數字孿生對工程項目施工的價值

以（yǐ）下文章來源於劍維軟件，作者孫發亮（liàng）。

作者：孫發亮   MBA，AVEVA資深技術顧問，從事數字（zì）化設計及交付（fù）10餘年，是（shì）工程領域數字化轉型的親曆者。

Part 1 數字孿生的概念

       最近幾年，數字孿生（Digital twin）是一（yī）個關注的熱點（diǎn），全球著名IT研究機構Gartner曾在（zài）2017年至2019年連續三年（nián）將數字孿（luán）生列為十大新興技術之一。

       不同的行業（yè），不（bú）同領域的專家，對數字（zì）孿生的概念有不同的解讀，2018年，Gartner在十大新（xīn）興技術專題中（zhōng）對數字孿生（shēng）的解釋是：數字孿生（shēng）是現實世界實物或係統的數字（zì）化表達。

       流程行業對數字孿生的認知和理解，與傳統的通用機械、汽（qì）車、航天等離散製造業有很大的不同。傳統（tǒng）的製造更多的從產品及零部件的設計、加工（gōng）、製造（zào）、維（wéi）護角度理解（jiě）數字（zì）孿（luán）生。而流程行業則更多的從工廠的全生命周期視角，如工廠的設計、采購、施（shī）工、工藝仿（fǎng）真優化、安全生產運營角度（dù）來理解數字孿生。

Part 2 AVEVA劍（jiàn）維軟（ruǎn）件（jiàn）靈動數字孿生

       在流程行業，AVEVA劍（jiàn）維軟（ruǎn）件提出了包含三個視圖的靈動數（shù）字孿生(Living Digital Twin)的理念，AVEVA認為（wéi）靈動的數字孿生包含設（shè）計視圖、運行視（shì）圖、行為視圖。

設計視圖（tú）：

       工（gōng）廠的物理廠房構（gòu）築物（wù）與設備的模型。具體表現形式包括（kuò）工廠三維模型、機械設（shè）備（bèi）三維（wéi）模型、二維圖（tú）紙、P&ID圖、ISO圖、設備屬（shǔ）性等。

運（yùn）行視圖：

       基於傳感器與實時數據庫而表征物理工廠的運行狀態與響（xiǎng）應。具體表現形式包括工廠安全環保設施檢測的數據（傳感器、攝像（xiàng）頭等），設（shè）備檢測（cè）數據（震動、流量、油（yóu）溫、壓（yā）力等）、健康狀（zhuàng）態等數（shù）據。這是對工（gōng）廠及（jí）設備運行狀態的表達。

行為視圖：

       基於算法和（hé）數據分析模型而描述物理工廠的過往並預（yù）測未來發（fā）展。例如：以工藝機理模型、設備故障模型、曆史運行（háng）數據（jù）為依據（jù）對工藝進行優化、對設備做預測性故（gù）障（zhàng）判斷等行為。從而反饋到物理的工廠，預防故障、優化（huà）工藝、提高裝置（zhì）收率。

Part 3 施工階段的價值

       工（gōng）廠的數字孿生建設（shè）是一個漸進的過程，在建設過程中，不斷（duàn）發揮（huī）它的價值，在施工階段（duàn），借助數字孿生的設計視（shì）圖，可以在施（shī）工開始之（zhī）前進行裝（zhuāng）置的（de）多專（zhuān）業（yè）碰撞檢查，消除幹涉隱患，做（zuò）到（dào）無碰撞施工；通過精細化的三維建模，可以精準的提（tí）供材料（liào）的用量，特別是大宗散材；可以協助進行管（guǎn）道焊接過程管理；進行4D施工可視化，並實現工程建設數據（jù）的數字化交付。

3.1無碰（pèng）撞施工

       全專業三（sān）維協同設計，可（kě）以更準確的表達設備設（shè）施的空間位置，可以提前發現不同專業之間的（de）幹涉碰撞。傳統的純二維設（shè）計空間表達的局（jú）限性造成了大量的幹涉。這些幹（gàn）涉碰撞不僅增加施工（gōng）返工成本，還會造成工期上的（de）延（yán）誤。工（gōng）程公司通過全專業（yè）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（zhī）後傳遞到施工（gōng）現場的二維施工圖（tú）也是無碰（pèng）撞的，最終實現無（wú）碰撞施工。

3.2精準材料

       管道、電纜是大宗散（sàn）材裏麵用量最大的，在施工過程中經常是一筆糊塗賬。沒有人能算得清到底需要多少米電纜，根據二維圖紙計算的（de）電纜不太準確，會預留很大餘量，裝置建成（chéng）時，大量未開封的電纜剩在倉庫裏，被當廢品賤賣，甚至直接（jiē）掩埋。施（shī）工單位可以對裝（zhuāng）置進行二次深化設計，把小管道、電纜在三維模型中補充，這樣就可以更精準的統計管（guǎn）道、電纜專業的材料用量，減少材料浪費。AVEVA E3D的多專業協同包含了電纜、管道、結構、支吊架及設備等專（zhuān）業協（xié）同設計。

3.3管道焊接施（shī）工管理

       管道（dào）施工是流（liú）程行業工程項目（mù）施工最重要的專業（yè），而焊接是管道現場（chǎng）施工涉及的最主要的工種，焊接的位置、焊接的質量事關施工質量和將來的安全生產和檢修（xiū）。傳統（tǒng）的管道（dào）施工焊接管理，是通過手工記錄、EXCEL記錄、數據庫記錄的（de）方式執行。現在，借助數字孿生模（mó）型（xíng），可以（yǐ）在三維模型中批量關聯管（guǎn）道加工設計的焊縫信息，包括管（guǎn）道規格、管道材（cái）質、焊口編碼、坡口型式、焊條材質、焊接日期、焊（hàn）工姓名等信息。並且實現（xiàn）基於上述數據的焊縫三維可視化、焊（hàn）接進度監控、焊縫統計報表、施工（gōng）設計數據管理、焊（hàn）接數據查詢、焊（hàn）接質量報表（biǎo）等功能（néng）。

       實現了焊接過程的管控、提升了焊（hàn）接質量、方便了運維期對（duì）焊（hàn）縫（féng）的查詢和維護。

3.4施工進度可視化

       經（jīng）過EPC深化設計後的施工三維模型，對照施工計劃的WBS，實現4D施工模擬，通過4D施工模（mó）擬（nǐ），可以模擬施工周期內的工（gōng）程進（jìn）度，可視化檢（jiǎn）查（chá）施工計劃的合（hé）理性，在施工作業交底（dǐ）時更好的溝通施工邊界（jiè），可視化展示實際的施工（gōng）進度，可視化展（zhǎn）示實際進度（dù）和（hé）計劃進度的差異。

Part 4 結束語（yǔ）

       數字孿生建設的過程（chéng）是不斷發揮價值和創（chuàng）造效益的過（guò）程，在後（hòu）期（qī）運營階段如此，在前（qián）期施工階段亦是如此。這個（gè）過（guò）程，施工單位、設（shè）計院、AVEVA公司、合（hé）作夥伴通力合作，結（jié）合實際業務（wù）需求和痛點不斷嚐試和創新，取得了很好的成效。