大數(shù)據(jù)在核電施工領(lǐng)域的應(yīng)用研究

雷斌 馮小猛

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等互聯(lián)網(wǎng)新型技術(shù)的普及與發(fā)展，企業(yè)信息化進(jìn)程迎來了數(shù)據(jù)井噴的時代，與之而來的是企業(yè)信息化建設(shè)模式逐步轉(zhuǎn)型，海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與流轉(zhuǎn)將逐漸成為常態(tài)。然而，利用常規(guī)信息化軟件系統(tǒng)或工具，已無法滿足具有海量規(guī)模、高速流轉(zhuǎn)、類型繁多和價值密度低等特征的數(shù)據(jù)集合，對于數(shù)據(jù)維度復(fù)雜、結(jié)構(gòu)多樣、行業(yè)鏈條眾多的大型核電工程領(lǐng)域數(shù)據(jù)來說尤是如此。大數(shù)據(jù)已然成為需要新處理模式方能具有更強(qiáng)的決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的信息資產(chǎn)，本文主要對核電建造行業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺實施和潛在應(yīng)用進(jìn)行說明及探索。

一、背景介紹

（一）國家層面高度重視

大數(shù)據(jù)已經(jīng)成為國家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，是國家“新基建”的重要組成部分。大數(shù)據(jù)作為戰(zhàn)略性資源的地位日益凸顯，國家競爭力亦體現(xiàn)在擁有數(shù)據(jù)的規(guī)模、質(zhì)量以及運(yùn)用數(shù)據(jù)的能力。2014年3月，“大數(shù)據(jù)”首次寫進(jìn)了政府工作報告，大數(shù)據(jù)正式作為一種新興產(chǎn)業(yè)，得到了國家層面的大力支持。國家通過制定大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略和布局，穩(wěn)步推動我國從數(shù)據(jù)大國向數(shù)據(jù)強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。

（二）國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，眾多國家政府和國際組織都認(rèn)識到了大數(shù)據(jù)的重要性和緊迫性，紛紛著手實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略并將開發(fā)利用大數(shù)據(jù)作為奪取新一輪競爭制高點(diǎn)的重要抓手。譬如法國AREVA公司將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于核電工程的設(shè)計、建造和運(yùn)行等過程，基于三維模型對核電產(chǎn)品全生命周期中設(shè)計、建造、安裝、運(yùn)行、維修等過程進(jìn)行動態(tài)仿真；俄羅斯ASE Group公司推行Multi-D理念的配置管理系統(tǒng)（IMS），基于統(tǒng)一化的模型庫構(gòu)建工程各方統(tǒng)一的信息交換與工作協(xié)同平臺。與AREVA公司類似，ASE公司提供了虛擬建造過程的模擬、建造過程的海量數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計，同時建立基于建設(shè)計劃實現(xiàn)與設(shè)備、材料等信息的關(guān)聯(lián)、解析和預(yù)警等。

1.國內(nèi)情況、不足和問題

經(jīng)過近幾年的發(fā)展，隨著大數(shù)據(jù)收集、處理、分析等技術(shù)的迭代創(chuàng)新，工業(yè)化和信息化融合的程度也逐步加深，很多工業(yè)型企業(yè)已經(jīng)由探索階段進(jìn)入到工業(yè)大數(shù)據(jù)實踐階段。與此同時，基于數(shù)據(jù)的相關(guān)技術(shù)、應(yīng)用和落地形式也在快速發(fā)展，開發(fā)基于數(shù)據(jù)的新型應(yīng)用已經(jīng)成為企業(yè)信息化建設(shè)的一個重點(diǎn)領(lǐng)域。

2.中廣核智能化工廠

2013年，中廣核集團(tuán)正式提出以打造“核電智能工程”為目標(biāo)，建設(shè)覆蓋核電站各板塊的智能仿真與技術(shù)研究公共平臺，并于次年成立專項小組開展“智能電站”項目的前期調(diào)研與規(guī)劃工作；2014年底，中國核能行業(yè)協(xié)會評審并通過“智能電站”項目總體技術(shù)方案，標(biāo)志著“智能核電工程”項目正式啟動，通過與大數(shù)據(jù)及云計算等新型信息技術(shù)的深度融合，開展一系列核電智能化研究與應(yīng)用。

3.中核集團(tuán)數(shù)字核電

核工業(yè)作為我國高科技技術(shù)戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，是國家安全的重要基石，是助推我國科技強(qiáng)國建設(shè)的重要先導(dǎo)和支撐，同時也是國內(nèi)唯一具備完整核科技工業(yè)體系的企業(yè)。中核集團(tuán)積極響應(yīng)和落實國家的“兩化”融合、互聯(lián)網(wǎng)+和大數(shù)據(jù)等國家戰(zhàn)略，加快推進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用和基礎(chǔ)能力提升，推動重點(diǎn)專項建設(shè)，一方面加快數(shù)字核工業(yè)建設(shè)，系統(tǒng)設(shè)計和部署實施了多個專項工程，加快推進(jìn)信息化建設(shè)、數(shù)字化轉(zhuǎn)型和業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，通過數(shù)字鈾礦山、核燃料生產(chǎn)和元件制造智能化、數(shù)字核電、數(shù)據(jù)中心建設(shè)以及統(tǒng)建企業(yè)資源計劃（ERP）等重點(diǎn)工程建設(shè)；另一方面，部分科研院所和優(yōu)勢單位正在結(jié)合業(yè)務(wù)需求加快推進(jìn)大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)、云計算應(yīng)用以及人工智能研究和應(yīng)用專項，助推業(yè)務(wù)鏈條協(xié)同開放，強(qiáng)化牽引拉動效應(yīng)。

（三）核電領(lǐng)域大數(shù)據(jù)研究現(xiàn)狀與前瞻

近幾年，隨著大數(shù)據(jù)在傳統(tǒng)行業(yè)掀起的陣陣熱潮，核電行業(yè)陸續(xù)在產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)板塊開展大數(shù)據(jù)研究和探索應(yīng)用。自2013年起，田灣核電逐步啟動歷史數(shù)據(jù)規(guī)范管理等相關(guān)工作，并對主數(shù)據(jù)全壽期管理、歷史數(shù)據(jù)治理進(jìn)行了積極探索；2015年，國內(nèi)首個核電大數(shù)據(jù)咨詢類項目在秦山核電啟動，項目目標(biāo)是基于可落地的大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)方案，結(jié)合EAM、ERP等信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，充分挖掘核電大數(shù)據(jù)的價值。但整體而言，大數(shù)據(jù)及人工智能在我國核電領(lǐng)域的應(yīng)用尚處前期階段，未真正形成應(yīng)用示范效果。

縱觀傳統(tǒng)行業(yè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，建筑業(yè)屬于數(shù)據(jù)量大、業(yè)務(wù)規(guī)模大的大數(shù)據(jù)行業(yè)，但相較于金融業(yè)、消費(fèi)行業(yè)等，建筑業(yè)則屬于數(shù)據(jù)管理較落后、體系應(yīng)用效果較弱的行業(yè)。核電工程建設(shè)作為建筑業(yè)中復(fù)雜度最高的一種，除了滿足一般工業(yè)設(shè)施的質(zhì)量要求外，還要滿足嚴(yán)苛的核安全標(biāo)準(zhǔn)要求。歷經(jīng)數(shù)十年不間斷的核電建造實踐，我國核電工程建設(shè)管理方面依然面臨著管理成本過大，專業(yè)化、集約化、科學(xué)化水平不高等問題。在核電建設(shè)項目管理過程中會產(chǎn)生各種類型的工程數(shù)據(jù)資料，隨著項目的結(jié)束而變成未被充分利用的歷史文檔，這些文檔極大可能隱含大量項目控制所需的工程規(guī)律、經(jīng)驗和知識，對于后續(xù)項目的建設(shè)管理具有重要的指導(dǎo)意義，是提高項目管理決策科學(xué)性、有效性準(zhǔn)確性的重要參考依據(jù)。然而這些信息由于提取使用的難度過大，往往隨著建設(shè)的完工和資料歸檔而被擱置無法得到有效利用。如何利用這些珍貴的數(shù)據(jù)資產(chǎn)解決目前核電建設(shè)中遇到的問題是當(dāng)前一項極其迫切且具有極高價值的工作，核電施工領(lǐng)域大數(shù)據(jù)平臺分析與應(yīng)用為下一步的流程標(biāo)準(zhǔn)化、工效提升和知識轉(zhuǎn)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因此，現(xiàn)階段要立足長遠(yuǎn)、強(qiáng)化引領(lǐng)，抓住大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)遇。在實施層面，以核電業(yè)務(wù)發(fā)展為牽引，以存在的問題為導(dǎo)向，從整個核產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)，針對核工業(yè)重要領(lǐng)域和環(huán)節(jié)的突出問題與制約瓶頸，探索大數(shù)據(jù)平臺的需求和場景。

二、研究內(nèi)容

中核集團(tuán)是我國核電工程建設(shè)領(lǐng)域歷史最久、規(guī)模最大、專業(yè)一體化程度最高的企業(yè)，是全球唯一一家連續(xù)30余年不間斷從事核電建造的領(lǐng)先企業(yè)，代表著我國核電工程建造的最高水平，掌握了包括華龍一號、CNP、M310、CPR1000、EPR、VVER、AP1000、CAP1400、高溫堆、重水堆、實驗快堆、先進(jìn)研究堆等各種堆型、各種規(guī)格系列的核電建造能力，可同時承擔(dān)40余臺核電機(jī)組建造任務(wù)。隨著我國核電裝機(jī)容量、在建規(guī)模躍居世界前列，核電建造企業(yè)迎來了大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要機(jī)遇。

（一）核電工程業(yè)務(wù)

1.核電工程統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范

信息化管理在核電工程建設(shè)板塊得到了初步應(yīng)用成效，但現(xiàn)有系統(tǒng)功能的整體性不足，其覆蓋范圍與深度尚需推進(jìn)和深化。為更好的推進(jìn)核工程全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)應(yīng)用，打通工程與運(yùn)行端的數(shù)字化移交，需要做到“標(biāo)準(zhǔn)先行”，即建立統(tǒng)一的核電工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，保證擁有完整度高、質(zhì)量高的核電工程數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為后續(xù)數(shù)據(jù)挖掘分析奠定基礎(chǔ)。

核電施工領(lǐng)域數(shù)據(jù)維度較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多樣，既包含建筑業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如財務(wù)、構(gòu)件、施工工藝等數(shù)據(jù)，也有管理數(shù)據(jù)，如資源、安全、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。其次，核電建筑行業(yè)鏈條多，參建方多，數(shù)據(jù)資源分散在不同單位手中，數(shù)據(jù)資源的整合存在一定困難，例如主要的設(shè)計數(shù)據(jù)、甲供物資采購信息及供應(yīng)商信息僅存在于業(yè)主或設(shè)計單位。由于缺少數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，各核電工程建司在數(shù)據(jù)獲取的顆粒度，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性、及時性等均存在問題。這些問題將會導(dǎo)致不同專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)無法進(jìn)行有效的融合，也會導(dǎo)致跨專業(yè)的數(shù)據(jù)分析工作無法有效進(jìn)行，無法為管理層和決策層提供有效支撐，也為全產(chǎn)業(yè)鏈大數(shù)據(jù)平臺的搭建帶來障礙。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃是數(shù)據(jù)治理的重要環(huán)節(jié)，注重數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與信息體系化建設(shè)可以充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)價值，推進(jìn)實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的深度融合與全面集成。通過對核電工程各專業(yè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面梳理，提煉形成指標(biāo)體系，使指標(biāo)管理能夠做到唯一、明確身份標(biāo)識，包括數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)、主數(shù)據(jù)、指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)、安全標(biāo)準(zhǔn)等。對核電施工過程中涉及到的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行分析，梳理儲存的數(shù)據(jù)，研究核電建造大數(shù)據(jù)的來源、分類、特征、需求等內(nèi)容。同時，統(tǒng)一規(guī)范的數(shù)據(jù)定義可作為核電施工大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)及新建信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)規(guī)范依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)分析模型建立的基礎(chǔ)，業(yè)務(wù)主題數(shù)據(jù)質(zhì)量直接影響分析結(jié)果。通過落實施工數(shù)據(jù)規(guī)范并形成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)業(yè)務(wù)規(guī)范并助推業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的形成，為業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的形成提供數(shù)據(jù)支撐，達(dá)到約束數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的，同時消除人因歧義、規(guī)避可能存在的風(fēng)險。推進(jìn)和完善核電施工業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)制，建立核工程項目管理統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和標(biāo)準(zhǔn)框架，制定出各領(lǐng)域通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)工程期信息從文檔到結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的變革，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)唯一、數(shù)據(jù)可融合狀態(tài)。

2.構(gòu)建核工程建設(shè)數(shù)據(jù)資產(chǎn)

我國核電裝機(jī)容量、在建規(guī)模躍居世界前列，各參建方在核電工程建設(shè)過程中經(jīng)歷了各種堆型設(shè)計、施工和運(yùn)行階段，產(chǎn)生并積累了十分可觀的核工程建設(shè)數(shù)據(jù)，這些工程數(shù)據(jù)資料可能隱含大量項目控制所需的工程規(guī)律、經(jīng)驗和知識。歷史數(shù)據(jù)缺乏有效的保護(hù)和利用，造成了事實上的數(shù)據(jù)資產(chǎn)流失和失控。

通過數(shù)字化核電工程體系建設(shè)，核電施工大數(shù)據(jù)平臺采集核工程數(shù)據(jù)信息資源，打破原有系統(tǒng)邊界構(gòu)建企業(yè)級數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)庫框架體系，實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量和安全的統(tǒng)一管理。通過將各建司的核電施工數(shù)據(jù)采集、清洗，將數(shù)十年不間隔核電站建造經(jīng)驗以數(shù)據(jù)的形式保存下來，形成核電工程的核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)。例如，利用ENPower（一種廣泛應(yīng)用于核電多項目的管理系統(tǒng)）在核電施工過程中積累的核電建造業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過梳理原數(shù)據(jù)的描述性統(tǒng)計分析對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評估，采用插補(bǔ)、去重和降噪等方法對數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行修補(bǔ)，收集整理核電工程已建和在建施工數(shù)據(jù)，實現(xiàn)已有的核電建設(shè)數(shù)據(jù)資源資產(chǎn)化和價值化。

3.大數(shù)據(jù)推動核工程建設(shè)模式轉(zhuǎn)型

以歷史電站人財物投入曲線、進(jìn)度計劃安排等數(shù)據(jù)為例，通過對同堆型電站的對比分析，構(gòu)建時序模型并預(yù)測在建電站的人財物投入、指導(dǎo)進(jìn)度計劃安排等；對歷史施工數(shù)據(jù)進(jìn)行成本要素分析，分析出人、機(jī)、料等方面的成本異常因素，協(xié)助業(yè)務(wù)人員找到降低成本的可行措施，切實降低施工成本、優(yōu)化施工工藝，構(gòu)建核電施工標(biāo)桿（Benchmark）和核電施工成本/進(jìn)度績效模型，從而挖掘關(guān)鍵共性施工技術(shù)和工藝，加快先進(jìn)施工工藝和技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)同行對標(biāo)，為群堆化建設(shè)提供參考標(biāo)桿。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略意義不在于掌握龐大的數(shù)據(jù)信息，而在于對這些含有意義的數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)化處理。換而言之，如果把大數(shù)據(jù)比作一種產(chǎn)業(yè)，那么這種產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)盈利的關(guān)鍵，在于提高對數(shù)據(jù)的“加工能力”，通過“加工”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“增值”。企業(yè)決策已經(jīng)變得與數(shù)據(jù)密不可分，引入大數(shù)據(jù)手段后，將逐步實現(xiàn)技術(shù)驅(qū)動前臺業(yè)務(wù)，進(jìn)一步優(yōu)化和重組業(yè)務(wù)流程，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭力，創(chuàng)新企業(yè)管理理念和手段、優(yōu)化管理流程、帶動企業(yè)創(chuàng)新性發(fā)展，推動核電建造企業(yè)從傳統(tǒng)核工程建造模式向大數(shù)據(jù)創(chuàng)新推動的核工程建造模式的轉(zhuǎn)變。

（二）典型應(yīng)用

基于核電施工大數(shù)據(jù)平臺的應(yīng)用，支持按照廠房、區(qū)域、子項等維度對不同管理主題數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯總，挖掘關(guān)鍵成本管控指標(biāo)差異及影響成本的關(guān)鍵要素，分析并提取“人工、材料、機(jī)械臺班”等核心成本要素，建立具有參考價值及示范效應(yīng)的核電施工大數(shù)據(jù)分析模型。核電施工大數(shù)據(jù)平臺相關(guān)典型應(yīng)用包括：

借助ETL工具將華龍一號、AP1000、EPR、CPR1000、M310等堆型中的圖紙、材料、變更、不符合項、焊控單、工程量等核電施工歷史數(shù)據(jù)從不同的信息系統(tǒng)中匯集、合并、清洗、整理，按照設(shè)定的數(shù)據(jù)模型，形成不同的主題數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)集合等企業(yè)核心數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

建立與在建核電工程施工管理信息系統(tǒng)的接口，運(yùn)用智慧工地、移動APP、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、VR/ AR、BIM等在內(nèi)的新技術(shù)，實現(xiàn)核電施工領(lǐng)域動態(tài)數(shù)據(jù)的全面、高效的收集。

構(gòu)建以核電廠分解結(jié)構(gòu)SSC為核心的核電施工數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)各類核電施工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，包括模型、圖紙、文件等在內(nèi)的結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與SSC的關(guān)聯(lián)，形成以核電廠工程實體為核心的施工業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全景視圖，實現(xiàn)施工板塊內(nèi)部數(shù)據(jù)的集成和共享，推動建安一體化施工協(xié)同創(chuàng)新。

三、研究總結(jié)及展望

我國核電建造行業(yè)已經(jīng)積累了重要的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，關(guān)鍵在于如何盤活這筆資產(chǎn)并轉(zhuǎn)化為企業(yè)的核心競爭力，確保核電建造行業(yè)在大數(shù)據(jù)等日新月異的技術(shù)浪潮中得到常青的發(fā)展。本文借助大數(shù)據(jù)概念與方法，對大數(shù)據(jù)在核電施工領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，接下來應(yīng)結(jié)合物料、人員在施工過程成本、進(jìn)度等可優(yōu)化的方向，以及知識圖譜等在核電工程建設(shè)領(lǐng)域的深度應(yīng)用等方向進(jìn)行嘗試探索；在核電施工領(lǐng)域大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)完成之后，經(jīng)過一段時間的使用，對平臺建設(shè)與使用中的經(jīng)驗教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)，形成理論積累，將大數(shù)據(jù)的理念與方法推廣到整個核電領(lǐng)域。全面推進(jìn)大數(shù)據(jù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成整合，梳理核工程各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)和項目管理主題數(shù)據(jù)，開展核工程大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用項目。通過一體化的核工程大數(shù)據(jù)體系建設(shè)，統(tǒng)一核電施工數(shù)據(jù)資源規(guī)劃，在核工業(yè)重點(diǎn)行業(yè)進(jìn)行推廣示范，總結(jié)核工業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈的大數(shù)據(jù)收集、整理、挖掘、利用方法，探索出一條可推廣、可復(fù)制的發(fā)展道路。

（作者單位：北京中核華輝科技發(fā)展有限公司）