張 衛(wèi)，王郁旭

(中國電力工程顧問集團華東電力設計院有限公司，上海 200063)

0 引言

傳統電廠通過全面采用數字化電廠技術應用到運行、檢修、經營管理，實現數字化電廠建設。技術層面上，分布式控制系統(distributed control system，DCS)采用現場總線，提高系統整體可靠性、準確性以及安全性；運行層面上，系統監(jiān)視范圍從傳統的系統端子排擴展到全廠，實現全廠監(jiān)控，提供更多的設備信息，優(yōu)化了操作和維護；投資層面上，減少項目的綜合投資[1]。

從電廠的整個生命周期的角度來看，數字化電廠利用流程工業(yè)的計算機設計系統設計電廠的體系結構，采用可視化三維設計系統進行全廠布置，以滿足設計、采購、施工、建設、調試、運行、培訓、檢修與維護、改造直至拆除等各個階段的需求。數字化電廠基于先進控制系統、安全高效的網絡平臺和數據庫平臺，結合國際最新的管理理論和信息技術研究成果，實現電廠管控一體化系統的整合。數字化電廠以服務于企業(yè)資源計劃(enterprise resource planning，ERP)管理思想為導向，充分利用信息技術對電廠的經營和生產管理系統進行全面改造與優(yōu)化，以實現最大程度的效益。

數字化移交是數字化電廠建設的基礎。數字化移交將電廠建設過程中參建各方形成的數字化產品，以統一的編碼體系和標準進行采集和整理，形成電廠信息模型，為數字化電廠提供數據基礎。數字化移交在工程建設期共享這些數據，確保工程各參與方的有效溝通，同時可以向業(yè)主移交一個與物理電廠相對應的數字化電廠，為智能電廠的數字建設提供一個基礎數據支撐。

1 移交現狀

1.1 傳統移交

當前大部分電廠采用的是傳統移交，建設期各承包商按照范圍移交各自生成的文檔、資料、模型等。但傳統移交具有以下弊端：

1)傳統移交由于缺乏統一的移交規(guī)范，數據的完整性、合規(guī)性、一致性難以保證；

2)傳統移交后，還需投入大量時間和成本整理移交數據。

3)傳統移交的移交物與電廠標識系統編碼沒有關聯。

4)傳統移交是面向施工，缺少支持電廠運維的數據。

5)電廠缺少統一的數據中心，不能連接各個運維應用，也使得各類改造、大修等數據無法及時更新，導致基建期的數據逐漸失去使用價值。

1.2 數字化移交

近年來，電廠數字化移交逐漸受到業(yè)主的重視。建設期，數字化移交方依據統一的移交規(guī)范收集各承包商的文檔、資料、模型等，并建立以電廠標識系統編碼為核心的關聯關系，按照一定的規(guī)則上載至移交平臺后整體移交。在運行期，業(yè)主可以集成其他信息系統，形成有效的數字資產，提高電廠的信息化管理水平[2]。數字化移交作為信息集成化的一種手段，具有以下作用：

1)規(guī)范工程數據移交方式，提升業(yè)主側工程數據信息移交質量。

2)通過漸進式移交，各參建單位可以從數字化移交平臺查看模型、圖紙、文檔等信息。

3)在電廠運行期，數字化移交的成果為運維人員提供實時的模型、圖紙、文檔、屬性等信息，賦能運維工作，提升運維效率。

4)數字化移交提供與真實電廠保持一致的數字化電廠，在技改過程中提供三維可視技術協助。

5)數字化電廠是智能電廠的基礎，智能電廠需要數據、算法、業(yè)務來實現自感知、自學習、自決策、自執(zhí)行、自適應等智慧工作，通過數字化移交，打造靜態(tài)數據基座；通過實時數據系統，打造動態(tài)數據基座。

2 數字化移交應用

數字化移交在基建期，對設計、采購、施工等階段產生的工程數據進行質量校驗，形成模型和施工數據可視化的應用場景。業(yè)主在使用數字化移交成果和電廠信息系統數據的過程中，為電廠的運維工作提供信息查詢的功能，在運行期形成了模型和信息可視化的場景，與電廠數字孿生應用結合，形成基于機理模型、大數據模型等可預測性維護的應用。

2.1 數字化移交基建期應用

數字化移交實現了基建期工程各參與方的交互，設計單位通過三維數字化設計協同提高設計效率，提升設計質量；施工單位在接受設計單位的數字化內容為施工可視化、材料管理提供幫助；業(yè)主在參與過程中，提高對工程質量的監(jiān)督，在真實電廠建成前得到一個虛擬直觀的數字化模型[3]。數字化移交主要有以下幾個方面的應用：

1)施工進度管理三維可視化

通過進度計劃任務與三維模型關聯，實現施工進度三維可視化管理，輔助施工人員及時發(fā)現異常計劃。

數字化移交與增強現實(Augmented Reality，AR)結合，可實現安裝前現場模擬、承臺開挖放線、預埋管驗收、土建預留孔洞施工復核、鋼結構安裝復核、管道安裝指導和驗收等多個應用場景，達到施工作業(yè)可視化，提高施工精度和質量。

2)設計圖紙交叉校驗

對設計院、施工方、供應商等提供的圖紙和文檔進行檢查和信息的交叉校驗，確保多方提供的圖紙信息、文檔數據的一致性和正確性。

3)全過程多專業(yè)綜合碰撞檢查

在三維空間中發(fā)現電廠多方模型的碰撞，協助解決施工的潛在問題，避免施工現場存在的“差”“錯”“碰”“漏”。

4)三維電纜智能敷設及材料統計

在三維空間中智能敷設電纜路徑，計算出每根電纜的長度，通過定尺定盤對電纜成本精確控制，提高電廠建設管理。

5)三維空間優(yōu)化管理

在三維可視化電廠空間中，從運維需求出發(fā)，重點檢查電廠檢修通道、閥門高度和操作空間、消防通道、各類平臺的可達性等，完成對各類電廠設施布置的合理性檢查，提升電廠運維的便利性。

2.2 數字化移交運行期應用

業(yè)主通過數字化移交平臺收集設計、采購、施工、調試等數據，整合電廠運行管理數據實現電廠數字化。以數字化移交平臺為基礎，電廠的運營管理、設備資產管理與電廠監(jiān)控信息系統等集成，實現電廠靜態(tài)和動態(tài)信息的綜合高效查詢，拓展多種數字化應用場景，如模擬檢修、三維可視化操作與消防演練等。電廠在數字化移交成果的應用有以下幾方面：

1)全廠信息化模型三維顯示與漫游(包含地下管網)

2) 數字化移交與電廠管理信息系統(management information system，MIS) 、廠級監(jiān)控信息系統(supervisory information system，SIS)、視頻監(jiān)控、門禁周界、人員定位等系統結合，關聯管控對象，集成數據，提升電廠運維效率，產生了以下具體應用：

①對接MIS 系統，快速查詢基本參數信息、設計圖紙、歷史故障信息等，實現管道和設備實時監(jiān)控；

②對接電廠兩票系統，創(chuàng)建虛擬電子圍欄，完成對電廠設備的檢維修安全管控；整合動態(tài)仿真數據以及SIS 數據，對設備運行狀態(tài)做出預測；

③結合人員定位建立虛擬巡檢，實現巡檢人員現場實時指導及路線軌跡跟蹤、現場點巡檢數據和SIS 數據自動比對等功能，保證巡檢人員走對巡檢路線，并對巡檢人員巡檢質量進行評估；

④對接視頻監(jiān)控和門禁周界，進行實時監(jiān)控、出入記錄查詢、異常報警、緊急聯動、邏輯開門等；

3)數字化移交結合消防預案，利用虛擬現實(virtual reality，VR)技術，實現模擬各種事故逃生演習；也可以結合設備精細模型搭建場景，提供設備模擬拆裝培訓。

4)三維數字化模型對象的空間信息與運行經驗、工程計算、人工智能等工具結合，產生新的應用：

①基于三維可視化的防磨防爆管理[4]

通過對六大管道和鍋爐受熱面焊口的詳細分類整理，基于現場感知設備的實時數據以及各類優(yōu)化算法完成對焊口防磨防爆、膨脹變形等關鍵特征的快速定位及預警。

②基于三維可視化的智慧水網建設[5]

利用三維成像技術實現水網設備與管網系統的可視化，通過現場感知設備收集實時數據，根據機組負荷、季節(jié)影響、水質水量變化、環(huán)境溫度等因素，考慮處理后的水質變化，結合多年運行經驗，通過數據積累，實現系統的自動分析，調節(jié)應對。

3 數字化移交的發(fā)展趨勢

在基建期，設計院和工程總包單位一起推進數字化正向設計，搭建設計審查移交一體化平臺，設計、計劃、采購、建造、安裝、調試等數據的進一步整合；深化設計，施工單位參與完善小管道建模出圖，設備廠商細化設備建模，完善設備屬性和部件編碼；加強管控，逐步推廣項目漸進式移交，實施三維設計審查提高設計質量；實施三維交底和重大施工工序的模擬，提高施工質量；移交平臺對接技經的概預算，及時為采購提供工程采購清單；對接項目施工計劃，可視化展示設計、施工、采購等環(huán)節(jié)，優(yōu)化項目建造周期；對接智慧工地、基建MIS、視頻安防、人員定位等模塊，提高對建造過程中的“人、機、料、法、環(huán)”的管理水平，形成以三維模型為承載、數據為支撐的全過程管控平臺。

在運行期，數字化移交系統把三維模型、靜態(tài)文檔、動態(tài)數據整合在一起，形成電廠數字資產。可視化多維的數字信息集成應用平臺，結合生產控制網、管理信息網、無線工業(yè)網的信息，整合智能發(fā)電平臺和智慧管理平臺的各項功能，利用物聯網、5G 等技術，實現對數字化移交信息的有效利用。

數字化移交為數字孿生模型的構建提供了規(guī)范并準確的數據基礎。數字孿生通過構建物理實體所對應的動態(tài)虛擬模型，從而對真實環(huán)境中的物理實體進行仿真與表達，為實際生產提供智能運行、生產優(yōu)化等幫助[6]。

數字化移交過程中通過對數字孿生應用需求分析，收集與其相關的數字化內容并整合，建立與數字孿生應用所匹配的動態(tài)虛擬模型，通過現場感知設備，采集實時數據并與相關的數字化移交成果通過經驗數據、計算分析、人工智能等調整、控制、預測設備的運行，構建智能電廠的數字孿生應用。從而提高設備的可靠性，提升系統的穩(wěn)定性，提高電廠運行效率，為電廠降本增效提供幫助。

4 結語

電廠正處于從信息化、數字化向智能化、智慧化變遷的進程中。數字化移交正在當下，以應用為導向的數字化移交能更好地為用戶創(chuàng)造價值?；ㄆ诘臄底只平坏囊恍弥饾u成為電廠建設的標準配置。運行期的數字化移交成果應用需要進一步的開發(fā)，在電廠智能化、智慧化的進程中，通過與云計算、大數據、數字孿生、人工智能、5G 等技術的結合，將發(fā)揮更大的作用。