数字技术在核电安装工程建设中的应用研究

摘  要：随着近几年国内核电工程陆续开工，核电工程建设单位对企业“数字化转型”需求日趋强烈，加强数字技术应用提升数字化水平成为必然选择，从全周期视角去构建项目管理平台，让以BIM、云平台及可视化技术等为代表的数字技术在核电安装工程中得到广泛应用，解决施工过程中的一系列技术难题，提高了工程管理水平和劳动生产率，为工程质量和安全管控提供坚实保障，数字技术将成为核电安装工程创新发展新动能。

关键词：核电;安装工程;数字技术;应用研究

中图分类号：TP39     文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）21-0126-04

Abstract： With the continuous commencement of domestic nuclear power engineering in recent years， the demand of nuclear power engineering construction units for “digital transformation” of enterprises is becoming stronger and stronger， strengthening the application of digital technology to improve the level of digitalization has become an inevitable choice， build a project management platform from the perspective of the whole cycle， make digital technology represented by BIM， cloud platform and visualization technology is widely used in nuclear power installation engineering to solve a series of technical difficulties in the construction process， which improves the level of project management and labor productivity， provides a solid guarantee for the project quality and safety control， digital technology will become a new driving force for the innovative development of nuclear power installation engineering.

Keywords： nuclear power; installation engineering; digital technology; application research

0  引  言

核電工程作为国家超级工程，具有投资费用高、工程体量大、建设周期长、技术难度大、质量和安全管理标准要求高等特点，在工程项目的规划、设计、制造、土建、安装、调试阶段均需投入大量的人力、机械、物质、能源等去保障工程建设任务建设需要，在过去的几十年当中，我国一直采用传统的核电建造模式，建造数据信息难以集成和整合，形成核电建造数据孤岛，核电工程上游设计、设备制造、安装单位之间因各自业务范围限制和数据交互壁垒难以共用同一个设计施工管理平台，核电工程建造常以二维图纸为主，缺少统一的三维建造模型，建造技术迭代迟缓，随着我国资源优势和人口红利逐渐褪去，核电行业需要用新的增长方式用以提高生产效率，数字技术的出现为核电建设开辟了一条康庄大道，以“数据”要素为依托，持续推进核电安装工程数字化进程必将为工程建设进度、质量、安全提供保障，实现企业数字化转型目标，为企业高质量发展注入新动能。

1  核电安装工程数字化建造转型概况

在国家提出“双碳”目标背景下，我国能源电力系统清洁化、低碳化转型进程要进一步加快，核能作为近零排放的清洁能源，将具有更加广阔的发展空间。同时政府工作报告指出“在确保安全的前提下积极有序发展核电”，截至2020年底我国大陆地区在运核电机组达到48台，总装机容量4 988万千瓦，在建核电机组17台以上，装机容量1 853万千瓦;到2025年，在运核电装机达到7 000万千瓦，在建5 000万千瓦;到2035年，在运和在建核电装机容量合计将达到2亿千瓦。“十四五”及中长期规划，核能在我国清洁能源低碳系统中的定位将更加明确，作用将更加凸显，核电建设将按照每年6～8台持续稳步推进[1]，拟新建机组数量如表1所示，这为核电建造企业数字化转型带来了新的契机，然而核电建造的经济性很大程度上决定了核电技术在电力市场竞争力，为此需采用创新性的施工技术、管理手段，提升建造效率、缩短建造工期。数字技术则为核电安装企业提升建造经济性、市场竞争力、保障设计安全性，提升工程质量，保证机组运行安全提供了新动能。

2  数字技术在核电安装工程建设领域应用现状及布局

2.1  数字技术在核电安装工程领域应用现状分析

当前，中国正在经历一场以物联网、大数据、云计算、人工智能为代表的数字技术革命，国内大中型建筑企业纷纷出台自身的数字化转型发展规划，推动数字化“新基建”，将数字技术与工程建造深度融合加快新旧动能转化，建设现代化工程建造体系，数字技术逐步成为关键的生产要素之一。在华龙一号、示范快堆、ITER项目、CAP1400、EPR、CPR1000、高温气冷堆等堆型建造上实现了部分核岛三维设计与安装施工协同。经过统计，上述项目多是以二维设计图为基础绘制的三维模型，上游设计单位、设备制造和安装单位之间缺少共用的协同设计平台，导致BIM技术的应用范围和深度受限，虽然解决了施工中的一些技术和施工逻辑问题，但在应用深度上还需进一步研究探索。在项目管理方面，核电工程建造常采用ENPOWER、NICE、CANPPE2、DCM、P6等专业管理软件，上述软件在专业功能上表现突出，而在与三维模型集成方面存在不足，难以实现数据互通。在日常使用过程中，需要人工报送各类报表和重复录入数据，处于数据集成、整合及数据分析初级阶段，未能发挥“数据”作为生产力倍增器的作用，在业务中导致“数据”提升管理和生产效能不明显，为此数字技术在核电安装工程中需从业务层梳理，提炼主数据、闭环验证业务数据，进而从数据层衔接及逻辑校验，在技术上实现数据统一、完整、有效，为深入的数据分析及决策提供依据[2]。

2.2  核电安装工程数字化建造技术应用布局

分析核电站核岛安装工程建造阶段整体布局和建造模式，从项目管理的全周期进行数字技术应用布局，以“先整体规划再布局、先研究數字技术架构后进行应用，先试验后部署实施”为原则，结合核电安装工程项目需要和数字技术行业发展现状，完善总体布局和应用优化，构建起项目协同管理平台，如图1所示。首先解决当前急需问题，再进行细节和功能完善，深入研究数字技术应用效果，逐步提升数字化技术应用的效率和效益[3]，新建核电机组安装工程项目数字化技术采用分阶段布局方式，将数字技术应划分为项目筹备、实施、收尾三个阶段。

3  数字建造技术应用

3.1  三维设计技术在核电建造中应用

三维设计技术作为计算机辅助技术中的重要一项，代表了世界上工程设计技术的最高水平，是设计手段和设计方法的革命性变革，最突出的特点是直观、形象[4]。在国际上核电发达国家及其企业，均使用三维设计系统作为其为核电设计的技术和设计管理手段进行核电工程的设计和建造。此项技术大大提高了设计管理效率，缩短了设计时间，同时利用三维模型数据进行设备制造、工程建造和调试工作提高了效率降低了工程建造费用，实现设计成果的浏览和应用。我国在核电工程设计中采用BIM技术进行三维设计，如图2所示，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，对工程项目设施实体与功能特性的数字化表达[5]，完善的信息模型能够连接项目生命期不同阶段的数据、过程和资源，是对工程对象的完整描述，其具有单一工程数据源，可解决分布式、工程数据之间的一致性和全局共享问题，支持建设项目生命期中动态的工程信息创建、管理和共享。

3.2  三维设计协同管理平台应用与技术创新

在核电项目不同专业设计全面采用三维设计软件的基础上，考虑不同专业、不同阶段对三维模型的需要，采用三维设计协同平台，实现上、下游专业设计使用的三维设计软件之间的双向接口关系，实现设计、建造、管理之间高度协同的数字化业务模式，促进BIM技术更好的为核电安装工程服务。目前，在核电工程建设过程中正在以三维设计协同平台为依托，逐步完备三维模型信息对工程对象进行三维几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述以及工程逻辑关系等，进一步加强设计、制造、施工间的深度融合，对工程问题进行整合、分析、模拟，解决施工过程中发生的问题，利用数字技术改变施工工艺、提高生产设备性能、效率和自动化程度，高效的完成施工任务[6]，除此之外，数字技术通过促进核电工程安装技术创新，推动劳动生产率提升。

3.3  多项目管理平台开发与应用

数字技术促进施工技术创新的同时也会改进企业管理技术，当前核电安装工程在建设期间基本实现了项目管理信息化，由于核电项目间存在管理模式、建造模式上存在差异致使信息化水平参差不齐，通过对在建核电工程项目进行调查研究，各个在建核电机组上游三维模型数据与现阶段应用的工程项目管理软件还未建立数据接口关系，未共用数据主线让设计与建造间、业务层数据与管理层数据有效衔接，在项目管理方面采用P6软件进行进度控制，WMS进行物资仓储管理，GEPS进行费控管理，各个专业软件相对独立难以有效对接。旨在加强项目在项目进度、费用、质量和风险管理等重点领域的管控，建立核电多项目协同的智慧核建管理平台，将工程项目离散、杂乱的信息数字化，利用数据分析项目管理工作中的边界、时间、成本、质量、人力资源、沟通、风险、采购、预决算管理等方面的工作，梳理业务主数据，闭环验证业务数据，转变为量化的数字信息，再进而从数据层加以数据衔接及逻辑校验，达到数据统一、完整、提高实用性[7]，解决项目管理中的资源浪费、进度迟缓、效率低下问题。研究发现，事实上数据本身并不产生效益，将数据转变为信息才会产生价值[8]，才能为管理和决策服务，因此建设项目管理平台就是对项目信息进行趋势分析、异常报警和性能分析，及时提醒发现的问题并解决问题，为提高核电项目管理学效率提供更好的技术支持，以数字化技术促进核电安装工程建造期间全周期的综合资源利用效率提升，降低项目成本提供效益[7]。

3.4  核电智慧工地建设

核电智慧工地的规范化建设，应根据工程特点并参照《智慧工地功能模块与感知终端建设指南》与《智慧工地建设导则》的要求配置不同的系统功能，贯穿工程项目实施全过程，直至竣工验收，应根据项目工程建设和地方政府规定的配置需要，进行分级管理，配置相关的功能模块，构建智能监控和防范体系，有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现对人、机、料、法、环、测的全方位实时监控，变被动“监督”为主动“监控”;做到事前预警，事中常态检测，事后规范管理，实现全天候的监控管理，全过程的安全监督，全方位的智能分析，有效提高建筑施工现场管理水平，实现施工生产智能化管理，利用传感器对施工过程中产生的人员、安全、质量、生产、环境等数据进行采集，实现互联协同、全面感知、辅助决策、智能生产、科学管理等功能的智慧化工地监控云平台，如图3所示，形成“端+云”的业务体系和管理模式，打通从一线操作与远程监管的数据链条。

智慧工地采用作业区终端+本地管理平台+总部管理平台的三级应用模式，依托于工地有线/无线网，数据采集设备以及相关传感设备等基础设施，将智慧工地管理系统与核电多项目平台管理系统进行集成，利用智慧工地管理系统上的感知设备收集数据信息与项目管理平台数据端口进行衔接，构建完善的数据链条，形成数据闭环管理，增强企业核电安装工程建造实力。

4  结  论

核电安装工程建设中将数字建造技术贯彻核电工程全过程，通过对知识的深度发掘，从知识中产生新的知识，让核电安装工程建造技术与数字技术融合，优化工程管理模式从粗放生产模式向精益模式转变，依靠数字技术去分析问题产生的线索、关联性和根本原因，将不可见问题显性化，解决工程中不可见问题，增强核电安装工程管理能力、提供生产效率，重塑生产力发展模式，重构生产组织结构、提高产业效率和管理水平，保障核电建设安全和质量。

参考文献：

[1] 张廷克，李闽榕，尹卫平，等.中国核能发展报告（2021） [M].北京：社会科学文献出版社，2021.

[2] 经静.三代核电的智慧工程项目管理系统分析 [J].电子技术，2020，49（6）：84-85.

[3] 李兵，范桂斌，邵克军，等.“华龙一号”土建工程数字化建造技术应用 [J].中国核电，2017，10（4）：528-531+551.

[4] 焦力兴，杨泽恒.三维技术在核电工程建设中的应用探索 [J].产业与科技论坛，2017，16（6）：77-78.

[5] 袁翱，胡屹，袁飞.BIM工程概论 [M].成都：西南交通大学出版社，2017.

[6] 占云晴.数字技术应用对工业劳动生产率的影响研究 [D].杭州：浙江财经大学，2019.

[7] 张礼立.智能制造创新与转型之路 [M].北京：机械工业出版社，2017.

[8] 李杰，倪军，王安正.从大数据到智能制造 [M].上海，上海交通大学出版社，2016.

作者简介：郑艳奇（1983.02—），男，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，本科，研究方向：核电站设备及管道安装工程。