数字孪生对工程项目施工的价值

以下文章来源于剑维软件，作者孙发亮。

 

作者：孙发亮   MBA，AVEVA资深技术顾问，从事数字化设计及交付10余年，是工程领域数字化转型的亲历者。

 

 

Part 1 数字孪生的概念

       最近几年，数字孪生（Digital twin）是一个关注的热点，全球著名IT研究机构Gartner曾在2017年至2019年连续三年将数字孪生列为十大新兴技术之一。

       不同的行业，不同领域的专家，对数字孪生的概念有不同的解读，2018年，Gartner在十大新兴技术专题中对数字孪生的解释是：数字孪生是现实世界实物或系统的数字化表达。

       流程行业对数字孪生的认知和理解，与传统的通用机械、汽车、航天等离散制造业有很大的不同。传统的制造更多的从产品及零部件的设计、加工、制造、维护角度理解数字孪生。而流程行业则更多的从工厂的全生命周期视角，如工厂的设计、采购、施工、工艺仿真优化、安全生产运营角度来理解数字孪生。

 

Part 2 AVEVA剑维软件灵动数字孪生

       在流程行业，AVEVA剑维软件提出了包含三个视图的灵动数字孪生(Living Digital Twin)的理念，AVEVA认为灵动的数字孪生包含设计视图、运行视图、行为视图。

设计视图：

       工厂的物理厂房构筑物与设备的模型。具体表现形式包括工厂三维模型、机械设备三维模型、二维图纸、P&ID图、ISO图、设备属性等。

运行视图：

       基于传感器与实时数据库而表征物理工厂的运行状态与响应。具体表现形式包括工厂安全环保设施检测的数据（传感器、摄像头等），设备检测数据（震动、流量、油温、压力等）、健康状态等数据。这是对工厂及设备运行状态的表达。

行为视图：

       基于算法和数据分析模型而描述物理工厂的过往并预测未来发展。例如：以工艺机理模型、设备故障模型、历史运行数据为依据对工艺进行优化、对设备做预测性故障判断等行为。从而反馈到物理的工厂，预防故障、优化工艺、提高装置收率。

 

Part 3 施工阶段的价值

       工厂的数字孪生建设是一个渐进的过程，在建设过程中，不断发挥它的价值，在施工阶段，借助数字孪生的设计视图，可以在施工开始之前进行装置的多专业碰撞检查，消除干涉隐患，做到无碰撞施工；通过精细化的三维建模，可以精准的提供材料的用量，特别是大宗散材；可以协助进行管道焊接过程管理；进行4D施工可视化，并实现工程建设数据的数字化交付。

3.1无碰撞施工

       全专业三维协同设计，可以更准确的表达设备设施的空间位置，可以提前发现不同专业之间的干涉碰撞。传统的纯二维设计空间表达的局限性造成了大量的干涉。这些干涉碰撞不仅增加施工返工成本，还会造成工期上的延误。工程公司通过全专业三维正向设计，同时直接输出ISO图、平面图，这样完成碰撞检查之后传递到施工现场的二维施工图也是无碰撞的，最终实现无碰撞施工。

3.2精准材料

       管道、电缆是大宗散材里面用量最大的，在施工过程中经常是一笔糊涂账。没有人能算得清到底需要多少米电缆，根据二维图纸计算的电缆不太准确，会预留很大余量，装置建成时，大量未开封的电缆剩在仓库里，被当废品贱卖，甚至直接掩埋。施工单位可以对装置进行二次深化设计，把小管道、电缆在三维模型中补充，这样就可以更精准的统计管道、电缆专业的材料用量，减少材料浪费。AVEVA E3D的多专业协同包含了电缆、管道、结构、支吊架及设备等专业协同设计。

3.3管道焊接施工管理

       管道施工是流程行业工程项目施工最重要的专业，而焊接是管道现场施工涉及的最主要的工种，焊接的位置、焊接的质量事关施工质量和将来的安全生产和检修。传统的管道施工焊接管理，是通过手工记录、EXCEL记录、数据库记录的方式执行。现在，借助数字孪生模型，可以在三维模型中批量关联管道加工设计的焊缝信息，包括管道规格、管道材质、焊口编码、坡口型式、焊条材质、焊接日期、焊工姓名等信息。并且实现基于上述数据的焊缝三维可视化、焊接进度监控、焊缝统计报表、施工设计数据管理、焊接数据查询、焊接质量报表等功能。

       实现了焊接过程的管控、提升了焊接质量、方便了运维期对焊缝的查询和维护。

3.4施工进度可视化

       经过EPC深化设计后的施工三维模型，对照施工计划的WBS，实现4D施工模拟，通过4D施工模拟，可以模拟施工周期内的工程进度，可视化检查施工计划的合理性，在施工作业交底时更好的沟通施工边界，可视化展示实际的施工进度，可视化展示实际进度和计划进度的差异。

 

Part 4 结束语

       数字孪生建设的过程是不断发挥价值和创造效益的过程，在后期运营阶段如此，在前期施工阶段亦是如此。这个过程，施工单位、设计院、AVEVA公司、合作伙伴通力合作，结合实际业务需求和痛点不断尝试和创新，取得了很好的成效。