數字孿生對工程項目施工的價值

以下文章來源於劍維軟件，作者孫發亮。

作者：孫發亮   MBA，AVEVA資深技術顧問，從事數字化設計及（jí）交付10餘年，是工程領域數（shù）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）是一個關注的熱點，全球著名IT研究機構（gòu）Gartner曾（céng）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（de）行業（yè），不同領域（yù）的專家，對數字（zì）孿生的概念有不同的解讀，2018年，Gartner在十大新興技術專題中對數字孿生的解釋（shì）是：數字孿生是現實世界實物（wù）或係統的數字化表達。

       流程行業對數字（zì）孿生的認知和理解，與傳統的通用機械、汽車、航天（tiān）等（děng）離散製造（zào）業有很大的不同。傳（chuán）統的製（zhì）造更多的從產品及零部件（jiàn）的設計、加工、製造、維護角度理解（jiě）數字孿生。而流程行業則更多的從工廠的全生命周（zhōu）期視角，如工廠的設（shè）計、采購、施工、工藝仿真優化、安全生產運（yùn）營角度來理解數字孿生。

Part 2 AVEVA劍維軟件靈動數字孿生（shēng）

       在流程行業，AVEVA劍維軟件提出了包含三（sān）個視圖的靈（líng）動數（shù）字（zì）孿生(Living Digital Twin)的理念，AVEVA認（rèn）為靈動的數（shù）字孿生包含設計（jì）視圖、運行視圖、行為視圖。

設計視圖：

       工廠的物理廠房構（gòu）築物與設備的模型。具體表現（xiàn）形式包括（kuò）工廠三維（wéi）模型、機械設備三維模型、二維圖紙、P&ID圖（tú）、ISO圖、設備屬性等。

運行視圖（tú）：

       基於傳感器與實時數據庫（kù）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），設備檢測數據（震動、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（háng）狀態的表（biǎo）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（wèi）來（lái）發展。例如：以工藝機理模型、設備故障模型、曆史運行數據為依據對（duì）工藝進行優化、對設備做（zuò）預（yù）測性故障判斷等行為。從而反饋到物理的（de）工廠，預（yù）防故障、優化工藝、提高裝置收率。

Part 3 施工階段的價值

       工廠的數字孿生建設是一（yī）個漸進的過程（chéng），在建設過（guò）程中，不斷發揮它的（de）價值，在施工階段（duàn），借助數字孿生的設計視圖，可以在施工開始之前進（jìn）行裝置的多專業碰撞檢（jiǎn）查，消除幹涉（shè）隱患，做到無碰撞施工；通過精細化的三維建模（mó），可（kě）以精準的提供材料的用量，特（tè）別是大（dà）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（shí）現（xiàn）工程建設數據的數（shù）字化交付。

3.1無（wú）碰撞施工

       全專業三維協同設計，可以更準（zhǔn）確的表達（dá）設備設施的空間位置，可以（yǐ）提前發現不同專（zhuān）業之間的幹涉碰撞。傳統的純二（èr）維設計（jì）空間表達的局限性造（zào）成了（le）大（dà）量（liàng）的幹涉。這些幹（gàn）涉碰撞不僅增加施工返工成本，還會（huì）造成工期上的延誤。工程公（gōng）司通過全專業三維正向設計，同時直接輸出ISO圖、平麵圖，這樣完成碰撞檢查之後（hòu）傳遞到施工現場（chǎng）的二維施工圖也是無碰撞的，最終實現無碰撞（zhuàng）施工（gōng）。

3.2精準材料

       管道、電纜是大宗散（sàn）材（cái）裏麵用量最大的，在施工過程中經常是一（yī）筆糊塗賬。沒有（yǒu）人能（néng）算得清（qīng）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倉庫裏，被當廢品賤賣（mài），甚至直接掩埋。施工單（dān）位可以對（duì）裝置（zhì）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（jīng）準（zhǔn）的統（tǒng）計管道、電纜專業（yè）的材料用量（liàng），減少材料（liào）浪費。AVEVA E3D的多專業協同包含了電纜、管道、結構、支吊架及設備等專業（yè）協同設（shè）計。

3.3管道焊接施工管理

       管道施工是流程（chéng）行業工程項目施工最重要的專（zhuān）業，而焊接是管道（dào）現場（chǎng）施工涉（shè）及（jí）的最主要的工種，焊接的位置（zhì）、焊接（jiē）的質量事關施工質量和將來（lái）的安全生產和檢修。傳（chuán）統的管道施工（gōng）焊接管理，是通過手工記（jì）錄、EXCEL記錄、數據庫記錄的（de）方式執行。現在，借助數字孿生模型，可以在（zài）三維模型中批量關聯管道加工設計的焊（hàn）縫信息，包括管道規格、管道（dào）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的焊縫三維可視化（huà）、焊接進度監控、焊縫統計報（bào）表、施工設計數據管理、焊接數據查詢、焊接（jiē）質量報（bào）表等功能。

       實（shí）現了焊接過程的管控、提升了焊接質量、方便（biàn）了運（yùn）維期對焊縫（féng）的查詢和維護。

3.4施工進度可視化

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

Part 4 結束（shù）語

       數字（zì）孿生建設（shè）的過程是不斷（duàn）發揮價值和創造效益的過程，在後期運營（yíng）階（jiē）段如此，在前期（qī）施工階段亦是（shì）如此。這個過（guò）程，施工單位、設計院、AVEVA公司、合作夥伴通力合作，結合實際業務需求和痛（tòng）點不斷嚐試和創新，取得了很好的成效。