數(shù)字孿生賦能數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級

文/吳泳江

◎基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化光輝大獎賽

2021年歲未，Bentley公司每年一度的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化光輝大獎賽如約而至。這項(xiàng)賽事旨在表彰過去一年中Bentley 軟件用戶在推進(jìn)全球基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營方面做出的突出貢獻(xiàn)。共有來自45個(gè)國家和地區(qū)的230多個(gè)組織提交了近 300 個(gè)參賽項(xiàng)目，中國區(qū)67個(gè)項(xiàng)目參賽中15項(xiàng)入圍決賽，最終10個(gè)項(xiàng)目獲獎，其中包括6個(gè)光輝大獎和4個(gè)創(chuàng)始人榮譽(yù)獎，范圍涵蓋交通、數(shù)字工廠、智慧城市、電力及新能源、數(shù)字化施工等多個(gè)領(lǐng)域，展現(xiàn)了中國基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)在數(shù)字化領(lǐng)域所取得的卓越成就。

近年來，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了令人矚目的成績，其中數(shù)字化能力的提升是關(guān)鍵因素之一。為此，我們專門對Bentley公司專家和部分獲獎企業(yè)代表進(jìn)行了采訪，就基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化光輝大獎、數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)展等熱點(diǎn)問題進(jìn)行了交流。

數(shù)字化的成功探索

近年來，數(shù)字化轉(zhuǎn)型是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)問題。Bentley一直全力推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，此次數(shù)字化光輝大賽獲獎項(xiàng)目之一，世界上首套最小裝機(jī)亞臨界煤氣發(fā)電工程——江蘇龍騰特鋼60MW發(fā)電工程的數(shù)字化可以說是一個(gè)成功的探索。

該發(fā)電工程，采用超高溫亞臨界一次中間再熱機(jī)組，開創(chuàng)了高參數(shù)、小型化發(fā)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域先河。利用鋼廠富余煤氣發(fā)電，為早日實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”的目標(biāo)做貢獻(xiàn)。中冶京誠工程技術(shù)有限公司在這個(gè)項(xiàng)目上通過數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)字化建模構(gòu)建、數(shù)字化交付、數(shù)字化施工、數(shù)字孿生、數(shù)字化運(yùn)維取得了卓越成效。他們以數(shù)字化工廠和大數(shù)據(jù)為核心，融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)人工智能技術(shù)、數(shù)字孿生技術(shù)，搭建鋼鐵智慧生產(chǎn)運(yùn)營管理體系。

主要數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用包括：

1）數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)。應(yīng)用ProjectWise作為協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，對設(shè)計(jì)過程與設(shè)計(jì)成果進(jìn)行管理，各專業(yè)基于平臺進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，極大減少了設(shè)計(jì)中的錯漏碰撞，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

2） 數(shù)字化模型構(gòu)建。設(shè)計(jì)模型結(jié)合傾斜攝影建模的方式，完成全場的數(shù)字化模型構(gòu)建。

3）數(shù)字化交付?；贏ssetWise開發(fā)工程數(shù)據(jù)中心，建立以“工廠對象為核心”的網(wǎng)狀關(guān)系數(shù)據(jù)庫，全生命期的數(shù)字化交付，成為構(gòu)建數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)。

4）數(shù)字化施工?；赟YNCHRO4D施工模擬，制定了合理的施工計(jì)劃，有序安排施工順序，極大減少了返工。

5）數(shù)字孿生。以生產(chǎn)流程、設(shè)備和工藝的數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，采集現(xiàn)場控制器、設(shè)備等數(shù)據(jù)信息，利用現(xiàn)場的工藝設(shè)備信號對數(shù)字化模型的動作進(jìn)行驅(qū)動，完成數(shù)字化模型與實(shí)體工廠的實(shí)時(shí)同步。

6）數(shù)字化運(yùn)維?；跀?shù)字化工廠管控平臺，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、能源、設(shè)備和物流的集中管控，智能調(diào)度管理，將生產(chǎn)系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到虛擬的數(shù)字化工廠中，進(jìn)行生產(chǎn)過程復(fù)現(xiàn)，提出工藝參數(shù)改進(jìn)，再進(jìn)行生產(chǎn)過程推演，通過反饋分析和仿真模擬的不斷循環(huán)，以量變促質(zhì)變，達(dá)到產(chǎn)線性能的升級革新。

中冶京誠數(shù)字化BIM中心主任張鶴說，這個(gè)項(xiàng)目走到了數(shù)字化交付，這是中冶京誠數(shù)字化的升級模式。2019 年之前，中冶京誠更多的是應(yīng)用BIM技術(shù)來解決設(shè)計(jì)協(xié)同以及施工難點(diǎn)的問題。隨著國家推進(jìn)智能制造并明確把數(shù)字化交付作為智能制造基礎(chǔ)的支撐，中冶京誠開始從設(shè)計(jì)驅(qū)動走向數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化交付雙輪驅(qū)動。

張鶴介紹說，中冶京誠在2020年采購了Bentley的iTwin數(shù)字孿生服務(wù)平臺，為業(yè)主提供數(shù)字化工廠服務(wù)。就拿龍騰特鋼這個(gè)項(xiàng)目來講，項(xiàng)目體量不是特別大，總投資3個(gè)億左右，但是適用性很廣，復(fù)制性比較強(qiáng)，在雙碳的大背景下節(jié)能減排意義重大，因?yàn)獒槍π◇w量的高爐煤氣發(fā)電的整體效率提高了，整個(gè)產(chǎn)生的效益也相應(yīng)提高了。我們以BIM和數(shù)字化技術(shù)來賦能這樣的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化交付和數(shù)據(jù)服務(wù)，提升了效益，實(shí)現(xiàn)了多贏。

晉南鋼鐵二期曲沃基地產(chǎn)能減量置換項(xiàng)目轉(zhuǎn)爐連鑄項(xiàng)目是晉南鋼鐵集團(tuán)重要的產(chǎn)能優(yōu)化布局，項(xiàng)目總投資額7億元，計(jì)劃利用先進(jìn)的余熱回收技術(shù)，高效回收高溫?zé)煔庥酂?，年供?yīng)蒸汽26萬噸，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤量，年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量為3.5萬噸。

業(yè)主的產(chǎn)能優(yōu)化，也意味著作為設(shè)計(jì)施工總承包單位的中冶南方工程技術(shù)有限公司要想方設(shè)法進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工的優(yōu)化，為此制定了相應(yīng)的數(shù)字化技術(shù)路線：協(xié)同設(shè)計(jì)，施工模擬，數(shù)字交付，走向數(shù)字孿生。

三維協(xié)同設(shè)計(jì)的效益很明細(xì)，例如利用三維模型進(jìn)行仿真，對轉(zhuǎn)爐大包的支座、轉(zhuǎn)爐的支座進(jìn)行應(yīng)力和運(yùn)動仿真，同時(shí)對中間包的溫度場進(jìn)行仿真，優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)間，降低了出鋼的溫度，提高了鋼產(chǎn)量2 000余噸，減少了能源消耗，每噸剛減少了碳排放0.1噸。在設(shè)計(jì)與施工協(xié)同方面也取得了突破，例如，將部分建筑修改為裝配式構(gòu)件，利用三維模型進(jìn)行合理分塊并進(jìn)行預(yù)拼裝，在工廠預(yù)制，節(jié)約了工期30余天，節(jié)約了大量的資源，減少了環(huán)境污染?？梢暬坏准?D施工模擬，優(yōu)化施工方案和方法，縮減了施工周期，保障了全程無傷亡等安全事故發(fā)生。

中冶南方BIM中心副主任褚學(xué)征談到，項(xiàng)目剛剛啟動，不確定性風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)了，武漢爆發(fā)了疫情，協(xié)同設(shè)計(jì)給我們幫了大忙，最大限度保證了整個(gè)項(xiàng)目的順利實(shí)施。項(xiàng)目整體達(dá)到了建設(shè)技術(shù)先進(jìn)、綠色環(huán)保智能鋼鐵廠的目標(biāo)，受到了甲方的好評。我們公司也成為武漢市復(fù)工復(fù)產(chǎn)先進(jìn)典型。中冶南方將在數(shù)字化道路上繼續(xù)前行，在“十四五”期間要涵蓋工程全生命周期服務(wù)。

對于中國用戶在數(shù)字化進(jìn)程中所取得的進(jìn)步，Bentley公司全球高級副總裁、北亞區(qū)總裁劉德盛表示：“數(shù)字化轉(zhuǎn)型不但在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段發(fā)揮了提質(zhì)增效的作用，也為商業(yè)模式創(chuàng)新提供了可行的解決辦法。我們很開心看到數(shù)字化轉(zhuǎn)型特別是數(shù)字孿生技術(shù)在中國落地生根、快速發(fā)展，我們正在工程項(xiàng)目的全生命周期服務(wù)這個(gè)鏈條上不斷發(fā)力，助力推進(jìn)各行各業(yè)的數(shù)字化?！?/p>

從CAD、BIM到數(shù)字孿生

梳理近兩三年數(shù)字化光輝大獎賽獲獎項(xiàng)目，我們能很直觀的感受到BIM和數(shù)字孿生等技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛也越來越深入。數(shù)字孿生技術(shù)不僅改變了傳統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工到后續(xù)運(yùn)營維護(hù)全流程的運(yùn)作模式，在此基礎(chǔ)上通過大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的深入應(yīng)用，未來還會進(jìn)一步催生出更加多樣化的創(chuàng)新產(chǎn)品、創(chuàng)新服務(wù)，乃至與上下游產(chǎn)業(yè)結(jié)合創(chuàng)造出新型商業(yè)模式。

2019年Bentley公司宣布推出新的用于基礎(chǔ)設(shè)施工程數(shù)字孿生的iTwin云服務(wù)。公司創(chuàng)始人兼首席技術(shù)官Keith Bentley曾表示，“我們正處于‘?dāng)?shù)字孿生時(shí)代’，其發(fā)展步伐每天都在加快。使用開放、實(shí)時(shí)、可靠和永不過時(shí)的數(shù)字孿生取代有著數(shù)十年歷史的非聯(lián)網(wǎng)紙質(zhì)工作流和工作產(chǎn)品，可提供巨大的優(yōu)勢。通過開源平臺將其與創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)相結(jié)合，為基礎(chǔ)設(shè)施帶來不可阻擋的變革力量。對基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)內(nèi)人士和Bentley軟件公司來說，沒有什么比這個(gè)這更令人興奮了?！?/p>

兩年多的時(shí)間，數(shù)字孿生技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)不斷給人們帶來驚喜，該技術(shù)在獲獎項(xiàng)目中所呈現(xiàn)越來越豐富的應(yīng)用就是最好的證實(shí)。從交通運(yùn)輸、供水網(wǎng)絡(luò)和水處理廠到發(fā)電站、鋼鐵廠和數(shù)字城市，幾乎所有領(lǐng)域都有數(shù)字孿生技術(shù)的成功案例。數(shù)字孿生技術(shù)正在不斷幫助用戶改進(jìn)資產(chǎn)、系統(tǒng)和施工流程的操作和維護(hù)效率。

這次數(shù)字化光輝大賽獲獎的中國企業(yè)基本都完整的經(jīng)歷了從CAD到BIM再到數(shù)字孿生的過程，對于這些技術(shù)之間的相互關(guān)系，Bentley公司行業(yè)高級銷售總監(jiān)杜鵬認(rèn)為，“ 大多數(shù)企業(yè)經(jīng)歷過二維到三維的變革，BIM幫我們的用戶解決了可視化、設(shè)計(jì)優(yōu)化、碰撞檢查等一系列問題，同時(shí)也極大地提高了工作效率，而從BIM到數(shù)字孿生的技術(shù)突破可以幫我們更加深入挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值，包括數(shù)字孿生在內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)字技術(shù)，正是對BIM的發(fā)展與增強(qiáng)。CAD、BIM和數(shù)字孿生之間并不是替代關(guān)系，相反從軟件平臺來看，這三者之間更多的是演進(jìn)與融合。”

在數(shù)字化的過程中，數(shù)據(jù)的一致性和單一數(shù)據(jù)的連貫性問題一直都是工程實(shí)踐中的難題，包括不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)無法完全整合，甚至還會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致引起的沖突和矛盾。杜鵬介紹說，“通過Bentley提供的數(shù)字化平臺技術(shù)，包括三維建模平臺MicroStation、協(xié)同管理平臺ProjectWise、資產(chǎn)運(yùn)維平臺AssetWise、數(shù)字孿生平臺iTwin，可以幫助大家在同一個(gè)平臺上實(shí)現(xiàn)多數(shù)據(jù)的融合和場景化的應(yīng)用，讓數(shù)據(jù)價(jià)值能夠被充分挖掘出來，從而可以實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維全生命周期的數(shù)據(jù)服務(wù)?！?/p>

寫在最后

以數(shù)字孿生為核心、智能化基礎(chǔ)設(shè)施為目的，全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型能有效提升資產(chǎn)性能、抗變能力，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，從而提升整個(gè)社會的生活品質(zhì)，推動全球經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，我們也應(yīng)看到數(shù)字化交付打通了從設(shè)計(jì)到后期運(yùn)維的數(shù)據(jù)通道，但很多實(shí)際項(xiàng)目中采購、施工等數(shù)據(jù)還沒有形成自動的傳遞和積累的機(jī)制，數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)還未充分展現(xiàn)出價(jià)值。實(shí)現(xiàn)突破唯有加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，期待數(shù)字化光輝在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中更加耀眼。