数字孪生技术在1350MW超超临界二次再热燃煤发电机组四大管道上的应用与实践

文｜中国电建集团上海电力建设有限责任公司 吴恩/中国电建集团北京华科软科技有限公司 何佳

1.概述

中国电建致力在火电工程领域打造高效清洁标杆，全力推进生态文明建设，在新一轮科技革命和产业变革的背景下，需通过强化科技战略支撑，来有效提升施工建设的全生命周期管控能力。由于大型火电工程施工建设阶段面临多方协同，复杂机组安装、管道预制、施工计划编制、施工方案优化、现场指导和施工交底等复杂情况，为进一步提高项目施工管理水平，提升管控能力，创新管理手段，需借助数字孪生体技术，解决施工全生命周期的问题，实现基于三维场景的管道安装管理与业务生产，实现对施工生产和项目管理的规范化、信息化和智能化，提升工程人员信息化水平，提高企业的竞争力和可持续发展能力。

2.应用内容

依托上海电力建设有限责任公司的安徽淮北平山二期1350MW 超超临界二次再热燃煤发电机组与高位机房的管道安装施工工程，北京华科软科技有限公司采用拥有自主知识产权的数字化开放平台，融合数字孪生体体系，设计研发“基于数字孪生体在管道施工管理中的应用系统”，结合实践，有效解决四大管道安装、三维仿真交底、四大管道预制、优化施工布置等场景下的实际施工生产和项目管理问题。通过基于“数字孪生体”技术体系在1350MW 超超临界二次再热燃煤发电机组四大管道上的应用与实践，形成标准化可推广的基于数字孪生技术的管道安装规程，实现对施工生产和项目管理的规范化、信息化和可视化。

2.1 辅助管道安装

基于数字孪生体搭建设计施工一体化的平台，在线实时查看运行时管道与汽轮机接口的误差位移，直观反映出现场施工和设计的复杂对应关系，帮助工程相关参建人员有效地理解设计方案，促进施工阶段各专业技术人员及时地对管道焊接、支吊架以及一、二次应力进行可视化查看与自主分析，避免管道安装存在难题和问题，有效检验设计的可实施性，确保管道有序、安全的安装。

2.2 三维仿真交底

基于数字孪生技术，采用以BIM 构件为载体的三维仿真交底技术，可于应用与研究成果中自主创建施工管道安装的工序及任务清单，进一步明确了涉及多方、多道紧密相连的高难度、高复杂度工序的相关工程技术责任划分及要求明晰，使设计要求准确无误的传达给现场施工操作人员，实现了管道设计模型与施工业务专题信息的一体化管理，实现相邻工序和专业之间的三维仿真交底，以更好的保证工程顺利开展。

2.3 管道预制

基于数字孪生技术，应用研究成果以三维可视化的方式虚拟演示管道预制中重难点、关键点、复杂节点以及误差较大部分的空间位置分布，提供了基于BIM 构件的管段参数、支吊架位置、焊点等信息录入通道，直观展示了复杂管道路径和管段分段的统一在线环境，为管道工程建设方提供了一体化共享平台，帮助专业技术人员解决管道预制难题，确保了管道预制信息传递，有效减少损耗，进一步实现了降本增效的目标。

2.4 优化施工布置

数字孪生技术集成了设计阶段的管道模型和管道图纸等信息，形成了基于数字孪生体的生产管理数据库，便于前期模拟以及集成分析，便于优化管线布置和施工方案。应用与研究成果基于BIM 构件的WBS 分解功能和基于管段的清单管理功能，施工专业技术人员可根据施工及管段安装的实际需要对施工工序进行可视化编排、对任务清单进行动态修订。极大满足了工程施工阶段对方案的灵活配置及管线的动态布置要求，达到了管道施工的数字化模拟仿真和优化目的。

3.应用成效

基于数字孪生体在管道施工管理中的应用与研究，充分挖掘了实际管道施工管理的业务需求，通过引入“数字孪生体”技术，不仅解决了试点工程在施工管理中的难题，同时形成了统一信息平台下的多专业协同、综合项目管控、施工优化布置等的规范化、可视化项目管理和施工应用服务，极大地消除了设计与施工阶段各环节、各专业间的信息壁垒，极大促进了大型管道施工工程各专业间的信息共享、大幅提升了空间与业务深度融合等方面的应用服务能力，为实际管道施工管理提供强有力的信息支撑，有效降低了沟通障碍，提高了工程施工执行效率。

3.1 在协同作业方面

应用与研究成果基于数字孪生体在管道施工管理中为管道施工建设的各参建方提供统一的、协同的信息服务通道，将设计阶段成果充分融合于施工阶段全过程，确保设计和施工的一致性沟通界面，使各方参建人员可根据需要，灵活对管道施工过程中存在的大量不确定性因素及时做出调整和部署，解决了管道施工阶段涉及的多方协同配合，责任划分问题。增强了多方协作能力，提升了多方沟通效率。

3.2 在项目管理方面

应用与研究成果基于数字孪生体在管道施工管理中采用交互式的三维动态视景来展示施工过程的模型管控与专项业务协同，将项目管理各个环节的信息量化、可视化，避免了大量工作重复和信息交叉，解决了管道施工的吊装、支吊架、对口、焊接、热处理、无损检验、保温、整体验收、开机运行等工程施工全周期的统筹管理，使管道施工项目管理的组织控制更有序、更便捷、更直观。

3.3 在效率提升方面

应用与研究成果基于数字化模型进行计划和协调的非现场制造和模块施工活动安排，通过虚拟布置，论证所有方参与、资源可用性、现场准入及其他相关事务的协调，实现前瞻性工期，以数字化的方式优化了工程业务流程，促使合理在线分配工作量，提高沟通时效性，实现了施工业务数字化、信息化和智能化，提升了工程施工管理效率。

3.4 在多维应用方面

应用与研究成果基于数字孪生体在管道施工管理中以BIM 技术为主导，融合云计算、互联网、虚拟现实等多技术融合的数字孪生体，通过统一的三维场景直观可视反映工程设计理念、总体施工管理状态及整体进度安排，有效解决了施工管理和现场生产难题，形成了多维应用的关键途径，为工程项目投产运营打好数字基础，为企业数字化应用和服务提供宝贵数据资产。

4.结论

基于数字孪生体在管道施工管理中的应用与研究，以“数字孪生技术”为核心，以三维可视化为手段，融合BIM 技术，为生产建设单位开发具有不同层级、不同专业、不同环节的基于数字孪生体在管道施工管理中的应用系统，构建了管道施工数据管理与应用服务框架，实现了管道施工过程的专业协同和信息共享，解决基于三维场景的施工管理与业务生产问题，实现了新一代信息技术在施工管理的深入应用和工程数据在全生命周期的服务延伸，为后续工程投产运营的应用开展打下良好基础。同时，促进了企业科技进步与管理创新，有效实现了工程建设科技含量高、资源消耗低、环境污染小、经济效益好的目标。