數字孿生對工程項目施工的價值

以下文章來源於劍維軟件，作者孫發亮。

作者：孫發亮   MBA，AVEVA資深（shēn）技（jì）術顧問，從事數字化設計及交付10餘年，是工程領域數字化轉型的親曆（lì）者。

Part 1 數字孿生（shēng）的概念

       最近幾年（nián），數字孿生（Digital twin）是一個關注的熱點，全球著名IT研究機構Gartner曾（céng）在2017年（nián）至2019年連續（xù）三（sān）年將數字孿生列為（wéi）十大新興（xìng）技術之一。

       不同的行業，不同領域的專家，對數（shù）字孿生的概（gài）念有不同的解讀，2018年，Gartner在十（shí）大新興技術專題中對數字孿生（shēng）的解釋是：數字孿生是現實世界（jiè）實物或係（xì）統的數字化表達。

       流程行業對數字（zì）孿生的認知和理解，與傳統的通用機械（xiè）、汽車（chē）、航（háng）天等離散製造業有很（hěn）大的不（bú）同。傳（chuán）統的製造更（gèng）多的從產品及零部件的設計、加工、製造、維護角度（dù）理解數字孿生。而流程行業則更多的從工廠的全生（shēng）命（mìng）周期視角，如工廠的設計、采購、施工、工藝仿真優化、安全生產運營角度來理解數字（zì）孿生。

Part 2 AVEVA劍維軟件靈動數字孿生

       在（zài）流（liú）程行業，AVEVA劍維軟件提出了包含三（sān）個視圖（tú）的靈（líng）動數字孿生(Living Digital Twin)的理念，AVEVA認為靈動（dòng）的數字孿（luán）生包含設計視圖、運行視圖、行為視圖。

設計視圖：

       工廠的物理廠房構築物與設備的模型。具體表現形式（shì）包括工廠三維模型、機械設備三維（wéi）模型、二維圖紙、P&ID圖、ISO圖、設備（bèi）屬性等。

運行視圖：

       基於傳感（gǎn）器（qì）與實時數據庫而表征物理工廠的運行狀（zhuàng）態與響應。具體表現形式包括工廠安（ān）全環保設施檢測的數據（傳感器、攝像頭等），設備檢測數據（震動、流（liú）量、油溫、壓力等）、健康狀態等數據。這是對工廠及設備運行狀態（tài）的表達。

行為視圖：

       基於算法和數據分析模型而描述物（wù）理工廠（chǎng）的過往並預測未來（lái）發展。例如（rú）：以工藝機理模型、設備故障模型、曆（lì）史運行數據為依據對工藝進（jìn）行優化、對設備做預測性故（gù）障判（pàn）斷等行為。從而反饋到物理的工廠，預防故障、優化工藝、提（tí）高裝置收率。

Part 3 施工階段的價值

       工廠（chǎng）的數字孿生建設是一個漸進的過程，在建設過程中，不斷發揮它的價值，在施工階段，借（jiè）助數字孿（luán）生（shēng）的設計視圖（tú），可以在施工（gōng）開始之前進行裝置（zhì）的多專（zhuān）業碰撞檢查，消除幹涉隱患，做到無碰撞施工；通（tōng）過精細化的三（sān）維建模，可以精準的提供（gòng）材料的用量，特別是大（dà）宗散材；可（kě）以協助進行管道焊接過程（chéng）管理；進行4D施工可視化（huà），並實現工程（chéng）建（jiàn）設數據的數字化交付。

3.1無碰撞施工

       全專業三維協同設計，可以更準確的表達設備設施的空間位置，可以提前發（fā）現不同專業之間的幹涉碰撞。傳統的純二維設計空間表達（dá）的局限性造成了大量的幹（gàn）涉。這些幹涉（shè）碰撞不僅增加（jiā）施工返工成本，還會造成工期上的延誤。工程公司通過全專業三維正向設計，同時直接輸出ISO圖、平麵圖，這樣完成碰撞檢查之後傳遞到施工現場（chǎng）的二（èr）維施工圖也是無碰撞的（de），最終實現無碰撞施工。

3.2精（jīng）準（zhǔn）材料（liào）

       管道、電纜是大宗散材裏麵用（yòng）量（liàng）最大的，在施工過程中經常（cháng）是一筆糊（hú）塗賬。沒有人能算得清到底需要多少米電纜，根據（jù）二維圖紙計算的電纜不太準（zhǔn）確（què），會預留很大（dà）餘（yú）量，裝置建成時，大量未開封（fēng）的電纜剩在倉庫裏，被當廢品賤賣，甚至直（zhí）接掩埋。施工單位可以對裝置進行二次深化設計，把小管道、電纜在（zài）三維（wéi）模型中補充，這樣就可以（yǐ）更精準的（de）統計管（guǎn）道（dào）、電纜專業的材料用量，減少（shǎo）材料浪費。AVEVA E3D的多專業協同包含了電纜、管道、結構（gòu）、支吊（diào）架及設備等專業協同設計。

3.3管道焊接施工管理

       管道（dào）施（shī）工是流（liú）程行業工程項目施工最重要（yào）的專業，而焊接是管道（dào）現場施工涉及（jí）的最主要的工種，焊接的位置、焊接的質量事（shì）關施工質量（liàng）和將來的安全（quán）生產和檢修。傳統的管道施工焊接管理，是通過手工記錄（lù）、EXCEL記錄、數據庫記（jì）錄的方式執行。現在，借助數字（zì）孿生模型，可以在三維模型中批量關聯管道加工設計的焊縫信息，包括管（guǎn）道規格、管道材質、焊口編碼、坡口型式（shì）、焊條材（cái）質、焊接日期、焊工姓名等信息。並（bìng）且實現基於上（shàng）述數（shù）據的焊縫三維可視（shì）化、焊接進度（dù）監控（kòng）、焊縫統計報表、施（shī）工設計數據管理、焊接數據查詢、焊接質量報表等功能。

       實現了焊接過程的管控、提升了焊接質量、方便了運維期對焊縫的查詢和維護。

3.4施工進度可視化

       經過EPC深化設計後的施工三維模型，對照施工計劃（huá）的WBS，實現4D施工模擬，通（tōng）過4D施（shī）工模擬，可以模擬施工周期（qī）內的工程進度，可視化檢查施工計劃的合理性，在施工作業交底時（shí）更好的溝通施工邊界，可視化（huà）展示實際的施工進度，可視化展示實際進度和（hé）計劃進度的差異。

Part 4 結束語（yǔ）

       數字孿生建設的（de）過（guò）程是不斷發揮價值和創造效益的過程，在（zài）後期運營階段（duàn）如（rú）此，在前期施工階段亦是如此。這個過程，施工單位、設計院、AVEVA公司、合（hé）作夥伴通（tōng）力合作，結合實際（jì）業務需求和痛點不斷嚐試和創新，取得了很好的成效（xiào）。