數字孿生對工程項目施工的價值

以（yǐ）下文章來源於劍維（wéi）軟件，作者孫發亮。

作（zuò）者：孫發亮   MBA，AVEVA資深技術顧問，從事（shì）數字化設計及交付10餘年，是工程（chéng）領域數字化轉型的親曆者。

Part 1 數字孿生的概念

       最（zuì）近幾年，數字孿生（Digital twin）是一個關注的熱點，全球著名IT研究機構Gartner曾在2017年至2019年連續三年將數字孿生列為十大新興技術之一。

       不同的行業，不同領域的專家，對數字孿生的概念有（yǒu）不（bú）同的解（jiě）讀，2018年，Gartner在十大新興（xìng）技（jì）術（shù）專題中對數字孿生的解釋是（shì）：數字孿生是現實世界實物或係統的數字化表達。

       流（liú）程（chéng）行業對（duì）數字孿生的認知（zhī）和理解，與（yǔ）傳統的通用機械、汽車、航天等離散製造業有很大的不（bú）同。傳統的製造更多的從產（chǎn）品及零部件（jiàn）的設計、加（jiā）工、製造（zào）、維護角度理解數字（zì）孿生。而流程行業則（zé）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、工藝仿真優（yōu）化（huà）、安（ān）全生產運營角度（dù）來理解數字孿生。

Part 2 AVEVA劍維（wéi）軟件靈動數字孿生

       在流程行（háng）業，AVEVA劍維（wéi）軟件提出了包含三個視圖的靈動數字孿生(Living Digital Twin)的理（lǐ）念（niàn），AVEVA認為靈動的（de）數字孿生包含設計視圖、運（yùn）行視圖、行為視圖。

設計視圖：

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

運行視圖：

       基於傳感（gǎn）器與實時數據庫而表征物（wù）理工廠的運行狀（zhuàng）態（tài）與響應（yīng）。具體表現形式包括工廠安全環保設施檢測的數據（傳感器、攝像頭等），設備（bèi）檢測數據（震動（dòng）、流量、油溫、壓（yā）力等）、健康狀態等數據。這是對工廠及設備運行狀態的表達。

行為視圖：

       基於算法和數據分析模型而描述物理（lǐ）工廠（chǎng）的過往並預測未來（lái）發（fā）展。例如：以工藝機理模型、設備故（gù）障模型、曆史（shǐ）運行數據為依（yī）據對工藝進行優化、對設備做預（yù）測性故障判斷等行為。從而反饋到物理的工廠，預防故障、優化工藝、提高裝置收率。

Part 3 施工階段的價值（zhí）

       工廠的數字孿生建設是一個漸進的過程，在建設過程（chéng）中，不（bú）斷發揮它的價值，在施工階段，借助數字孿生的設（shè）計視圖，可以在（zài）施工（gōng）開始之前進行裝置的（de）多專業碰撞檢（jiǎn）查，消除幹涉隱患（huàn），做到無碰（pèng）撞（zhuàng）施工；通過精細化的三維建模，可以精準的（de）提供材料的用（yòng）量，特別是大宗散材；可以協（xié）助進行管道焊接過程管理；進行4D施工可視化，並（bìng）實（shí）現工程建設（shè）數據（jù）的（de）數字化交付。

3.1無碰撞施工

       全專業三維協同（tóng）設（shè）計，可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幹涉碰撞。傳統（tǒng）的純二維設計空間表達的局限性造成了大量的幹涉。這（zhè）些（xiē）幹涉碰撞不僅增加施工返工成本，還會造成（chéng）工（gōng）期上的延誤。工程公司（sī）通過全（quán）專業三維正向設（shè）計，同時直接（jiē）輸（shū）出ISO圖、平（píng）麵圖，這樣完成碰撞檢（jiǎn）查之後傳遞到施工現場（chǎng）的二維施工圖也（yě）是無（wú）碰（pèng）撞的，最終實現無碰撞施（shī）工（gōng）。

3.2精準材料

       管道、電纜是大宗散材裏麵用量最大的，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電纜不太準確，會預留很大餘量，裝置建成時，大量未開封的電纜剩在（zài）倉庫裏，被當（dāng）廢品賤賣，甚至直接掩埋。施工單位可以對裝置進行二次深化設計，把小管道、電纜（lǎn）在三維模型中補充，這樣就可以更精準的（de）統計管道、電纜專（zhuān）業的材料用量，減少材（cái）料浪費。AVEVA E3D的多專業協同包含（hán）了電纜、管道、結構、支吊架及設備（bèi）等專業協同設計。

3.3管道焊接施工管（guǎn）理

       管道施工是流程行業（yè）工程項目施工最重要的專業，而（ér）焊接是管（guǎn）道現場施工（gōng）涉及的最主（zhǔ）要的工種，焊接的（de）位置、焊（hàn）接的質量事關施工質（zhì）量和將來的安全生（shēng）產和檢修。傳統的管（guǎn）道施工焊接管（guǎn）理，是通過手工記錄、EXCEL記錄、數據庫記錄的方式執行。現在，借助數（shù）字孿生模型，可以（yǐ）在三維模型中（zhōng）批量關聯管道加工設計的（de）焊縫信（xìn）息，包括管道規格、管道材質、焊（hàn）口編碼、坡口型式、焊條材質、焊接日期、焊工（gōng）姓（xìng）名（míng）等信息。並且實現基於上述數據的焊（hàn）縫三維可視化（huà）、焊接進（jìn）度監控、焊縫統計報表、施工（gōng）設計（jì）數據（jù）管理、焊接數（shù）據查詢、焊接質（zhì）量（liàng）報表等功能。

       實現了焊（hàn）接過程的管控、提升（shēng）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（huà）

       經過EPC深（shēn）化設計後的施工三（sān）維模型，對照施工計劃的WBS，實現4D施工模擬，通過4D施工（gōng）模擬，可以模擬施工周期內的工程進度，可視化檢查（chá）施工計劃的合理性，在施工作業交底時更好的溝通施工邊界（jiè），可視化展示實際（jì）的施工進度，可視化展示實（shí）際進度和計劃進度的差異。

Part 4 結束語

       數字孿生建設的過程（chéng）是不斷發揮價值和（hé）創造效（xiào）益的過程，在後期運營階段如此，在前期施工階段亦是如此。這（zhè）個過程，施工（gōng）單位、設（shè）計院（yuàn）、AVEVA公司、合作夥伴（bàn）通力合作，結合實際業務需求和痛點不斷嚐試和創新，取得了很好的成效。