數字孿生技術在1350MW超超臨界二次再熱燃煤發電機組四大管道上的應用與實踐

文｜中國電建集團上海電力建設有限責任公司 吳恩/中國電建集團北京華科軟科技有限公司 何佳

1.概述

中國電建致力在火電工程領域打造高效清潔標桿，全力推進生態文明建設，在新一輪科技革命和產業變革的背景下，需通過強化科技戰略支撐，來有效提升施工建設的全生命周期管控能力。由于大型火電工程施工建設階段面臨多方協同，復雜機組安裝、管道預制、施工計劃編制、施工方案優化、現場指導和施工交底等復雜情況，為進一步提高項目施工管理水平，提升管控能力，創新管理手段，需借助數字孿生體技術，解決施工全生命周期的問題，實現基于三維場景的管道安裝管理與業務生產，實現對施工生產和項目管理的規范化、信息化和智能化，提升工程人員信息化水平，提高企業的競爭力和可持續發展能力。

2.應用內容

依托上海電力建設有限責任公司的安徽淮北平山二期1350MW 超超臨界二次再熱燃煤發電機組與高位機房的管道安裝施工工程，北京華科軟科技有限公司采用擁有自主知識產權的數字化開放平臺，融合數字孿生體體系，設計研發“基于數字孿生體在管道施工管理中的應用系統”，結合實踐，有效解決四大管道安裝、三維仿真交底、四大管道預制、優化施工布置等場景下的實際施工生產和項目管理問題。通過基于“數字孿生體”技術體系在1350MW 超超臨界二次再熱燃煤發電機組四大管道上的應用與實踐，形成標準化可推廣的基于數字孿生技術的管道安裝規程，實現對施工生產和項目管理的規范化、信息化和可視化。

2.1 輔助管道安裝

基于數字孿生體搭建設計施工一體化的平臺，在線實時查看運行時管道與汽輪機接口的誤差位移，直觀反映出現場施工和設計的復雜對應關系，幫助工程相關參建人員有效地理解設計方案，促進施工階段各專業技術人員及時地對管道焊接、支吊架以及一、二次應力進行可視化查看與自主分析，避免管道安裝存在難題和問題，有效檢驗設計的可實施性，確保管道有序、安全的安裝。

2.2 三維仿真交底

基于數字孿生技術，采用以BIM 構件為載體的三維仿真交底技術，可于應用與研究成果中自主創建施工管道安裝的工序及任務清單，進一步明確了涉及多方、多道緊密相連的高難度、高復雜度工序的相關工程技術責任劃分及要求明晰，使設計要求準確無誤的傳達給現場施工操作人員，實現了管道設計模型與施工業務專題信息的一體化管理，實現相鄰工序和專業之間的三維仿真交底，以更好的保證工程順利開展。

2.3 管道預制

基于數字孿生技術，應用研究成果以三維可視化的方式虛擬演示管道預制中重難點、關鍵點、復雜節點以及誤差較大部分的空間位置分布，提供了基于BIM 構件的管段參數、支吊架位置、焊點等信息錄入通道，直觀展示了復雜管道路徑和管段分段的統一在線環境，為管道工程建設方提供了一體化共享平臺，幫助專業技術人員解決管道預制難題，確保了管道預制信息傳遞，有效減少損耗，進一步實現了降本增效的目標。

2.4 優化施工布置

數字孿生技術集成了設計階段的管道模型和管道圖紙等信息，形成了基于數字孿生體的生產管理數據庫，便于前期模擬以及集成分析，便于優化管線布置和施工方案。應用與研究成果基于BIM 構件的WBS 分解功能和基于管段的清單管理功能，施工專業技術人員可根據施工及管段安裝的實際需要對施工工序進行可視化編排、對任務清單進行動態修訂。極大滿足了工程施工階段對方案的靈活配置及管線的動態布置要求，達到了管道施工的數字化模擬仿真和優化目的。

3.應用成效

基于數字孿生體在管道施工管理中的應用與研究，充分挖掘了實際管道施工管理的業務需求，通過引入“數字孿生體”技術，不僅解決了試點工程在施工管理中的難題，同時形成了統一信息平臺下的多專業協同、綜合項目管控、施工優化布置等的規范化、可視化項目管理和施工應用服務，極大地消除了設計與施工階段各環節、各專業間的信息壁壘，極大促進了大型管道施工工程各專業間的信息共享、大幅提升了空間與業務深度融合等方面的應用服務能力，為實際管道施工管理提供強有力的信息支撐，有效降低了溝通障礙，提高了工程施工執行效率。

3.1 在協同作業方面

應用與研究成果基于數字孿生體在管道施工管理中為管道施工建設的各參建方提供統一的、協同的信息服務通道，將設計階段成果充分融合于施工階段全過程，確保設計和施工的一致性溝通界面，使各方參建人員可根據需要，靈活對管道施工過程中存在的大量不確定性因素及時做出調整和部署，解決了管道施工階段涉及的多方協同配合，責任劃分問題。增強了多方協作能力，提升了多方溝通效率。

3.2 在項目管理方面

應用與研究成果基于數字孿生體在管道施工管理中采用交互式的三維動態視景來展示施工過程的模型管控與專項業務協同，將項目管理各個環節的信息量化、可視化，避免了大量工作重復和信息交叉，解決了管道施工的吊裝、支吊架、對口、焊接、熱處理、無損檢驗、保溫、整體驗收、開機運行等工程施工全周期的統籌管理，使管道施工項目管理的組織控制更有序、更便捷、更直觀。

3.3 在效率提升方面

應用與研究成果基于數字化模型進行計劃和協調的非現場制造和模塊施工活動安排，通過虛擬布置，論證所有方參與、資源可用性、現場準入及其他相關事務的協調，實現前瞻性工期，以數字化的方式優化了工程業務流程，促使合理在線分配工作量，提高溝通時效性，實現了施工業務數字化、信息化和智能化，提升了工程施工管理效率。

3.4 在多維應用方面

應用與研究成果基于數字孿生體在管道施工管理中以BIM 技術為主導，融合云計算、互聯網、虛擬現實等多技術融合的數字孿生體，通過統一的三維場景直觀可視反映工程設計理念、總體施工管理狀態及整體進度安排，有效解決了施工管理和現場生產難題，形成了多維應用的關鍵途徑，為工程項目投產運營打好數字基礎，為企業數字化應用和服務提供寶貴數據資產。

4.結論

基于數字孿生體在管道施工管理中的應用與研究，以“數字孿生技術”為核心，以三維可視化為手段，融合BIM 技術，為生產建設單位開發具有不同層級、不同專業、不同環節的基于數字孿生體在管道施工管理中的應用系統，構建了管道施工數據管理與應用服務框架，實現了管道施工過程的專業協同和信息共享，解決基于三維場景的施工管理與業務生產問題，實現了新一代信息技術在施工管理的深入應用和工程數據在全生命周期的服務延伸，為后續工程投產運營的應用開展打下良好基礎。同時，促進了企業科技進步與管理創新，有效實現了工程建設科技含量高、資源消耗低、環境污染小、經濟效益好的目標。