數字孿生（shēng）對工程項目施工的（de）價值

以下文章來源於（yú）劍維（wéi）軟件，作者孫發亮。

作者：孫發亮（liàng）   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

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

       不同的行（háng）業（yè），不同領域（yù）的專家，對數字孿生的概念有不同的解讀，2018年（nián），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（shù）字化表達。

       流（liú）程行業（yè）對數字孿生的認知和理解，與傳統（tǒng）的通用機械、汽車、航（háng）天等離散製造業有很大的不同。傳統的製造更（gèng）多的從產（chǎn）品及零部（bù）件的設計、加工、製造、維護角（jiǎo）度理解（jiě）數字孿生。而流程（chéng）行（háng）業則（zé）更多的（de）從（cóng）工廠的全生命周期視角，如工（gōng）廠（chǎng）的設計、采（cǎi）購、施工、工藝仿真優（yōu）化、安全生產運營角度（dù）來理（lǐ）解數字孿生。

Part 2 AVEVA劍維軟件靈動數（shù）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（de）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（tú）。

設計視圖：

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

運行視圖：

       基於傳感器與實時數（shù）據庫而表征物理工廠的運行狀態與響應（yīng）。具（jù）體表現形式包括工廠安（ān）全環保設施（shī）檢測（cè）的數據（傳感器、攝（shè）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（zhuàng）態的表達。

行為視圖：

       基於算法和數據（jù）分析（xī）模型（xíng）而描述物理工廠的過往並預測（cè）未來發展。例（lì）如：以工藝機理模型（xíng）、設備故障模型、曆史（shǐ）運行（háng）數（shù）據為（wéi）依（yī）據對（duì）工藝進行優化、對設備做預（yù）測性故障判斷（duàn）等行為。從而反饋到物理的工廠，預（yù）防故障、優化工藝、提高裝置收率。

Part 3 施（shī）工階段的價值

       工廠的數字孿生（shēng）建設是一個漸進的過（guò）程，在建設過程中，不斷發揮它（tā）的（de）價（jià）值，在施工階段，借助數字孿生（shēng）的設計視圖，可以在施工（gōng）開始（shǐ）之前進行裝置的多專業碰撞檢查，消（xiāo）除幹涉隱（yǐn）患，做到無碰撞施工；通（tōng）過精（jīng）細化的三維建（jiàn）模，可以精準的提供材料的用量，特別是（shì）大宗散材；可以協助進行管道焊接（jiē）過程（chéng）管理；進行4D施工（gōng）可視化，並實現工程（chéng）建設數據的數（shù）字（zì）化交付。

3.1無碰（pèng）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幹涉碰撞。傳統的純（chún）二維設計空（kōng）間表達的局限性造成了大量的幹涉。這些幹涉碰撞不僅（jǐn）增加施工返工成本，還（hái）會造成工期上的延誤。工程公司（sī）通過全專業三維正向設計，同時直（zhí）接輸出ISO圖、平麵圖，這（zhè）樣（yàng）完成碰撞檢查之後傳遞到施（shī）工現場的二維施工（gōng）圖也是（shì）無碰撞的，最終實現無碰撞（zhuàng）施工。

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（jīng）常是一筆糊塗（tú）賬。沒（méi）有人能算得清到底需要多少米電纜，根據二維（wéi）圖紙計算的電纜不太準確，會預留很大餘量，裝（zhuāng）置（zhì）建（jiàn）成時，大量未開封的電纜剩在倉庫裏，被當廢品賤賣，甚至直接掩埋。施工（gōng）單位可以對裝置（zhì）進行二次深化設（shè）計，把小管道、電纜在三維模型中補充，這樣就可以更精準（zhǔn）的統計管道（dào）、電纜專業的材（cái）料用量，減（jiǎn）少材料浪費（fèi）。AVEVA E3D的多專業協同（tóng）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（guǎn）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（shì）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（tǒng）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（zhōng）批量關聯管道加工（gōng）設（shè）計的焊縫信息，包括管道規（guī）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（xī）。並且實（shí）現基於上述數據的焊縫三維可視化、焊接進度監控、焊（hàn）縫統計報表、施工設計數據管理、焊接數據查詢（xún）、焊（hàn）接質量報表等功（gōng）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深化設計後（hòu）的施（shī）工（gōng）三維模型，對照施工計劃的WBS，實現4D施工模（mó）擬，通過4D施工模擬，可以模擬施工周期內的工（gōng）程進度（dù），可視化（huà）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（gōng）邊界，可視化展示實際的施工進度，可視化展示實際進（jìn）度和計劃進度的差異。

Part 4 結束語

       數字孿生建設的過（guò）程是不斷發揮價值（zhí）和創造效益的過程（chéng），在後（hòu）期運營階段如此，在前期（qī）施工階段亦（yì）是如此。這個過程，施工單位、設計院、AVEVA公司、合作夥伴通力合作，結合（hé）實際業（yè）務需求和痛點不斷嚐（cháng）試和創新，取得了（le）很好的成效（xiào）。