數字孿生（shēng）對工程項目施工的價值

以（yǐ）下文章（zhāng）來源於劍維軟件，作者孫發亮（liàng）。

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

Part 1 數（shù）字孿生的概念

       最近幾年，數（shù）字孿生（shēng）（Digital twin）是一個關注（zhù）的熱點，全球（qiú）著名IT研究機構Gartner曾在2017年至2019年連續三年將數字（zì）孿生（shēng）列為十大新興技術之一。

       不同的行業，不（bú）同領（lǐng）域的專家，對數字孿生的概念有不同的解讀，2018年，Gartner在十大新興技術專題中對數字孿生的解釋是：數字孿生是現（xiàn）實世界實物或係（xì）統的數字化表達。

       流程行業對數字孿生的認（rèn）知和理解，與（yǔ）傳統的（de）通用機械、汽車、航天等離散製造業有很大的（de）不同（tóng）。傳統的製造更（gèng）多的從產品及零部件的設計、加工、製造、維護角度理解數字孿生。而流程行業（yè）則更多的（de）從（cóng）工廠（chǎng）的全生（shēng）命周期視角（jiǎo），如工廠的設計、采購、施工、工（gōng）藝仿真優化、安全生產運營角度來理解數字孿生。

Part 2 AVEVA劍維（wéi）軟件（jiàn）靈動數字孿生

       在流程（chéng）行業，AVEVA劍維軟件提出了包含三（sān）個視圖（tú）的靈動數字孿生(Living Digital Twin)的理念，AVEVA認（rèn）為靈動的數字孿生包含（hán）設計視圖、運行視圖（tú）、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（tú）、設備屬性（xìng）等。

運行視圖：

       基於傳感器與實時數據（jù）庫而表征物理工廠的運行狀態與響應。具體表現形式包括工廠安全環保設施檢測的數據（傳感器、攝像頭等），設（shè）備檢測數據（震動、流（liú）量（liàng）、油溫、壓力等）、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工廠的過往並預測未來（lái）發展。例如：以工藝（yì）機理模型、設備故障模型（xíng）、曆（lì）史運行數據為依（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（fǎn）饋到物理的工廠，預（yù）防故障、優化工藝、提（tí）高裝置收率。

Part 3 施工階段的價值

       工廠的數字孿生建設是（shì）一個漸進（jìn）的過程，在建設過程中，不斷發揮它的價值，在施工階段，借助數字孿生（shēng）的設計視圖，可以在施工開始之前進行裝置（zhì）的多專業碰撞檢查，消除幹涉隱患，做到無碰撞施工；通過（guò）精細化的三維建模，可以精準的提供材料的用量，特（tè）別是大宗散材；可以協助進行管道焊接過程管理；進行（háng）4D施（shī）工（gōng）可視化，並實現工程建設（shè）數據的數字（zì）化交付。

3.1無碰撞施工

       全專業三維協（xié）同設計，可以更準確的表達設備設（shè）施的（de）空間位（wèi）置，可以提前發現不（bú）同專業（yè）之間（jiān）的幹（gàn）涉（shè）碰撞。傳統的純二維（wéi）設計空間表達的（de）局限性造（zào）成了大（dà）量的幹涉。這些幹涉碰撞（zhuàng）不僅（jǐn）增加施工返工成（chéng）本，還（hái）會造成工期（qī）上的延（yán）誤。工（gōng）程公司通過（guò）全專業三維正向設計，同（tóng）時直接輸出ISO圖、平麵（miàn）圖，這樣完成碰撞檢（jiǎn）查之後傳遞到（dào）施（shī）工現場的二維施工圖也是無碰撞的，最終實現（xiàn）無碰撞施工。

3.2精準材料

       管（guǎn）道、電纜（lǎn）是大宗散材裏麵用量最大的，在（zài）施工過程（chéng）中經（jīng）常是一筆糊塗賬（zhàng）。沒（méi）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（tài）準（zhǔn）確，會預留很大餘量，裝置（zhì）建成時（shí），大量未（wèi）開封的電纜剩在倉庫裏，被當廢品賤賣，甚至直接掩埋。施工單位可以對裝置進行（háng）二（èr）次深化設（shè）計，把小管道（dào）、電纜在三維模型中（zhōng）補充，這樣就可以更精準的統計管道、電纜專業的材料用量，減少材（cái）料浪（làng）費。AVEVA E3D的多專業協同包含了電纜、管道、結構、支吊架及設備等專業協同設計（jì）。

3.3管道焊接施工管（guǎn）理（lǐ）

       管道施工是流程行業工程項（xiàng）目施工最重要的專業（yè），而焊接是管道現場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（gōng）質量和將來的安（ān）全生產和檢修。傳統的管道施工焊接管理，是通過（guò）手工記錄、EXCEL記錄、數據庫記錄（lù）的方式執行。現在，借助數字孿生模型，可以（yǐ）在三維模型（xíng）中批量（liàng）關聯管道加工設計的焊縫信息，包括管（guǎn）道規格、管道材質（zhì）、焊口編碼、坡口型式、焊條材質、焊接（jiē）日期、焊工姓名等信息。並且實現基於上述數據的焊縫三（sān）維可視化（huà）、焊接進度監控、焊縫統計（jì）報表、施工設計（jì）數據管理、焊接（jiē）數據查詢、焊接質量報表等功（gōng）能。

       實現了（le）焊接過程的管控、提（tí）升了（le）焊接質量、方便了運維期對焊縫的查詢和維（wéi）護。

3.4施工進度可視化

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

Part 4 結（jié）束語

       數字孿生建設的過程是不斷發揮價值和創造效（xiào）益的過（guò）程，在後期運營階段如此，在（zài）前期施工階段亦是如此。這個過程，施工（gōng）單位、設計院、AVEVA公司（sī）、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（xīn），取得了很好的成效。