住房和城乡建设部主管   住房和城乡建设部信息中心主办   住房和城乡建设部优秀期刊   CN11-4022/TU   ISSN1008-570X   国内邮发代号2-583
首页 >> 产业 >> 智慧建造 >> 正文

数字工程——三维设计的扩展应用


  数字电站是信息化、数字化的虚拟工程。是把关于电站工程系统的原始数据流转换成可以理解的信息,转换成具有工程经济价值的知识。以计算机技术实现数字电站的数据接收、质量管理、存储、关系维护、数据应用、远程同步传输、可视化综合展示等功能,及时准确地管理电站的各类结构化、非结构化数据,实现电站数字信息的统一存储。建立起一个科学、合理、与物理资产一一对应的虚拟资产,构建数字电站管理综合信息应用。
  海南琼中抽水蓄能电站装机容量600兆瓦,装设3台单机容量为200兆瓦的可逆式水泵水轮发电机组,电站枢纽由上水库、下水库、输水系统、发电厂房系统、开关站和出线场等部分组成。由中国南方电网有限责任公司全额投资,调峰调频发电公司负责建设,中国水电顾问集团中南勘测设计研究院负责勘测设计。海南琼中抽水蓄能电站静态投资约34.6亿元,总投资约41.1亿元。海南琼中抽水蓄能电站投产后可降低海南电力系统火电机组年均调峰率10.87个百分点,提高系统火电年发电率用小时数374小时。同时,电站投运后可节省海南电力系统火电标煤耗16.31万吨,相应节省系统燃料费13864万元;同时可减少二氧化碳排放约42.7万吨,减少二氧化硫及粉尘排放约0.14万吨,使电网更好地服务国际旅游岛建设并推动海南节能减排,对海南省社会经济发展发挥重要作用。
 
管理高效、表现丰富、分析准确
 
  在以数字化信息为资源、互联网交互为动脉的时代,空间信息处理技术以信息、硬件、软件和功能一体化的系统形式,展示了强大的发展前景和应用潜力。社会发展已走入了以数字、网络等为标志的全方位信息化进程,数字地球、数字中国、数字城市,直至数字海洋、数字油田、数字矿山和数字煤田等,数字化趋势已引起社会各界广泛关注,相关应用数字工程相继上马。随着国家节能、环保、绿色能源政策的推行,一批批在建水电站相继投产的形势下为推进企业资产的集约化、标准化、流程化管理,项目业主关注重点从水电站建设转移到电站开发、建设与运营并重和均衡发展上,对工程全生命周期过程中的设计、施工、移交及运营提出了更高的要求。
  “数字电站”从学科角度讲,也称“工程系统数字学”,是把关于电站工程系统的原始数据流转换成可以理解的信息,转换成具有工程经济价值的知识。数字电站建设将使工程规划管理具有更高的效率,更丰富的表现手法,更多的信息量,更高的分析能力和准确性,提高工程生产和管理的时效性、有效性、资源优化配置水平、综合实力,促进工程的可持续发展。尤其是空间信息综合能力与直观表现能力,能在有准确坐标、时间和对象属性的多维虚拟环境中,进行规划、决策和管理,在处理工程复杂系统问题时,能帮助人们更好地建立全局观念与模拟直观感。
  通过对海南琼中抽水蓄能电站的数字化应用,无论业主公司还是工程公司均希望对工程项目的设计、建造、交付、运营过程进行标准的信息管理.通过客观的数据反应、分析工程的全生命周期,以寻求高效的管理方案以及最佳的决策支持。
  本项目以资产全生命周期管理和技术状态管理等国外先进的管理理论为主要依据,针对抽水蓄能电站全生命周期中的技术和管理特点,利用海南琼中抽水蓄能电站三维数字化模型,开展国外相关先进的资产管理理论和数字化技术在抽水蓄能电站全生命周期中的应用研究,基于三维模型建立海南琼中电站的“工程信息模型”、“工程数据中心”这一与实体电站一一对应的数字电站。并根据业主需求以统一、可控的方式向相关业务系统提供数据,从而保障数据的有效性、标准性和一致性,或者建立相应的业务系统以支撑各参建方在工程施工、运维期的管理。
 
系统总体设计
 
  系统支持异构平台上的各种结构化、非结构化数据和信息的管理,支持通过内容管理系统不断地收集、整理、验证、管理数据,为工程管理提供有力的数据支持。系统逻辑设计架构如下:
  系统可划分为四层,包括:基础数据层、工程数据中心层、信息服务层、业务应用层。
  基础数据层为数字电站的数据来源。由参建各方参与数据采集录入,广泛收集勘测、设计、施工、设备厂商相关资料,利用设计方提供的三维模型为水电站分阶段建立涵盖测绘、地质、土建、电气、水机、暖通、给排水等配套设施及设备的工程三维信息模型。
  工程数据中心层由设计方实现数字化抽蓄水电站的数据接收、质量管理、存储、关系维护、数据应用、远程同步传输、可视化综合展示等功能,及时准确地汇总、管理抽水蓄能电站的各种数字化信息,包括工程逻辑主数据、工程文档、历史实测数据、三维模型、数据关系维护,实现电站数字化信息的统一存储。
  信息服务层利用先进的计算机技术及网络技术根据业主需求提供系统应用方式。
  业务应用层是根据业主需求定制开发相应的业务系统,例如施工进度管理、施工质量管理、施工安全管理等以满足业主在工程设计、建设、运营期的管理。也可通过数据接口支持业主现有的信息化管理系统,例如P6、ERP等。
 
系统建设内容
 
  工程三维信息模型。工程信息模型是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础,进行建筑模型的建立,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图五大特点。
  由设计方提供的三维信息模型是工程数据中心的基础。只有建立起一个科学、合理的数据模型才能够实现和物理资产一一对应的虚拟资产。利用参建各方采集的数据以及由设计方提供的三维模型,通过数据质量校验、数据标准化、数据集成成为“工程三维信息模型”进行数据轻量化处理,将其作为结构化数据发布至“工程数据中心”。
  工程数据中心。工程数据中心是以工程三维信息模型为纽带,建立起反应工程全貌的信息架构。有机关联工程对象所涉及的各类相关数据:设计资料(包括图纸、算稿、规范、报告、修改通知单等)、施工资料(包括施工过程管理资料、施工质量管理、施工进度管理资料等)、监理资料、监测资料、运营管理资料(包括运营数据、设备运营状态、设备检修资料等)。形成覆盖设计、施工、运营期的工程数据仓库,并基于数据中心建立起公共信息服务框架以及运行时支撑环境。
 
数字电站业务应用系统
 
  工程三维信息综合查询。工程三维信息综合查询是将海南琼中抽水蓄能电站设计、施工、运维全生命周期的资料(包括图纸、规范、图片、影像、文档、进度、报告、检修记录等)融合到三维模型中,实现工程信息的三维可视化查询和关联检索。具备电站各系统属性信息、图档资料、厂家资料、维护记录等的多维信息查询功能。建立起一一对应于实体电站的数字电站,实现水电站设计、建造、运营全生命周期数据管理。
  施工进度可视化管理。研究结合P6编制的总进度计划,将已有工程信息模型按WBS结构分解为适当粒度的进度模型单元,赋予进度信息,可依据时间开关模型单元显示,实现施工过程的虚拟动态仿真。直观展现施工范围、层面及顺序,使各施工包的逻辑关系清晰明了。通过进一步赋予场地、人、材、机、料等资源信息,使设备材料进场、劳动力配置、机械台班等工作安排更合理、经济,有效提高施工组织水平,消除相关隐患,防止事故,减少响应处理时间与成本,有助于业主进行项目精细化、高效化管理,增强施工过程中决策、控制与优化能力。
  施工资源动态管理和成本实时监控。在现有的施工进度模拟方法的基础上,应用遗传算法进行费用均衡优化,将施工进度、三维模型、资源需求等与工程项目成本管理系统相结合,研究抽水蓄能电站施工资源的动态管理和成本实时监控,工期调整后的资源投入的合理选择,提高施工项目管理水平和成本控制能力。
  施工质量管理。质量监控主要指对水电工程施工质量进行实时监控和直观展示,并支持进行可视化查询和定位,主要包括:施工质量监控信息可视化查询、单元工程质量信息可视化查询、质量参数超标预警提示等。
  施工质量监控信息可视化查询:施工质量监控相关的数据通过与其所属的工程模型空间对象进行关联,可实现在三维可视化环境中对正在施工部位的施工质量信息的实时监控与展示,包括碾压轨迹、施工质量相关监控和检测参数,更直观地监控工程施工过程、展示质量控制成效。
  单元工程质量信息可视化查询:将大坝及灌浆工程施工质量实时监控信息、PDA采集的工程施工质量信息、试验检测(原材料、设备、中间产品等)等信息集成于相应的单元工程对应的三维模型中,进行单元或分部工程质量进行全面分析,为单元工程、分部工程、单位工程质量评定进行决策支持。同时,利用单元工程对应的三维模型对象实现对相应单元工程施工质量检测参数和评定结果的可视化查询。
  施工安全管理。对本项目在施工过程中存在的危险和有害因素进行辨识、分析,提出消除危险、有害因素及其发生条件的对策、措施,以确保建设工程项目的工程安全、施工安全和项目建设的有序进行。
  提供安全培训、安全检查、安全措施、安全会议及安全事故方面的信息,内容应符合监理人的要求和安全管理办法规定的有关内容:施工危险点、源的辨识及预测,工程安全、施工安全管理措施。针对本项目施工期可能发生的事故和所有危险源制定专项应急预案和现场应急处置方案,形成应急预案体系。
  电缆敷设三维可视化管理。采用BRCM对电缆进行自动敷设,整个敷设过程,精确化三维建模,对电缆桥架、动力及控制设备等进行智能编号,自动计算电缆起点到终点的最优路径,同时准确计算出电缆长度,模拟敷设整个厂房的电缆,取代了电气专业手工实现电缆敷设的状况,提高了工程设计质量。
  将电缆敷设成果,在运营期加以利用,并将电缆、桥架、设备之间的关联关系直观生动的体现在数字电站中,实现电缆精细化管控。
  三维数字化巡检系统。通过制定巡检计划,系统在三维场景中绘制出巡检路径,完成实际巡检路径与预设巡检路径的比对;采用巡视记录表单、移动设备、二维码、拍摄等多种手段采集巡检数据,现场采集数据可通过移动、无线设备上传至服务器。可在虚拟场景中漫游查询巡检记录,检查巡检工作。系统能根据巡检数据生成报表及分析图,运维人员根据巡检点异常记录统计发起检修任务。
 
移动互联技术应用
 
  随着移动互联网技术的普及,中国电建中南勘测设计研究院有限公司发布了海南琼中抽水蓄能电站轻量化i-model模型。可以通过WiFi、3G网络连接到平台,也可以离线访问下载的项目资源。可在移动终端iPad上直接查询工程三维模型、图纸、报表、工程文档等。极大的提高了工程资料浏览的便捷性,方便监理、工程管理者实时查看对比设计方案与实体建筑,并采集录入数据、照片、视频资料。
  对数字工程的研究是对三维设计的扩展应用,并对建模技术、信息技术、技术标准等方面提出更高要求,也是中国电建中南勘测设计研究院有限公司作为设计企业从勘测设计业务向工程项目数字化管理服务领域拓展的契机。对于在建项目,能够挖掘设计施工一体化过程中的数据资源,面向业主管理应用,提供较以往更准确、更丰富的信息,管控项目实施。对于已建成项目,可以结合运营管理需求,利用工程三维信息模型研发应用系统,提高业主管理效率。数字工程将改变工程的生产方式,它将在工程规划、设计、施工、安全、管理、教育、可持续发展的决策等领域产生广阔的社会和经济效益。
(作者单位:中国电建中南勘测设计研究院有限公司)


版权声明:全国建设信息网(www.cin.net.cn)(含中国智慧城市大会、《中国建设信息》杂志等子网站)所刊文章之复制权、发行权、广播权、信息网络传播权、改编权、翻译权、汇编权及其他有可转让的著作权均于本网站刊发该文之日起转由全国建设信息网享有,原著作权人可在非营利范围内继续使用。如作者向全国建设信息网投稿,全国建设信息网将视为作者已接受上述条件。
最新发布图片

首页 | 关于我们 | 联系我们 | 版权信息

全国建设信息网 版权所有 京ICP备10217143号-1