繞企業(yè)管理，在管理標準化的基礎上實現(xiàn)管理的信息化，進而在信息化的基礎上過渡到數(shù)字化和智能化階段。將傳統(tǒng)的管理業(yè)務信息化、簡單重復的管理動作標準化，從而提高工作質量和管理效率。

W公司在某核電站建設項目中啟用了人員定位系統(tǒng)，將現(xiàn)場作業(yè)人員所在的核島區(qū)域及活動軌跡及時準確地反映在系統(tǒng)中，并設置警戒區(qū)域，助力項目人員安全管理。在所有易造成人員集聚排隊等候的門禁閘口啟用了智能人臉識別系統(tǒng)，在不摘口罩的前提下，系統(tǒng)只需對眼部瞳孔識別則可準確識別人員并放行，提高通行效率，助力疫情常態(tài)化防控。W公司在該項目管理數(shù)字化方面還啟用了在線考試系統(tǒng)、人員考勤管理系統(tǒng)、塔群防碰撞等智能化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的應用助推管理數(shù)字化、標準化應用發(fā)展，大大提高了管理效率。

在機械方面主要體現(xiàn)為工機具智能化，它是指核電站建造過程中部分作業(yè)工具借助數(shù)字化實現(xiàn)工機具的智能化，例如，焊接機器人、三維掃描儀、3D打印、車間自動加工機床、智能化裝配式工廠、砌磚機器人等。

在民用建筑工程建造領域，智能化工機具早已屢見不鮮。博智林機器人公司研發(fā)了一系列建筑施工智能機器人，中建集團也在原有基礎上進行改良以更切合實際應用。而核電站異形結構較多、工作面狹窄的施工環(huán)境較多、施工質量要求高、建安交叉作業(yè)較多等，客觀上沒能給普通的建筑施工機器人創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境和條件，但這并非意味著核電站建造階段沒有智能化工機具的應用可能。核電站作為大型基礎設施建設項目，涉及的產(chǎn)業(yè)鏈范圍較廣、建造復雜程度較高，有著比普通民用建筑更多的智能化工機具應用場景。

W公司在核電站施工中，根據(jù)核島埋件工藝特點，研發(fā)出六軸運動焊接機器人，實現(xiàn)了預埋件穿孔塞焊孔位自動識別、機器人自動抓取鋼筋進孔入位自動焊接，可滿足選定型號埋件的自動化、批量化生產(chǎn)，焊接過程參數(shù)固化，成品焊接接口質量穩(wěn)定，在保證施工質量的同時大大降低了施工成本。

隨著國家工業(yè)基礎標準程度不斷提高、數(shù)字化技術應用不斷推廣普及，未來工機具智能化應用門檻必定會降低，且人機交互友好性越來越強。

4.2.3 料——材料管理數(shù)字化

在材料方面主要體現(xiàn)為材料管理的數(shù)字化，指材料在運輸、車間加工、現(xiàn)場安裝等各環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)字化，使材料的各環(huán)節(jié)狀態(tài)管理受控。核電站建造階段所使用的材料總量大且種類繁多，給材料管理工作帶來挑戰(zhàn)，通過材料管理的數(shù)字化能提升項目的精細化管理水平，節(jié)約材料，降低成本。

W公司在核電站施工中將數(shù)字化技術融入鋼筋材料管理過程中：

①在鋼筋下料環(huán)節(jié)通過BIM可視化技術，在無限接近現(xiàn)場施工工況的可視化環(huán)境下建立BIM鋼筋模型，基于該模型數(shù)據(jù)，可自動輸出鋼筋排版圖、自動統(tǒng)計鋼筋工程量；

②在鋼筋材料加工計劃數(shù)據(jù)推送環(huán)節(jié)，可實現(xiàn)BIM系統(tǒng)與企業(yè)核電項目綜合管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)動推動，將BIM鋼筋數(shù)據(jù)匹配到該系統(tǒng)中，改變傳統(tǒng)單純依靠人工手動錄入的工作方式，經(jīng)測試，工作效率提高近20%。同時，大大降低甚至杜絕人工輸入錯誤的低級失誤，此環(huán)節(jié)充分解放人力，將簡單重復的機械工作交給了數(shù)字驅動的系統(tǒng)自動完成。

4.2.4 法——工藝的數(shù)字化

在施工方法方面主要體現(xiàn)為工藝的數(shù)字化，通過可視化、虛擬建造等數(shù)字化手段，分析工藝方法，使其合理可行，并可通過多次模擬反復論證，尋求最優(yōu)施工工藝，提高建造作業(yè)效率。

W公司在某核電站輔助廠房某墻體有2處大型主蒸汽管道貫穿，且每處主蒸汽管道加厚區(qū)域有8個貫穿件和2個方形洞口，預埋物項繁多，貫穿件周圍環(huán)形鋼筋直徑較大、數(shù)量多、類型復雜，施工難度較大。項目團隊通過可視化模擬，將主蒸汽管道處的鋼筋綁扎分成近30個施工步驟，在虛擬建造的環(huán)境中，能清晰地判斷每綁扎一步后現(xiàn)場形成的焊接操作空間、鋼筋下一圈綁扎等，避免了傳統(tǒng)模式下綁上去才發(fā)現(xiàn)問題，然后又返工的現(xiàn)象。最終項目團隊結合數(shù)字化模擬，通過場外綁扎后整體吊裝就位的方式進行施工，施工效率和質量均達到較高水平，該項施工較國內(nèi)同類堆型核電站同區(qū)域施工縮短工期1個月。

4.2.5 環(huán)——工地的數(shù)字化

在環(huán)境方面主要體現(xiàn)為工地的數(shù)字化，即智慧工地建設。它是建立在高度信息化基礎上的一種支持人事物全面感知、施工技術全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、決策科學分析、風險智慧預控的新型信息化手段。

目前，國內(nèi)部分核電站已經(jīng)建立了一體化的生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)、數(shù)字化平臺、三維可視化平臺、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)等，通過前期的應用已經(jīng)積累了良好的基礎，具備一定的數(shù)字孿生核電站的基礎[2]。例如，國內(nèi)某在建核電站項目的業(yè)主X公司，其信息化部門牽頭聯(lián)合土建承包商和安裝承包商共同建立核電站大數(shù)據(jù)平臺，旨在通過核電站建造階段土建與安裝全專業(yè)的數(shù)字化應用，賦能核電站建造管理及運維管理。

W公司在統(tǒng)籌建設智慧工地平臺過程中，全面推廣勞務實名制、吊鉤可視化、卸料平臺監(jiān)測、施工電梯安全檢測、智能水電表、智能變電箱、車輛出入識別等應用，實現(xiàn)核電站施工一線崗位作業(yè)層數(shù)字化，提高核電站建造項目的整體管理效率。

5 結語

核電站建造各參與方應在業(yè)主統(tǒng)建的平臺和管理體系下，積極對接核電站全生命周期及產(chǎn)業(yè)鏈上下游，通過工程實體和“人、機、料、法、環(huán)”等工程各生產(chǎn)要素的數(shù)字化，推進核電站建造進度、質量、成本、安全等作業(yè)過程數(shù)字化和建筑實體數(shù)字化，實現(xiàn)項目管理層數(shù)字化，推動項目組織與決策的數(shù)字化，提升項目的集成化和精細化水平，實現(xiàn)核電站建造階段數(shù)字化應用與轉型，最終賦能核電行業(yè)數(shù)字化轉型。