數字孿生（shēng）對工程項目（mù）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（fā）亮   MBA，AVEVA資深技術顧問，從事數字化（huà）設（shè）計及交付10餘年，是工程領域數字化轉型的（de）親曆（lì）者。

Part 1 數字孿生的（de）概念

       最近幾（jǐ）年，數（shù）字孿生（Digital twin）是一個關（guān）注的（de）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（luán）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（luán）生的概念有不同的解讀（dú），2018年，Gartner在十（shí）大新興技術專題中對數字孿生的（de）解釋是：數（shù）字孿（luán）生是現實世（shì）界實物或係（xì）統的數字化表達。

       流程行業對數字孿生的認（rèn）知和理解（jiě），與傳統的（de）通用機械、汽車、航天等離散（sàn）製造業有很大的不同。傳統的製造（zào）更多的從產品及零部件的設計、加工、製造、維護（hù）角度理解數字孿生。而流程行業則更多的從工廠的（de）全生命周期視角，如（rú）工廠的設計、采購、施工（gōng）、工藝仿真優化、安全生產（chǎn）運營角度來理解數（shù）字孿生。

Part 2 AVEVA劍維軟件靈動數字（zì）孿生（shēng）

       在流程行業，AVEVA劍維軟件提（tí）出了包含三個（gè）視（shì）圖（tú）的靈動數字孿生(Living Digital Twin)的（de）理念，AVEVA認為靈動的數字孿生（shēng）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（chǎng）房構築物（wù）與設備（bèi）的模型。具（jù）體表（biǎo）現形式包括工廠三維模型、機械設備三維模型（xíng）、二維圖紙、P&ID圖、ISO圖、設備屬性等。

運行視圖：

       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應（yīng）。具體表現形式包括工廠安全環保設施檢測的（de）數據（傳感器、攝像頭等），設備檢測數據（震動、流量、油溫（wēn）、壓力（lì）等）、健康狀態等數（shù）據。這是對工（gōng）廠及（jí）設備（bèi）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工廠（chǎng）的過往（wǎng）並預測未來發展。例如：以工藝機理（lǐ）模型、設備故障模型、曆史運行數據（jù）為依據對（duì）工藝進行優化（huà）、對設備（bèi）做（zuò）預測性故障判斷（duàn）等行（háng）為。從而反饋到物理的工廠，預防故障、優化工藝、提高裝（zhuāng）置收率。

Part 3 施工階段的價值

       工廠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（zài）施工階段，借助數字孿生的設（shè）計視圖，可以在施工開始（shǐ）之前進行裝置的多專業碰撞檢查，消除幹涉隱患，做到無碰撞施工；通過精細化的三維建模，可以精準（zhǔn）的提供材料的用量，特別是大宗散材；可以協助進行管道焊接過程（chéng）管理（lǐ）；進行4D施工可視化，並實現工程建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（kōng）間（jiān）位置，可以提前發現不同專（zhuān）業之間的（de）幹涉碰撞。傳統的純二（èr）維設計空間表達的局限性（xìng）造成了大量的幹涉。這些幹涉碰（pèng）撞不僅增加（jiā）施工返工成本，還（hái）會造成工期上的延誤。工（gōng）程公司通過全專業三維正向（xiàng）設計，同時直接輸出ISO圖、平麵圖，這樣完成（chéng）碰撞檢查之後傳遞到施工現場的二維施工圖（tú）也是無碰撞的（de），最終實現無碰撞施工。

3.2精準材料

       管道、電纜是大宗散材裏麵用量最（zuì）大的，在施工過程中經（jīng）常是一筆糊（hú）塗賬。沒有人能算（suàn）得清到（dào）底（dǐ）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（hěn）大餘量（liàng），裝置建（jiàn）成時，大量未開封的電纜剩在倉庫裏，被當廢品賤賣，甚（shèn）至直接掩埋。施（shī）工單位可以對裝置進（jìn）行二次深化設（shè）計，把小管道、電纜在（zài）三維模型中補充，這樣就可以更（gèng）精準的統計管道、電（diàn）纜專業的材（cái）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（jié）構、支（zhī）吊架及設備等專業協同（tóng）設計。

3.3管道焊接施工管理

       管道（dào）施工是流（liú）程行業工程項目施工最重要的專業，而焊接是管道現場施工（gōng）涉（shè）及的最主要的（de）工（gōng）種（zhǒng），焊接的位置、焊（hàn）接的質量事關施工質量和將來的安全生產和檢修。傳統的管道施（shī）工焊接管理，是通過手工記錄、EXCEL記錄、數據庫記錄（lù）的方式執（zhí）行。現（xiàn）在，借助數字孿生模型，可以在（zài）三維（wéi）模（mó）型中批量（liàng）關聯管道加（jiā）工設（shè）計的焊縫信息，包括管道規格、管道材質、焊口編碼、坡口型式、焊條材質、焊接日期、焊工姓名等信息。並且實現基於上述數據（jù）的焊縫三維可視化（huà）、焊接進度監控、焊縫統（tǒng）計報表、施工設計數據管理、焊接數據查詢、焊接質量報表等功能。

       實現（xiàn）了焊接過程的管控、提升了（le）焊接質量、方便了運維期對焊（hàn）縫的查詢和（hé）維（wéi）護（hù）。

3.4施工進度可視化

       經過EPC深化設（shè）計後的施工三維模型，對照施工（gōng）計劃的WBS，實現4D施工模擬，通過4D施工模擬，可以模（mó）擬施工周期內的工（gōng）程進度，可視化檢查施工計劃的合理性，在施工作（zuò）業交底時更好的溝通施工邊界，可視化展示實際的施工進度，可視化展（zhǎn）示（shì）實際（jì）進度和計劃進度的差異。

Part 4 結束語

       數（shù）字孿生建設的過程是不斷發揮價值和創造效益的過程，在後（hòu）期運營階段如（rú）此（cǐ），在前期施工（gōng）階段亦（yì）是如此。這個過程（chéng），施工單位、設計院、AVEVA公司、合作夥伴通力合作，結（jié）合實際業務需求和痛點不斷嚐試和創新，取得了很好（hǎo）的成效。