■ 吳付標

中國制造的盡頭是智能化、智慧化，這一趨勢正在加速前進。2022年，中國以50座達沃斯論壇蓋章認證的“燈塔工廠”數(shù)量冠絕全球，而“數(shù)實融合”成為不可或缺的驅(qū)動力。

Bentley在新加坡召開的一年一度全球“縱覽基礎(chǔ)設(shè)施大會暨光輝大獎賽”，同樣見證了中國智造的高光時刻。中國工程數(shù)字化精英逐鹿國際賽場，展現(xiàn)了他們的杰作和抱負：出土《孫子兵法》《孫臏兵法》以及竹簡的臨沂在練就鋼鐵大廠智能兵法；呂梁腹地的大型鋁業(yè)基地在揮寫數(shù)字化英雄傳……

且聽中國工程數(shù)字化精英講述他們和業(yè)主、運營商、數(shù)字化解決方案提供商等生態(tài)伙伴們一起創(chuàng)作的“英雄故事”。

當(dāng)臨沂百億鋼鐵大廠練就智能兵法

山東臨沂，古稱瑯琊，《孫子兵法》《孫臏兵法》以及竹簡即出土于此。如果再次來到新世紀的鋼鐵重鎮(zhèn)臨沂，你發(fā)現(xiàn)的將是一套中國制造的智能兵法。

在臨沂270萬噸優(yōu)特鋼鋼鐵基地，觀看智能料場的作業(yè)，你會看到一個全流程、全自動、無人化的“一鍵生產(chǎn)”場景。當(dāng)各類原料進入全封閉的料場，智能作業(yè)系統(tǒng)利用激光掃描儀及三維擬合空間定位裝置，獲取料場中料堆和移動設(shè)備信息，生成料堆模型及作業(yè)軌跡，進行物料輸送作業(yè)。物料經(jīng)過皮帶機傳送進入轉(zhuǎn)運站，上至燒結(jié)，整個過程自動取料、按需組合、嚴絲合縫，全面綠色化，一改過往環(huán)境惡劣、污染嚴重、效率低下的鋼企料場作業(yè)場景。

這僅僅是該基地以數(shù)字孿生技術(shù)助力智能化的一個場景，整個基地已經(jīng)形成一個智能化、綠色化的大廠。

入圍光輝大獎賽決賽的臨沂年產(chǎn)270萬噸優(yōu)特鋼鋼鐵基地綠色數(shù)字化工廠建設(shè)項目，是一個包含鋼鐵生產(chǎn)全流程的聯(lián)合性工廠，整體投資達120億元，占地面積達215公頃，是一個非常復(fù)雜的項目。在構(gòu)建數(shù)字化的過程中，需要100多家不同的施工單位、供應(yīng)商等。作為項目總承包單位，中冶京誠工程技術(shù)有限公司（以下簡稱“中冶京誠”）助力業(yè)主構(gòu)建起了一個完整的數(shù)字工廠。

中冶京誠工程數(shù)字化中心主任張鶴介紹說，項目過程中，中冶京誠團隊實現(xiàn)了多個突破。從數(shù)字化編碼系統(tǒng)開始，應(yīng)用ProjectWise建立工程數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺，且基于AssetWise建立工程數(shù)據(jù)中心，首次構(gòu)建了鋼鐵企業(yè)設(shè)計、交付、運行、維護的數(shù)字化建設(shè)體系，以及全過程的可視化、信息化、高效化管理，所見即所得，見之則管之。

首次構(gòu)建了基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的鋼鐵行業(yè)全流程數(shù)字化工廠平臺，以三維工廠地圖為基礎(chǔ)，實現(xiàn) “工廠、工序、設(shè)備”三個層級的數(shù)字孿生。以高爐為例，實現(xiàn)了從上料到出鐵的全過程孿生，并集成專家系統(tǒng)，可實時分析高爐爐況，全面精準掌控高爐生產(chǎn)。

基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)研發(fā)了生產(chǎn)、物流、設(shè)備、質(zhì)量、安全、能源、環(huán)保7大類數(shù)字化應(yīng)用場景，實現(xiàn)著智能工廠和綠色工廠的美好愿景。項目團隊進行工藝參數(shù)改進和生產(chǎn)過程推演，達到產(chǎn)線性能的升級革新。該項目各工序能耗達到先進值指標，大氣污染物低于特別排放限值，工業(yè)廢水全循環(huán)利用，工業(yè)固廢減量化、資源化利用，危廢100%安全處置，極大減少對環(huán)境的影響。鋼鐵企業(yè)煙氣排放設(shè)備較多，通過對各環(huán)保排放區(qū)域的視頻圖像進行智能分析，自動識別正常生產(chǎn)、黑煙、硝白排放情況，可對超標排放進行智能報警，有效提升企業(yè)的環(huán)保達標水平。

張鶴表示：“從行業(yè)角度看，從生產(chǎn)端到建造端都在進行探索，不斷發(fā)展數(shù)字化技術(shù)，使整個行業(yè)朝著數(shù)字化方向不斷邁進。具體到中冶京誠，一是通過數(shù)字化提升自身的工程技術(shù)能力；二是通過數(shù)字化為業(yè)主提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。該項目探索了在大型鋼鐵項目中數(shù)字化工廠與實體工廠同步設(shè)計、同步建設(shè)、同步交付與同步運行的建設(shè)模式，為世界綠色化、數(shù)字化、智能化鋼廠的建設(shè)提供了借鑒?！?/p>

當(dāng)呂梁鋁業(yè)大基地寫出數(shù)字化英雄傳

在綿延近400公里的呂梁山腹地，依然流傳著呂梁英雄的傳說。如今，這里已崛起了一座現(xiàn)代化的合金鋁企業(yè)——山西中鋁華潤有限公司（以下簡稱“中鋁華潤”）。一臺臺龐然大物般的機床隨處可見，工人卻寥寥無幾?！懊颗_電解槽旁邊配備一臺電腦，加料等流程完全實現(xiàn)自動化控制?！惫ぷ魅藛T解釋說。數(shù)字化技術(shù)在助力中鋁華潤的高質(zhì)量發(fā)展，如今，它已經(jīng)成為行業(yè)對標的對象。而它的傳奇故事要從數(shù)字化設(shè)計開始。

該工程由中鋁華潤投資建設(shè)，一期建設(shè)包括產(chǎn)能為50萬噸/年的電解鋁生產(chǎn)系統(tǒng)及配套設(shè)施。該項目總投資39.4億元，占地75萬平方米，于2018年5月投產(chǎn)，2021年年產(chǎn)值達到88億元，實現(xiàn)利潤14億元。

隨著中國2035年實現(xiàn)碳達峰、2050年實現(xiàn)碳中和目標的推進，中鋁公司積極響應(yīng)國家號召，并制定加速集團公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略規(guī)劃，目標是為整個工廠建立完整的數(shù)字化模型，將設(shè)計、施工等靜態(tài)信息與模型連接起來，形成專業(yè)的數(shù)字化交付成果，并將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于項目設(shè)計、施工、運營管理。該項目涉及13個學(xué)科，52個子項目，建設(shè)規(guī)模較大，增加了項目的復(fù)雜性和難度。

沈陽鋁鎂設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱“沈陽鋁鎂”）承擔(dān)了項目的數(shù)字化建模、數(shù)字化交付、數(shù)字化運維及實施。 從2017年3D設(shè)計啟動，到2022年數(shù)字孿生工廠運維的最終實施，歷時5年。沈陽鋁鎂充分運用的Bentley一體化解決方案，在該項目中貢獻很大，并且獲得了全生命周期看得見的成果：建模時間縮短15%，約200個工作日；綜合管理成本降低10%，每年超過600萬元；不可預(yù)測的設(shè)備故障減少40%；氟化物排放量減少5%；員工人數(shù)減少10%，每年節(jié)省勞動力成本約100萬元。

數(shù)字孿生技術(shù)對于關(guān)鍵運營也產(chǎn)生了極大的促進作用。鋁生產(chǎn)過程中，電解槽用于從鋁礬土中提取純鋁，如果控制好了電解槽，可以說鋁廠的污染、能耗、產(chǎn)出和管理的大問題就解決了。沈陽鋁鎂及其生態(tài)伙伴一直在致力于創(chuàng)新數(shù)字電解槽。如今，在數(shù)字孿生等技術(shù)的賦能下取得了新的突破，大大降低了氟化物排放和電能能耗。

中鋁華潤電解鋁工程數(shù)字孿生應(yīng)用項目榮獲流程和發(fā)電類別光輝大獎。談及項目的成功原因，沈陽鋁鎂數(shù)字工程中心項目運營總監(jiān)劉方波認為，是從設(shè)計到運維全生命周期創(chuàng)新應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)。

在設(shè)計階段，項目團隊使用Bentley系列軟件和工程數(shù)據(jù)庫建立了整個工廠設(shè)施的3D數(shù)字模型。劉方波說：“Bentley軟件的特點是基于數(shù)據(jù)庫來建模型，所以我們在數(shù)據(jù)庫上做了大量工作，建立起了行業(yè)數(shù)據(jù)庫并編制了數(shù)字化模型，其自帶編碼的屬性避免了人工復(fù)查。這是一種優(yōu)勢，我稱之為數(shù)字化基因。”使用ProjectWise協(xié)同管理平臺來實現(xiàn)多專業(yè)協(xié)同，集中管理項目資源。沈陽鋁鎂通過標準化編碼及標識系統(tǒng)，科學(xué)高效地管理了該項目超過300GB的數(shù)據(jù)。

作為總包單位，控制建造成本和過程同樣關(guān)鍵。劉方波說：“利用數(shù)字化設(shè)計不僅實現(xiàn)了精細化設(shè)計、更緊湊的布局，也基本解決了工程量的問題。總包單位一定要把工程量弄準才可以招標，才能控制好成本。全專業(yè)、全產(chǎn)項的數(shù)字化設(shè)計，完全避免了浪費，非常準、零損失。而SYNCHRO 4D、Navigator PC和移動終端進行管理，精準控制了施工進度?！?/p>

基于數(shù)字孿生模型的漸進式交付給項目帶來了極大的便利。這是鋁行業(yè)首個全廠、全階段的數(shù)字孿生模型，也是Bentley系列軟件構(gòu)建的數(shù)字模型與沈陽鋁鎂的數(shù)字交付平臺的完美結(jié)合。利用Bentley數(shù)字模型的開放性，結(jié)合數(shù)字化交付平臺及數(shù)字化運維平臺，形成新的項目交付及運維管理模式，為中國乃至世界鋁行業(yè)的發(fā)展提供新的模式。

劉方波說：“這是一個高度自動化的工程，非常適合智能化運維。我們構(gòu)建的數(shù)字孿生模型帶來了很大的幫助，減少了運營人工，甚至實現(xiàn)了無人巡檢。無人巡檢要求非常準確的模型位置，而這正是數(shù)字孿生模型的價值，無論是在地上還是地下?！?/p>

結(jié)語

Bentley公司在縱覽基礎(chǔ)設(shè)施大會上表示，2023年是基礎(chǔ)設(shè)施智能化的“開創(chuàng)年”。2023光輝大獎賽決賽入圍項目中，高達64%的項目采用了數(shù)字孿生這樣領(lǐng)先的數(shù)字化技術(shù)，這不僅印證了數(shù)字孿生技術(shù)正成為主流，也表明基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化正在邁上人工智能時代的新臺階。

中國的工程數(shù)字化精英正在和業(yè)主、運營商、數(shù)字化解決方案提供商等所有生態(tài)伙伴一起，定義這個充滿想象的時代，繼往開來！