互联 自动 融合

            互联 自动 融合

——电力建设数字化应用案例及新技术分享

作者： 罗海涛

（欧特克软件（中国）有限公司，四川成都 610000）

【 摘要 】： 后疫情时代，“双碳”为电力建设行业带来诸多机遇和挑战。近些年，随着BIM等技术的飞速发展，加速了电力行业产业数字化升级，为响应国家“十四五”数字化转型战略目标，各大电力企业纷纷开始布局数字化转型。本文将数字化转型归纳为由互联、自动和融合三个要素塑造的旅程，依托多个电力建设企业基于数字化新技术的实际应用案例，从上述三个角度阐述欧特克如何赋能电力建设行业、助力电力建设行业数字化转型。  

0  引言

纵观全球宏观趋势，我们面临着全球化和城市化进一步加快、气候变化对社会构成重大威胁以及新冠疫情肆虐等复杂局面 。具体到电力建设行业，碳达峰和碳中和的目标给行业带来了新的发展和挑战，电力项目越来越复杂以及不同行业间的融合越来越明显。毫无疑问，只有优化甚至进一步转变行业的工作方式才能应对这些挑战。在今年的《政府工作报告》中提出，在“十四五”时期，要加快数字化发展，打造数字经济新优势，协同推进数字产业化和产业数字化转型，加快数字社会建设步伐，提高数字政府建设水平，营造良好数字生态，建设数字中国 ^{[ 1]} 。数字化转型已是大势所趋，如何更好、更快地利用数字化技术进行创新变革成为了企业打造未来竞争力的关键。

BIM被业内一致认为是数字化转型的基础、理念、工具和方式。欧特克于2002年在全球率先提出革命性理念BIM，目前为工程建设行业、制造业和传媒娱乐业开发了多款行业领先的三维解决方案并积极推动BIM技术在国内落地。 经过多年发展，BIM在我国取得了长足进步，涌现了一大批优秀的BIM应用落地项目。根据电力建设行业 属性及所属企业特点，本文将数字化转型视为由互联、自动和融合三个要素塑造的旅程。

1  数据互联

在使用数据互联服务之前，不同专业工程师之间以及与其他工程参建方之间通过电话、微信、邮件等工具传输电子文档或当面利用纸质文档进行交流。在文件传输过程中，不仅有大量的上传和下载工作量，而且在过程中容易出现文件错用或传输失败的情况，从而常常出现沟通不畅，重复工作和浪费时间等现象。因此，电力行业用户迫切需要一个跨地域、跨不同团队，贯穿工程建设项目全生命周期的统一平台。基于该平台，最新的成果可以通过平台化工具进行实时共享与同步，现场进展和状态也可以通过多种数据形式被查看、审阅和修正。它可以让所有团队在一体化的平台上紧密合作、通过单一的数据源连接不同工作流程，为用户提供安全、便捷和准确的协作环境。

Autodesk Construction Cloud（简称ACC）可以完美的将二维和三维数据打通，并做到自动化的关联挂接。可以在任何一个文件中直接找到与之关联的工程要素的数据。同时，数据的互通还兼顾了管理流程中涉及到的各种文档，这些信息都有序的附着在以数字化设计、建造的成果之上，最终帮助使用者基于真实、全面且实时的数据进行沟通、协同和决策。而CDE（Common Data Environment通用数据环境）是该平台的幕后英雄，如图1所示，其通过多源异构数据的结构化，建立一套通用的数据环境，连接不同参与方、不同工程阶段的数据源，并从工程的角度服务于业务，达到真正基于单一真实信息来源的项目协同。

图1 CDE通用数据环境示意图

CDE可以根据企业个性化需求进行定制、开发，从而让数据服务于业务。欧特克国内合作伙伴乐华建 ^{[ 2]} 基于欧特克 公有云平台F orge 为大型工程客户架设的智能管理系统，该套系统打通了EPC各个环节。在某能源项目中，处理的信息涵盖30万个构件、10亿条数据、8000多份图纸，数据覆盖设计、采办、材料、建造、焊接、调试等设计与建造全过程。在该平台的加持下，横向贯通EPC各板块、纵向贯通各层级项目管理，不仅大幅提高了工程项目执行效率，降低了成本，而且提高了项目组对各参建方的管控力度。

当然，国内企业对数据安全性和数据存储位置有自己的考量，可基于欧特克 私有云平台Vault搭建CDE环境的一部分，并在一定条件下通过互联网的方式与云服务连接。中国电建集团北京勘测设计研究院 ^{[ 3]} 通过Vault的实施实现了安全、远程的协同设计和数据共享，如图2所示。通过在院本部部署Vault服务器和数据中心，并构建院本部与工地现场的网络专线，形成统一的局域网环境，同时还可以在设置的权限许可内通过外网使业主等其他参建方访问数据，保障安全的同时满足数据共享和协同的需要。该平台不仅实现几十个专业之间的设计协同、实时交互、确保了数据的唯一性和及时性，还支持办公类、计算分析类等外部数据，并融合了设计、校核、审查流程，实现数据的跟踪与回溯。 另外， 该平台支持设计成果数字化整合交付，并与企业MIS系统的连接，实现了项目设计平台和企业管理平台的深层交互。目前该平台已成功运行多年，在丰宁、沂蒙、清原等十余个抽水蓄能电站设计工作中发挥了重要作用，显著提高了设计效率和质量。

图2 Vault 协同平台的部署架构与应用

2  自动化

工程自动化一直是工程师期待的智能设计、智慧施工的一种呈现方式。目前在软件数据自动化和硬件装备自动化的加持下，将工程师从繁琐的基础工作中解放出来，让他们的精力更专注于工程本身，更快捷的获取、分析、评估数据，从而提高工程效率和质量。

钢筋绑扎是建筑工地最乏味、体力消耗最大的工作之一。而且绑扎的质量，往往也和操作人员的技能水平和状态有关。斯迈勒项目 ^{[ 4]} 是乔治亚理工学院和欧特克研发中心共同开发的一种无人机与钢筋绑扎机的结合设备，如图3所示。利用扫描仪，结合机器学习和计算机视觉来自动判断和绘制工作区，并精确定位钢筋交叉点，自动发现、分类和计划要做的绑扎工作。由于钢筋绑扎的工作面往往会不断变化，这样的无人机装备充分发挥它的灵活性。如果项目需要加快进度，可以合理增加更多的无人机基于用一个协同模块下开展钢筋绑扎工作。

图3 无人机钢筋绑扎设备

某世界级千万千瓦巨型水电站的 大坝为300m级特高拱坝，大坝的施工阶段面临诸多重大技术难题 。软件数据的自动化在解决上述难题的过程中发挥了显著作用， 项目组利用Revit+Dynamo的参数化建模方法，不仅实现了参数驱动模型构件，而且大坝孔洞结构、大坝坝段、单元模型、金属结构等专业的模型能够基于设定的规则自动、批量生成。从而形成了不同应用场景、不同应用目标、不同应用阶段、不同LOD层级的多专业融合的BIM模型成果。基于自动化的成果，结合各专业技术及项目管理流程，构建了由“ BIM+混凝土施工与温控”、“BIM+安全监测”、“BIM+金属结构”、“BIM+灌浆工程”、“BIM+进度计划”和“BIM+结构安全监控与仿真分析”组成的“BIM+通用工具”，实现BIM与进度、安全、施工、质量的融合 ^{[ 5]} 。

对于300m级特高拱坝而言，施工期温控防裂是其面临的巨大挑战，在什么位置布置多少温度传感器和冷却水管等埋件是大坝施工期面临的重难点，传统IoT设备存在定位困难以及数量难以确定等问题，基于“BIM+混凝土施工与温控”工具，利用大坝分段BIM模型和分层BIM模型，自动提取形体指标与参数，实现温度计、冷却水管、缆机下料落点等埋件的数字化自动定位，为混凝土浇筑仓面精细化施工提供依据。大坝施工的进度计划需要进行严格的控制和管理 ， 基于“BIM+进度计划”工具，利用BIM模型不仅可实现工程短期和长期的计划编制与计划形象展示，而且可实时采集混凝土、灌浆、金属结构施工等多专业施工进度数据，实现多专业、大规模进度数据集成与高效可视化展示。使建设单位更准确的把控人员、机械和材料等资源的投入，提高对施工进度和工期的管理。

通过“BIM+通用工具”的应用，项目节省工期 五十余天，减少了施工资源的投入，提升了大坝混凝土浇筑、温控质量，减少后期缺陷的处理，并形成了大坝混凝土浇筑及温控可视化数字资产，产生直接经济效益上亿元。

3  行业融合

行业融合是将从前孤立的技术、流程和数据相互交融，以创造重塑行业结构的产品、服务和体验的新组合。目前正在流行和大力发展的装配式建筑，就是典型的工程建设行业和制造业的融合，其产品化的思维，让传统建筑物的建造过程从施工现场转移到工厂中。

风电项目可以说是典型的工程建设行业与制造业的融合。风力发电机组中的“风机、塔筒、叶片”三大件及相关配套，都可以在工厂内进行生产，然后在施工现场进行组装。四川海鑫能电力设计有限公司 ^{[ 6]} 利用欧特克风电解决方案，根据风电行业自身特点，从升压站、风机和BIM+GIS三方面进行设计。

升压站的设计施工过程充分借鉴建筑行业的BIM使用经验，基于Revit进行标准模块化设计，通过模块控制户型尺寸，将模块像 “搭积木” 一样组装成建筑模型。基于BIM技术实现模型图纸的快速生成和构件高效的预制生产，实现了设计、安装一体化。风机的基础和塔筒基于Revit+Dynamo参数化批量建立，风机设备模型基于Inventor参数化建模，建筑业Revit和制造业Inventor在流程中配合，数据无缝衔接，使得专业需求和标准在不同的团队之间得到最大程度的同步与传递，如图4所示。而上述的所有数据可通过InfraWorks进行统一整合，并融入到GIS环境中，如图5所示。GIS与BIM的融合，实现在高度可视化的场景中，不仅可以综合考虑地形、地质、征地和环境等因素，优化设计施工方案，而且可以合理利用地理资源，减少对环境的污染和浪费。

图4   工程建设行业和制造业的融合

图5  BIM 与G IS的融合

工程建设行业与制造业的数据互通，将两个行业有效融合，实现从局部到整体、从微观到宏观的全面把控。可以有效减少设计的变更，降低工程造价。此外，基于BIM模型可在土建施工、构件预制和风机吊装等领域进行多维模拟，提前暴露、有效规避风险和问题，显著提高建设效率，缩短建设工期。

4  总结与展望

电力建设行业的数字化转型不会在一夜之间发生。这是一段旅程，可能是您已经开始的旅程，它开启了让您所在企业蓬勃发展的可能性。而且可以预见：电力建设行业在更多数字化科技渗透和数据互联的加持下，施工现场会越来越智能高效、越来越安全可靠。本旅程将带来一个充满无限可能的未来，而欧特克 的愿景则正是致力于与您一起踏上、加速这段数字化转型之旅，通过基于数据的桌面端工具、云端PaaS、SaaS与电力建设行业携手共进！

参考文献：

[1]  政府工作报告——2021年3月5日在第十三届全国人民代表大会第四次会议上. http://www.gov.cn/guowuyuan/zfgzbg.htm,   2021年3月5日/2022-01-11

[2] 项目案例：Forge平台技术在大型油气工程建设项目价值链应用实践，乐华建中国

[3] 项目案例：BIM技术在丰宁抽水蓄能电站中的设计与应用，中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司

[4] Zach Mortice.   施工技术2021：今年值得关注的5大趋势[EB/OL]. https://redshift.autodesk.com/construction-technology-2021.html,2021-02-23/2022-01-11

[5] 项目案例：乌东德特高拱坝施工管理BIM关键技术研究与应用，中国三峡建工（集团）有限公司乌东德工程建设部，武汉英思工程科技股份有限公司

[6] 项目案例：云南巧家洗羊塘一期49.5MW风电场，四川海鑫能电力设计有限公司