数字化移交

为提高当前输变电工程三维设计数字化移交的质量和效率,顺应数字化转型技术趋势,文章设计与实现了一种多数据贯通的输变电三维数字化移交系统。首先阐述所提出的多数据贯通的移交系统层次化设计模型及其分层功能;其次从工程应用角度阐述了多数据贯通的输变电三维数字化移交系统设计的架构、数据贯通融合、GIM轻量化解析和GIS可视化等功能模块及其关键技术;最后阐述多数据贯通的数字化移交系统的开发实现。工程应用实例表明,多数据贯通的三维数字化移交系统可以有效完成输变电工程中数字化移交工作,提高输变电工程数字化成果的移交效率和移交质量。

南京计量研究中心广州计量检定室是隶属国家管网集团西气东输管道公司，同时也是国家石油天然气大流量计量站广州分站，建有临界流文丘里喷嘴法气体流量标准装置和标准表（涡轮）法气体流量标准装置，可检定口径为DN50-DN450超声、涡轮、质量等流量计。广州分站坚持以“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”为目标，聚焦智慧管网与智能检定，融合智慧管网、全面感知、集中监视、无人值守、数据联动、预测预警、精益生产等多种先进理念，2020年研究开发智能检定系统，并成功实现了工业化应用，填补了国际天然气实流检定领域的技术空白，2021年打造了计量检定数字孪生体，实现了智能检定“数字驱动+业务场景化”。数字孪生智能检定平台采用了尖端三维激光扫描与BIM建筑信息模型技术，对全站工艺管道、设备设施等进行了1比1高精度还原，平台数字化模型共建设管段3451段，设备1021个。数字孪生是基于三维态势地图技术及图纸数据构建，可以加载显示高精三维建筑结构数据，以及管道、阀门、流量计、变送器等要素信息，完整、详尽的对工艺运行态势进行全方位复现，实现对现场设备的全面监控。

本项目整体研究成果打通了三维数字化技术在工程建设全流程中的应用通道，使得三维技术不仅仅提高工程的设计质量和设计效率，更在设计阶段即建立起一套服务于工程建设全流程的数据信息库，数据信息贯穿设计、建设、运行、维护直到退役，整个过程的三维模型数据不断扩充，涵盖了各阶段各单位在工程建设过程中产生的各种资料和数据内容，所有的数据信息多阶段、多环节、多部门共同维护和使用，最终实现工程建设原始数据、过程数据、管理数据等的全属性、全寿命工程数据数字化移交。本项目针对项目各阶段的应用，实现三维技术的创新与实现，利用多项自主知识产权的软件工具，实现三维设计平台中的构架集成设计、三维电气布置设计、主接线设计、防雷接地设计、材料自动统计、短路电流计算；针对施工阶段的应用，在依托工程中实现设计施工一体化应用，并提出利用三维技术进行施工进度、质量、造价管理的应用方法；针对运维阶段的应用，开展三维实时在线监测技术创新与实现，研发三维实时在线监测系统展示平台，实现虚拟现实的环境中，集中展示变电站设备的各种静态数据信息和动态运行信息。 三维信息化技术可提高设计效率和质量，优化设计方案，减少土地占有率，减少施工工期及现场设计变更。经综合测算，可降低工程投资约1%。我院在引进软件公司的三维平台基础上，不断进行本地化全面研究和深度定制研发，形成多种实用有效的三维应用工具，已基本实现数字化三维360°全方位应用。

本项目是基于二维设计数据库的缺乏而无法实现数字化移交的现状，在调查和分析国内三维设计管控相关信息资料和成果，并充分分析了制度和平台在三维管控中的力度，于2014年4月启动，经过短短两年时间实现了在公司内部全专业三维协同设计。该项目充分考虑了三维技术在EPC施工一体化中的优势，利用三维制度管理和平台管理两个手段，包括三维考核制度、设计深度制度及碰撞管理平台，确保三维设计成果符合设计施工一体化数据要求，实现了多专业的三维实体模型，通过对所构建的实体模型进行碰撞检查、优化设计，最终从模型中提取各种施工图及相应的材料报表实现了EPC0的一体化管控，精准掌控工程各项成本，形成企业的核心市场竞争力。

大型水电工程 EPC 项目具有技术难度大、牵涉面广、不确定风险因素多等特点，因此，需要一种创新性的、基于多要素、全信息的快速智慧决策系统，真正实现 EPC 项目管理信息系统“从无到有、从有到强、从强到智”。项目组依托杨房沟水电站工程，针对 EPC 模式下大型水电项目的管理特点，将传统的水电项目建设管理模式进行了创新，采用先进的 BIM、大数据、移动端、物联网等技术，借助数字化手段将工程建设精细化，管理深入至“单元工程级”，涵盖了工程设计、质量、进度、投资、安全等各个模块，实现了杨房沟水电工程设计施工的全过程数字化管理与智慧化管控。 本项目成果属于工程管理领域，主要管理创新成果包括：①首次系统地创建了一套基于 BIM的大型水电工程 EPC 项目的智慧管理体系，通过三维正向设计、智能建造、数字化移交等先进的技术手段实现了以设计施工一体化为核心的大型水电工程 EPC 项目全过程数字化建设管理创新，具有良好的应用前景和推广价值。②基于三维协同设计平台实现了水电工程全专业三维正向设计，并且实现了 BIM 模型的精细化、属性化和轻量化以及基于 BIM 模型的工程建设管理。③研发了可模块化配置的设计施工 BIM 管理系统，实现了大型水电工程 EPC 项目的设计施工一体化管控。④首次提出了有效解决大型水电工程 EPC 项目从“物理实体电厂”到“数字孪生电厂”的数据信息损失问题的整体移交方案，打通了工程全生命周期管理的“最后一公里”。 项目成果成功应用于杨房沟水电站工程，经济和社会效益显著，已有中国电力建设企业协会、水电建设监理协会、水力发电工程学会、水电水利规划设计总院、国电、国网新源等 30 多家单位到杨房沟水电站开展调研学习，各单位及专家一致认为本成果已达到国内外水电项目建设管理一流水平，具有很强的可操作性和推广价值。本项目的相关技术在两河口水电站、大古水电站、杭州地铁、雄安新区等项目中得到了应用，后续将在雅砻江流域卡拉、孟底沟等水电站中推广应用。项目组共计获得软件著作权 9 项，论文 8 篇，“工程三维数字化设计与施工管理一体化”成果被鉴定为“国际领先水平”。本项目对传统水电工程的建设管理进行了创新，真正实现了大型水电工程 EPC 项目基于移动设备的人机交互管理、扁平化管理、数据感知和共享管理，为大型水电工程 EPC 项目管理升级、优化生产组织提供了新思路、新方法，具有广阔的市场前景和巨大的应用价值，为国内同类工程建设创新管理思路提供了良好的借鉴。

基于数字化的项目管控技术标准和管理体系，成功实现了施工人员安全防护、施工规范、设备性能和运作、施工环境等实时数据采集和管控。智能算法是智慧项目管控的核心部分，研究智能算法识别监控能及时获取施工工地的各项数据，能够精确有效的把控施工进度、安全和质量，实现全过程的可观、可测、可控的精益化管控需求，实现项目管理工作数字化、智能化、在线化，节约项目管理成本，提升管理效益和管理能力，高效推动智能电网建设。 施工现场识别监控是将更多的人工智能、传感技术、生物识别、虚拟现实等高科技植入到人员穿戴设施、场地出入口、施工场地高危区域关键位置，实现工程相关人员和施工现场的整合，是数字化更高级管理手段，提高了信息交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。通过实时数字化监测并记录起重机械（塔吊/龙门吊）、深基坑、高支模、设备资产等高风险作业项目的实施状态信息，开展大数据统计分析和趋势评估，监测的参数达到阈值时即刻预警，提升人身、机械安全隐患防控效率，保障人员作业安全。基于数字化的电力基建智慧项目管控应用以“人、机、料、法、环”五大现场因素为基础，采用三维建模技术和三维可视化技术，以数字化的形式，整合电网工程的设计成果、地理信息、数字化模型，实现对电网工程数字化表达和工程信息的综合查询与管理，推动电网工程数字化转型；实现工程相关人员和施工现场的整合，是数字化更高级管理手段，提高了信息交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。在基建工程领域全面推行工程项目基建人员实名制管理，有效解决施工单位违法转分包、拖欠工资等问题，强化施工作业班组和人员管理，落实责任追究和惩戒措施。为后期智慧施工、数字化移交和智能运维管控打下坚实基础。现场建筑3D打印技术运用先进的计算机技术及控制技术，将传统的砌砖、抹灰、浇筑转变为工业自动化打印的建设方式，工艺精度高于传统人工工艺；同时3D打印配电房的施工现场污水、粉尘及建筑垃圾的排放与传统的施工方式相比有所减少，满足“四节一环保”的建设要求，符合3C绿色电网的建设理念。