发电工程数字化移交的探讨

张 卫，王郁旭

(中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司，上海 200063)

0 引言

传统电厂通过全面采用数字化电厂技术应用到运行、检修、经营管理，实现数字化电厂建设。技术层面上，分布式控制系统(distributed control system，DCS)采用现场总线，提高系统整体可靠性、准确性以及安全性；运行层面上，系统监视范围从传统的系统端子排扩展到全厂，实现全厂监控，提供更多的设备信息，优化了操作和维护；投资层面上，减少项目的综合投资[1]。

从电厂的整个生命周期的角度来看，数字化电厂利用流程工业的计算机设计系统设计电厂的体系结构，采用可视化三维设计系统进行全厂布置，以满足设计、采购、施工、建设、调试、运行、培训、检修与维护、改造直至拆除等各个阶段的需求。数字化电厂基于先进控制系统、安全高效的网络平台和数据库平台，结合国际最新的管理理论和信息技术研究成果，实现电厂管控一体化系统的整合。数字化电厂以服务于企业资源计划(enterprise resource planning，ERP)管理思想为导向，充分利用信息技术对电厂的经营和生产管理系统进行全面改造与优化，以实现最大程度的效益。

数字化移交是数字化电厂建设的基础。数字化移交将电厂建设过程中参建各方形成的数字化产品，以统一的编码体系和标准进行采集和整理，形成电厂信息模型，为数字化电厂提供数据基础。数字化移交在工程建设期共享这些数据，确保工程各参与方的有效沟通，同时可以向业主移交一个与物理电厂相对应的数字化电厂，为智能电厂的数字建设提供一个基础数据支撑。

1 移交现状

1.1 传统移交

当前大部分电厂采用的是传统移交，建设期各承包商按照范围移交各自生成的文档、资料、模型等。但传统移交具有以下弊端：

1)传统移交由于缺乏统一的移交规范，数据的完整性、合规性、一致性难以保证；

2)传统移交后，还需投入大量时间和成本整理移交数据。

3)传统移交的移交物与电厂标识系统编码没有关联。

4)传统移交是面向施工，缺少支持电厂运维的数据。

5)电厂缺少统一的数据中心，不能连接各个运维应用，也使得各类改造、大修等数据无法及时更新，导致基建期的数据逐渐失去使用价值。

1.2 数字化移交

近年来，电厂数字化移交逐渐受到业主的重视。建设期，数字化移交方依据统一的移交规范收集各承包商的文档、资料、模型等，并建立以电厂标识系统编码为核心的关联关系，按照一定的规则上载至移交平台后整体移交。在运行期，业主可以集成其他信息系统，形成有效的数字资产，提高电厂的信息化管理水平[2]。数字化移交作为信息集成化的一种手段，具有以下作用：

1)规范工程数据移交方式，提升业主侧工程数据信息移交质量。

2)通过渐进式移交，各参建单位可以从数字化移交平台查看模型、图纸、文档等信息。

3)在电厂运行期，数字化移交的成果为运维人员提供实时的模型、图纸、文档、属性等信息，赋能运维工作，提升运维效率。

4)数字化移交提供与真实电厂保持一致的数字化电厂，在技改过程中提供三维可视技术协助。

5)数字化电厂是智能电厂的基础，智能电厂需要数据、算法、业务来实现自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等智慧工作，通过数字化移交，打造静态数据基座；通过实时数据系统，打造动态数据基座。

2 数字化移交应用

数字化移交在基建期，对设计、采购、施工等阶段产生的工程数据进行质量校验，形成模型和施工数据可视化的应用场景。业主在使用数字化移交成果和电厂信息系统数据的过程中，为电厂的运维工作提供信息查询的功能，在运行期形成了模型和信息可视化的场景，与电厂数字孪生应用结合，形成基于机理模型、大数据模型等可预测性维护的应用。

2.1 数字化移交基建期应用

数字化移交实现了基建期工程各参与方的交互，设计单位通过三维数字化设计协同提高设计效率，提升设计质量；施工单位在接受设计单位的数字化内容为施工可视化、材料管理提供帮助；业主在参与过程中，提高对工程质量的监督，在真实电厂建成前得到一个虚拟直观的数字化模型[3]。数字化移交主要有以下几个方面的应用：

1)施工进度管理三维可视化

通过进度计划任务与三维模型关联，实现施工进度三维可视化管理，辅助施工人员及时发现异常计划。

数字化移交与增强现实(Augmented Reality，AR)结合，可实现安装前现场模拟、承台开挖放线、预埋管验收、土建预留孔洞施工复核、钢结构安装复核、管道安装指导和验收等多个应用场景，达到施工作业可视化，提高施工精度和质量。

2)设计图纸交叉校验

对设计院、施工方、供应商等提供的图纸和文档进行检查和信息的交叉校验，确保多方提供的图纸信息、文档数据的一致性和正确性。

3)全过程多专业综合碰撞检查

在三维空间中发现电厂多方模型的碰撞，协助解决施工的潜在问题，避免施工现场存在的“差”“错”“碰”“漏”。

4)三维电缆智能敷设及材料统计

在三维空间中智能敷设电缆路径，计算出每根电缆的长度，通过定尺定盘对电缆成本精确控制，提高电厂建设管理。

5)三维空间优化管理

在三维可视化电厂空间中，从运维需求出发，重点检查电厂检修通道、阀门高度和操作空间、消防通道、各类平台的可达性等，完成对各类电厂设施布置的合理性检查，提升电厂运维的便利性。

2.2 数字化移交运行期应用

业主通过数字化移交平台收集设计、采购、施工、调试等数据，整合电厂运行管理数据实现电厂数字化。以数字化移交平台为基础，电厂的运营管理、设备资产管理与电厂监控信息系统等集成，实现电厂静态和动态信息的综合高效查询，拓展多种数字化应用场景，如模拟检修、三维可视化操作与消防演练等。电厂在数字化移交成果的应用有以下几方面：

1)全厂信息化模型三维显示与漫游(包含地下管网)

2) 数字化移交与电厂管理信息系统(management information system，MIS) 、厂级监控信息系统(supervisory information system，SIS)、视频监控、门禁周界、人员定位等系统结合，关联管控对象，集成数据，提升电厂运维效率，产生了以下具体应用：

①对接MIS 系统，快速查询基本参数信息、设计图纸、历史故障信息等，实现管道和设备实时监控；

②对接电厂两票系统，创建虚拟电子围栏，完成对电厂设备的检维修安全管控；整合动态仿真数据以及SIS 数据，对设备运行状态做出预测；

③结合人员定位建立虚拟巡检，实现巡检人员现场实时指导及路线轨迹跟踪、现场点巡检数据和SIS 数据自动比对等功能，保证巡检人员走对巡检路线，并对巡检人员巡检质量进行评估；

④对接视频监控和门禁周界，进行实时监控、出入记录查询、异常报警、紧急联动、逻辑开门等；

3)数字化移交结合消防预案，利用虚拟现实(virtual reality，VR)技术，实现模拟各种事故逃生演习；也可以结合设备精细模型搭建场景，提供设备模拟拆装培训。

4)三维数字化模型对象的空间信息与运行经验、工程计算、人工智能等工具结合，产生新的应用：

①基于三维可视化的防磨防爆管理[4]

通过对六大管道和锅炉受热面焊口的详细分类整理，基于现场感知设备的实时数据以及各类优化算法完成对焊口防磨防爆、膨胀变形等关键特征的快速定位及预警。

②基于三维可视化的智慧水网建设[5]

利用三维成像技术实现水网设备与管网系统的可视化，通过现场感知设备收集实时数据，根据机组负荷、季节影响、水质水量变化、环境温度等因素，考虑处理后的水质变化，结合多年运行经验，通过数据积累，实现系统的自动分析，调节应对。

3 数字化移交的发展趋势

在基建期，设计院和工程总包单位一起推进数字化正向设计，搭建设计审查移交一体化平台，设计、计划、采购、建造、安装、调试等数据的进一步整合；深化设计，施工单位参与完善小管道建模出图，设备厂商细化设备建模，完善设备属性和部件编码；加强管控，逐步推广项目渐进式移交，实施三维设计审查提高设计质量；实施三维交底和重大施工工序的模拟，提高施工质量；移交平台对接技经的概预算，及时为采购提供工程采购清单；对接项目施工计划，可视化展示设计、施工、采购等环节，优化项目建造周期；对接智慧工地、基建MIS、视频安防、人员定位等模块，提高对建造过程中的“人、机、料、法、环”的管理水平，形成以三维模型为承载、数据为支撑的全过程管控平台。

在运行期，数字化移交系统把三维模型、静态文档、动态数据整合在一起，形成电厂数字资产。可视化多维的数字信息集成应用平台，结合生产控制网、管理信息网、无线工业网的信息，整合智能发电平台和智慧管理平台的各项功能，利用物联网、5G 等技术，实现对数字化移交信息的有效利用。

数字化移交为数字孪生模型的构建提供了规范并准确的数据基础。数字孪生通过构建物理实体所对应的动态虚拟模型，从而对真实环境中的物理实体进行仿真与表达，为实际生产提供智能运行、生产优化等帮助[6]。

数字化移交过程中通过对数字孪生应用需求分析，收集与其相关的数字化内容并整合，建立与数字孪生应用所匹配的动态虚拟模型，通过现场感知设备，采集实时数据并与相关的数字化移交成果通过经验数据、计算分析、人工智能等调整、控制、预测设备的运行，构建智能电厂的数字孪生应用。从而提高设备的可靠性，提升系统的稳定性，提高电厂运行效率，为电厂降本增效提供帮助。

4 结语

电厂正处于从信息化、数字化向智能化、智慧化变迁的进程中。数字化移交正在当下，以应用为导向的数字化移交能更好地为用户创造价值。基建期的数字化移交的一些应用逐渐成为电厂建设的标准配置。运行期的数字化移交成果应用需要进一步的开发，在电厂智能化、智慧化的进程中，通过与云计算、大数据、数字孪生、人工智能、5G 等技术的结合，将发挥更大的作用。