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數字孿生對工程項目施工的價值

發布日期:2021-04-20 09:09:12   來源:行業動態   瀏覽量:

以下文章來源于劍維軟件,作者孫發亮。

 

作者:孫發亮   MBA,AVEVA資深技術顧問,從事數字化設計及交付10余年,是工程領域數字化轉型的親歷者。

 

 

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:數字孿生是現實世界實物或系統的數字化表達。

       流程行業對數字孿生的認知和理解,與傳統的通用機械、汽車、航天等離散制造業有很大的不同。傳統的制造更多的從產品及零部件的設計、加工、制造、維護角度理解數字孿生。而流程行業則更多的從工廠的全生命周期視角,如工廠的設計、采購、施工、工藝仿真優化、安全生產運營角度來理解數字孿生。

 

Part 2 AVEVA劍維軟件靈動數字孿生

       在流程行業,AVEVA劍維軟件提出了包含三個視圖的靈動數字孿生(Living Digital Twin)的理念,AVEVA認為靈動的數字孿生包含設計視圖、運行視圖、行為視圖。

設計視圖:

       工廠的物理廠房構筑物與設備的模型。具體表現形式包括工廠三維模型、機械設備三維模型、二維圖紙、P&ID圖、ISO圖、設備屬性等。

運行視圖:

       基于傳感器與實時數據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),設備檢測數據(震動、流量、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:

       基于算法和數據分析模型而描述物理工廠的過往并預測未來發展。例如:以工藝機理模型、設備故障模型、歷史運行數據為依據對工藝進行優化、對設備做預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

       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,在施工階段,借助數字孿生的設計視圖,可以在施工開始之前進行裝置的多專業碰撞檢查,消除干涉隱患,做到無碰撞施工;通過精細化的三維建模,可以精準的提供材料的用量,特別是大宗散材;可以協助進行管道焊接過程管理;進行4D施工可視化,并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間位置,可以提前發現不同專業之間的干涉碰撞。傳統的純二維設計空間表達的局限性造成了大量的干涉。這些干涉碰撞不僅增加施工返工成本,還會造成工期上的延誤。工程公司通過全專業三維正向設計,同時直接輸出ISO圖、平面圖,這樣完成碰撞檢查之后傳遞到施工現場的二維施工圖也是無碰撞的,最終實現無碰撞施工。

3.2精準材料

       管道、電纜是大宗散材里面用量最大的,在施工過程中經常是一筆糊涂賬。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,會預留很大余量,裝置建成時,大量未開封的電纜剩在倉庫里,被當廢品賤賣,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、電纜在三維模型中補充,這樣就可以更精準的統計管道、電纜專業的材料用量,減少材料浪費。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協同設計。

3.3管道焊接施工管理

       管道施工是流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涉及的最主要的工種,焊接的位置、焊接的質量事關施工質量和將來的安全生產和檢修。傳統的管道施工焊接管理,是通過手工記錄、EXCEL記錄、數據庫記錄的方式執行。現在,借助數字孿生模型,可以在三維模型中批量關聯管道加工設計的焊縫信息,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。并且實現基于上述數據的焊縫三維可視化、焊接進度監控、焊縫統計報表、施工設計數據管理、焊接數據查詢、焊接質量報表等功能。

       實現了焊接過程的管控、提升了焊接質量、方便了運維期對焊縫的查詢和維護。

3.4施工進度可視化

       經過EPC深化設計后的施工三維模型,對照施工計劃的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,在施工作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,可視化展示實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是不斷發揮價值和創造效益的過程,在后期運營階段如此,在前期施工階段亦是如此。這個過程,施工單位、設計院、AVEVA公司、合作伙伴通力合作,結合實際業務需求和痛點不斷嘗試和創新,取得了很好的成效。

 

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