數(shù)字化設(shè)計在電站全生命周期資產(chǎn)管理中的應(yīng)用

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(中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021)

數(shù)字化設(shè)計在電站全生命周期資產(chǎn)管理中的應(yīng)用

薛江，周凱，王斌

(中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院有限公司，四川 成都 610021)

為基礎(chǔ)設(shè)施提供全生命周期的資產(chǎn)管理服務(wù)已成為全球共識。為適應(yīng)電力設(shè)計行業(yè)市場的需求，在某電廠新建工程中采用基于電站工程信息模型(EIM)的全過程數(shù)字化協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)了一系列創(chuàng)新應(yīng)用，為設(shè)計、施工及運維期的全生命周期資產(chǎn)管理提供了一個嶄新的模式。這里從數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、數(shù)字化移交、施工和運維期的數(shù)字化應(yīng)用等方面加以了詳細闡述，并總結(jié)了數(shù)字化實施經(jīng)驗，提出了數(shù)字化技術(shù)展望。

數(shù)字化協(xié)同設(shè)計；數(shù)字化移交；全生命周期；資產(chǎn)管理

0 引 言

為基礎(chǔ)設(shè)施提供全生命周期的資產(chǎn)管理服務(wù)已成為全球共識。為適應(yīng)電力設(shè)計行業(yè)市場的需求，大力開展數(shù)字化協(xié)同設(shè)計，滿足數(shù)字化移交和業(yè)主全生命周期資產(chǎn)管理需要，在重慶神華萬州電廠新建工程(以下簡稱萬州工程)總承包中全面開展了針對全生命周期的數(shù)字化應(yīng)用。

資產(chǎn)包括信息資產(chǎn)與物理資產(chǎn)，兩者的基本區(qū)別是，信息資產(chǎn)是動態(tài)變化的，而物理資產(chǎn)是固定不變的。以三維可視化為特征的電站工程信息模型化模型(EIM)是數(shù)字化電廠的基石，是工程設(shè)計縱向數(shù)據(jù)貫通和橫向應(yīng)用集成的紐帶，是工程設(shè)計向工程建設(shè)、工程建設(shè)向工程運維移交數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

下面以工程設(shè)計協(xié)同管理平臺整合各專業(yè)設(shè)計產(chǎn)生的數(shù)字化資產(chǎn)，并采集源于設(shè)備采購系統(tǒng)、工程建設(shè)管理系統(tǒng)、項目計劃進度控制系統(tǒng)等項目管理應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)字化資產(chǎn)，建立起面向工程全生命周期的數(shù)字化資產(chǎn)管理體系，實現(xiàn)了信息組織、信息變更、信息搜索、知識管理等數(shù)字化資產(chǎn)的化管理，為萬州工程提供了基于電站工程信息模型(EIM)的全生命周期管理解決方案，圖1為數(shù)學化整體方案框架。

1 數(shù)字化協(xié)同設(shè)計

1.1 數(shù)字化設(shè)計范圍與深度

萬州工程數(shù)字化設(shè)計覆蓋了機械、電控、土建等各領(lǐng)域，涵蓋了熱機、除灰、脫硫、供水、化水、暖通、電氣、自動化、建筑、結(jié)構(gòu)、總圖等發(fā)電所有專業(yè)，從投標、初步設(shè)計、司令圖到施工圖設(shè)計階段全過程采用。

1.2 數(shù)字化設(shè)計平臺

對于有多專業(yè)參與的大型復(fù)雜工程，不同的專業(yè)很難有統(tǒng)一的數(shù)字化設(shè)計平臺，專業(yè)軟件的分隔為專業(yè)間的數(shù)字化協(xié)同帶來很多問題。經(jīng)多年發(fā)展逐步擴大數(shù)字化設(shè)計專業(yè)范圍，西南電力設(shè)計院有限公司創(chuàng)新性地開發(fā)出了設(shè)計與管理一體化的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計管理平臺。該平臺集合了國際主流的數(shù)字化設(shè)計軟件，基于統(tǒng)一規(guī)劃、整體布局的原則，實現(xiàn)了縱向的數(shù)據(jù)協(xié)同和橫向的專業(yè)協(xié)同；實現(xiàn)了覆蓋發(fā)電全階段、全專業(yè)的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計；實現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計對采購、施工、調(diào)試和運維的支撐。萬州工程數(shù)字化設(shè)計是此成熟數(shù)字化設(shè)計解決方案的一次集中應(yīng)用。

圖1 數(shù)字化整體方案框架

1.3 多專業(yè)協(xié)同方法

工藝系統(tǒng)、電控設(shè)計平臺通過工作層或工作區(qū)的手段實現(xiàn)平臺內(nèi)各專業(yè)二維數(shù)字化設(shè)計的協(xié)同。通過自主開發(fā)的接口，工藝系統(tǒng)、電控設(shè)計平臺的二維設(shè)計數(shù)據(jù)可以順利實現(xiàn)與機械布置設(shè)計平臺的數(shù)據(jù)傳遞。

以機械工藝為主導(dǎo)的區(qū)域，機械布置設(shè)計平臺是區(qū)域內(nèi)各專業(yè)協(xié)同的平臺。該平臺實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)各專業(yè)布置設(shè)計的整合協(xié)同，實現(xiàn)機械專業(yè)的設(shè)計出圖。土建、電控及其他一些布置設(shè)計平臺的數(shù)據(jù)和模型根據(jù)需要可選擇合適的方法與機械布置設(shè)計平臺進行傳遞。

土建設(shè)計平臺通過鏈接和工作集的方式實現(xiàn)同平臺設(shè)計的各專業(yè)間的數(shù)據(jù)和模型整合協(xié)同，同時利用自主開發(fā)的接口可以向機械布置設(shè)計平臺傳遞數(shù)字化模型。

各設(shè)計平臺間的數(shù)據(jù)和模型傳遞均通過協(xié)同設(shè)計管理平臺完成，從而實現(xiàn)質(zhì)量和流程的控制。

2 數(shù)字化移交

依托計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)手段越來越廣泛地被用于石油、化工、電力、鋼鐵、醫(yī)藥、造船、建筑等行業(yè)，這為業(yè)主采用新的營運管理模式提供了可能，而數(shù)字化移交便是實現(xiàn)新的營運管理模式的必要前提。通過數(shù)字化移交，業(yè)主在接收一個物理工程的時候，還可以得到一個數(shù)字化的工程。來自設(shè)計、施工、調(diào)試各階段的海量信息可以以非實物方式被集中、關(guān)聯(lián)、查詢、使用，深度影響了傳統(tǒng)的運營管理方式；同時作為基礎(chǔ)的設(shè)計信息也廣泛為施工、調(diào)試等階段所用，為設(shè)計之后的階段帶來深度的變革。

西南電力設(shè)計院有限公司數(shù)字化移交以電站工程信息模型(EIM)數(shù)據(jù)管理為基礎(chǔ)，通過工程設(shè)計協(xié)同管理平臺進行數(shù)據(jù)的組織和移交。在電站工程信息模型(EIM)管理的基礎(chǔ)上，提供了可控、可篩選的方式組織工程信息，形成業(yè)主所需的三維數(shù)字化電廠移交數(shù)據(jù)包，為業(yè)主實現(xiàn)數(shù)字化工廠管理提供準確的工程信息基礎(chǔ)保證；可以實現(xiàn)多系統(tǒng)信息集成、運行輔助、應(yīng)急指揮輔助、知識管理、信息搜索與查看、信息變更管理、廠內(nèi)工程支持等。

3 施工數(shù)字化應(yīng)用

基于電站工程信息模型(EIM)自主研發(fā)了電廠工程建設(shè)管理信息系統(tǒng)(簡稱基建MIS)，以數(shù)字化三維模型為基礎(chǔ)，通過與P6工程項目進度管理軟件的融合，打造了設(shè)計施工一體化的工程項目管理信息化系統(tǒng)，對工程投資費用、進度、質(zhì)量進行有效控制，提高電廠建設(shè)管理水平。

1)可視化施工管理

利用電站工程信息模型(EIM)，為施工現(xiàn)場提供了高效的可視化施工管理。數(shù)字化模型不是簡單的實體模型，而是在模型中加載了各類數(shù)據(jù)信息，包括設(shè)計參數(shù)、材質(zhì)、介質(zhì)、保溫、型號等，實現(xiàn)了虛擬距離測量、名稱顯示、屬性查詢等功能，管理人員可以快速而形象化地獲取工程信息。

2)可視化采購管理

利用數(shù)字化的模型信息，為現(xiàn)場施工采購提供強有力的數(shù)據(jù)支撐，實現(xiàn)了模型與采購供貨明細、合同文檔等的熱點關(guān)聯(lián)和一體化管理。

3)施工進度三維模擬

通過對模型瀏覽軟件與P6接口的二次開發(fā)整合，三維模型中加載的設(shè)備材料清冊與P6網(wǎng)絡(luò)計劃中的結(jié)構(gòu)分解碼(WBS)建立了對應(yīng)關(guān)系。當在P6中生成實際施工進度表后，就可以以不同方式進行施工進度可視化模擬，不僅可以展示各個設(shè)施的施工狀態(tài)，還可以通過施工進度條上滑塊的移動展現(xiàn)某日的實際施工進度，如圖2所示。

4)隱蔽工程可視化

三維可視化的設(shè)計成果為現(xiàn)場隱蔽工程的施工提供了全新的模式。施工單位可以方便地查詢相關(guān)隱蔽工程的情況，便于合理組織施工計劃、減少開挖次數(shù)、減少返工、避免對已施工隱蔽項目的破壞等。即使施工完成多年后，業(yè)主的運行維護和改造也可從中獲得有力幫助。

圖2 施工進度三維模擬應(yīng)用

5)移動互聯(lián)技術(shù)

萬州工程采用了移動互聯(lián)解決方案為現(xiàn)場施工提供服務(wù)，將EIM的使用范圍擴展出桌面，革命性地改變了施工模式、安全管理流程、文檔管理以及調(diào)試運營和竣工交付流程。只要能訪問互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場服務(wù)器，均可使用移動平板等工具訪問異地的文件或數(shù)字化模型。即便是缺乏無線網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，也可以采用預(yù)先下載到本地的方式實現(xiàn)現(xiàn)場查看圖紙、文檔和數(shù)字化模型等功能。

4 電廠運維數(shù)字化應(yīng)用

1)虛擬現(xiàn)實技術(shù)

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可實現(xiàn)三維模型在運維階段設(shè)施維修和安全培訓等數(shù)字化仿真的應(yīng)用。該方案通過先進的圖像顯示技術(shù)實現(xiàn)了大容量工程模型的快速響應(yīng)，并采用實時干涉檢測和重力模擬技術(shù)，允許用戶實時有效地模擬實際環(huán)境，提高用戶感知度。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)提供了強大的后期仿真培訓的功能，業(yè)主能在虛擬環(huán)境中自主定制各種各樣的操作手則、操作流程和安全規(guī)程，并通過預(yù)先設(shè)定任務(wù)和操作步驟，實現(xiàn)對新員工的入崗培訓和事故處理演練。

2)數(shù)字化生產(chǎn)管理

萬州工程中提出了基于電站工程信息模型(EIM)的數(shù)字化運行管理解決方案，通過運維系統(tǒng)的定制能力，在電站工程信息模型(EIM)的支撐下，實現(xiàn)與運維ERP 、廠級監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)、設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)(EAM)的對接，可訪問運行階段的實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)在可視化運行管理系統(tǒng)中的顯示。如果進一步深化數(shù)字化電廠應(yīng)用，還可以實現(xiàn)智能巡點檢管理、智能生產(chǎn)視頻監(jiān)控、智能安防視頻監(jiān)控、智能火災(zāi)報警及控制等。

5 結(jié) 語

所提出的萬州工程全生命周期管理解決方案覆蓋了各專業(yè)的各個設(shè)計階段以及從設(shè)計、采購、施工、調(diào)試到運維的全部工程階段。

目前數(shù)字化電廠尚缺乏標準化和規(guī)范化，電力行業(yè)急需建立起行業(yè)數(shù)字化技術(shù)標準。此外數(shù)字化電廠建設(shè)的跨度和難度非常大，涉及設(shè)計、采購、施工、調(diào)試到運維等眾多流程，相關(guān)方的數(shù)字化水平參差不齊，建設(shè)高水平數(shù)字化電站還存在諸多短板。

隨著數(shù)字化技術(shù)進一步向縱深推進，必將推動發(fā)電工程理念的革新，基于全生命周期資產(chǎn)管理的數(shù)字化電站將成為主流，全面提升電廠的信息化和運維水平，將不斷增強電力企業(yè)的市場競爭力和盈利能力。

It has been a popular consensus to provide the assets lifecycle management service for the infrastructure. In order to meet the needs of power design market, a whole process digital collaborative design based on engineering information model (EIM) is adopted to realize a series of innovations, which provides a new mode for assets lifecycle management during design, construction, operation and maintenance. The digital collaborative design, digital handover, digital application during erection, operation and maintenance are described in detail, the experiences of digital implementation are summarized and the expectation of digital technology is presented.

digital collaborative design; digital handover; full lifecycle; asset management

TM73

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1003-6954(2017)05-0082-03

薛 江(1974)，學士、高級工程師，從事火力發(fā)電廠熱動專業(yè)及數(shù)字化設(shè)計和技術(shù)管理工作。

2017-06-27)