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1、数字化施工过程管理系统研究作者：孙海星来源：中国信息化第09期信息系统的引入，满足了专业系统的应用需求，提高了施工过程管理信息化管理水平。但由于施工公司业务覆盖面广，单项目的业务范畴就涵盖了从设计、采购到施工的全过程管理，各专业系统之间欠缺有机地集成，一定限度上存在“信息孤岛”的现象，无法满足整体管理的需要。同步，整体的信息化水平与国际先进水平尚有相称的差距，存在3D模型应用限度还需提高、无法实现设计与施工信息的一致性、项目管理还需深化等差距，这些都制约着公司的业务提高，无法在国际舞台上与同类公司同台竞技，迫切需要建设一种完整的IT系统应用平台来完善提高。数字化施工过程管理系统平台是需要满足工
2、程设计、采购、建造、调试等多方面的工程管理需求，以达到对工程进度、投资、质量、安全、技术和环境的综合管控的一体化规定，借助先进的数字化设计和管理软件，提高效率、规范管理，并通过信息化平台，最后实现项目建设数据向电厂运营管理系统无缝的数字化移送，为电厂后期的运营和维护提供有效的信息支持与数据支持。同步，该平台也需要满足业主对电厂平常运营管理维护的需要，特别是后期维护管理的需要，实现覆盖集团的核心业务领域，从工程设计、施工到后续运营管理的业务链条的全面管理提高。一、项目目的项目建设的具体目的是：打通业务链施工项目综合信息平台需要满足工程设计、采购、建造、调试等多方面的工程管理需求，以达到对工程进度
3、、投资、质量、安全、技术和环境的综合管控的一体化规定，借助先进的数字化设计和管理软件，提高效率、规范管理，并通过电厂工程信息化平台，最后实现项目建设数据向电厂运营管理系统无缝的数字化移送，为电厂后期的运营和维护提供有效的信息支持与数据支持。同步，该平台也需要满足业主对电厂平常运营管理维护的需要，特别是后期维护管理的需要，实现覆盖集团的核心业务领域，从工程设计、施工到后续运营管理的业务链条的全面管理提高。提供领导决策支持施工项目综合信息平台不仅是满足平常业务运营的IT支撑系统，还需要提取项目运营中的海量数据，进行记录分析，并提供管理驾驶舱，为领导决策提供辅助支持。培养一支IT建设和维护队伍IT系
4、统的建设是复杂的系统工程，参与项目建设的人员不仅需要理解业务运营状况，还需要对IT技术有较为进一步的理解，这样才干保证项目的成功。在IT项目上线运营后，也需要有一支独立的IT队伍对系统进行平常运营维护，以保障业务的平稳运营。在该项目的建设过程中，培养内部的一支IT建设和维护队伍，来满足集团对信息化统一管理的规定，更好地支撑各单位的业务运营。二、技术方案数字化施工过程管理系统平台（下简称“平台”）提供一套完整的数字化电厂模型，统一提供应业主方，工程公司以及供应商统一的电厂数据视图。通过集中管理项目准备，设计，采购，建安，调试以及移送等不同阶段数据，实现信息的共享，流转和可追溯。通过建立设计需求，
5、设计数据以及建安调试数据之间的配备管理，实现建设与设计数据的一致性和精确性。最后这些数据将实现统一的多维数字化电厂移送。数字化施工过程管理系统平台的系统架构如下图所示：整个数字化施工过程管理系统平台由4部分构成：数据层、协同层、应用层和集成层。数据层涉及了3部分内容：3D xCAD接口，3D建模工具CATIA和3D数字化电厂模型。其中3D数字化电厂模型是数据层的核心，3D xCAD接口和CATIA是3D创立、转换和导入的工具。3D数字化电厂模型的来源有3方面：CNPE设计数据，外来数据和历史数据。CNPE设计数据来自于设计管理系统，目前重要是AVEVA模型，是CNPE自主设计的电厂的3D模型。
6、通过设计管理系统和平台的接口，把已发布状态的设计模型发布到平台的数据层进行管理。外来数据是指其她设计公司或供应商提供的模型。例如田湾项目，平台需要接受俄罗斯工程设计方提供的大量3D模型，涉及CATIA，Intergraph和UG模型。此外，供应商也应当提供设备的3D模型。多种3D CAD工具提供的3D模型，将通过平台提供的3D xCAD接口导入到平台的数据层。外来数据也许还涉及2D图纸，需要通过CATIA的逆向工程转换成3D模型。历史数据是指已有的电厂设计图或物理厂房。历史数据也许涉及多种3D CAD工具产生的3D模型、2D图纸。对于已建的物理厂房和设备，还可以通过激光扫描的方式来得到点云图。
7、多种3D CAD工具提供的三维模型，将通过平台提供的3D xCAD接口导入到平台的数据层。对于2D图和扫描得到的点云图，需要通过CATIA的逆向工程构建3D模型，纳入到平台进行管理。协同层由2部分构成：系统工程和配备管理。系统工程是一种跨学科的措施，其目的是协助实现成功的系统，RFLP（Requirement-FunctionLogic-Physical，需求-功能-逻辑-物理）模型是实现跨学科全生命周期管理的系统工程的管理流程。配备管理部分管理数据状态和变更，保证数字化电厂与物理资产的一致性。RFLP模型是系统工程措施论的最佳实践，可以实现对需求模型、功能模型、逻辑模型到物理模型创立、关联和
8、追踪，全面管理支持需求、功能、逻辑和物理及有关的数据，支持跨学科全生命周期管理，如下图所示。工程需求管理的目的在于精确的捕获业主的需求，作为工程投标和设计的基本，并保证最后交付的电站满足技术、经济和社会等方面的规定。通过客户体验和交互及时捕获业主需求，并对业主需求进行明确的构造化体现，形成需求构造分解（RBS）。提供工程分类、工程构造、建筑和子系统的构造化体现，支持数据重用、设计和投标报价。功能模型描述了产品（或服务）所起的作用和所肩负的职能，针对设计需求，定义系统/子系统所需实现的功能，并拟定系统间输入输出关系。平台中的功能模型将按照电厂的特点来进行定义、分析和分解。逻辑模型是实现功能定义的
9、系统逻辑构造，可以用于系统行为建模与仿真，建立系统级的统一仿真平台。逻辑模型应当基于Modelica统一物理建模语言来构建，Modelica是多学科系统建模与联合仿真系统解决方案的基本。基于CATIA System可以对Modelica逻辑模型进行多学科系统建模与联合仿真系统解决方案。物理模型通过平台的数据层进行管理，并和需求、功能和逻辑模型进行关联，实现设计的追踪，形成完整的系统工程管理流程。配备管理部分管理数据状态和变更，保证数字化电厂与物理资产的一致性。电厂对安全性的高度关注规定公司建立严格的配备管理流程。原则化的电站SSC模板是进行配备管理和数据重用的基本。集成、闭环的问题管理和变更管
10、理流程保证了数据的精确性和一致性，并支持设计质量持续改善。应用层提供了业主、工程公司和供应商等各方所需的工程信息服务。平台的搜索功能提供了基于属性、分类、核心字以及3D检索功能。平台的搜索能力还应当支持海量的、多数据源的搜索能力，以支持智能化的搜索和基于搜索的应用（SBA，Search Base Application）。平台的浏览功能提供了从各个视图对信息浏览的方式，并通过信息之间的关联，可以浏览有关的信息。报表功能提供需求追踪、BOM等常用的报表。通过系统的可视化功能，提供3D的分析、仿真、评审、演示和培训等服务。集成层提供了和设计管理，采购管理、施工管理、调试管理等系统的集成接口，实现平
11、台和这些系统之间的信息交流和共享。构件开发均采用J2EE实现，采用J2EE方式进行系统间的通讯与协作。三、系统平台功能建设3D工厂数字化评审是一种正式的，流程化的，系统化的，可控制的审查，遍及整个工厂数字化研发过程，在预定义好的项目时间点上进行，验证目前的设计与否与商定的需求保持一致。3D数字化工厂评审的目的：验证所有规划的任务和交付物已经被完毕，并且满足项目特定阶段的成熟度规定拟定与否项目应当按筹划进行，在继续开始之迈进行风险管理分析和重要问题的决策使下一阶段的任务提迈进入，推动并行工程的进行减小设计后期浮现问题的也许性，减少问题的影响对供应商的外包设计进行协同决策管理碰撞与干涉分析，在已有
12、3D模型的基本上，在建造前事先发现问题，更新设计，避免建造时才发现问题，实现建筑、构造、电气、管路、设备等多专业间不同布局空间3D数字化工厂的协调，尽早发现设计缺陷，减少设计变更，以最大限度地减少成本和风险。人机工程应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究措施，对人体构造特性和机能特性进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的互相关系和可及范畴等人体构造特性参数；还提供人体各部分的出力范畴、以及动作时的习惯等人体机能特性参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在多种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对
13、多种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。人机工程将人在电厂工程环境中的行为进行模拟仿真，提高高危、高辐射环境下人员工作的安全性：工人工作过程仿真最大化操作者的舒服限度比较评估不同的操作方案优化人机操作流程辐射环境下人体辐射量的虚拟建造是基于4D数字化环境下的可视化仿真平台，验证和规划建设维护的时间表和任务分解，检查设备拆卸时的潜在碰撞，以最大限度地减少成本和风险。功能需求：检查物理活动之间的冲突检查安全问题尝试不同的施工措施验证和加快施工维护进度捕获和重用知识建设规划规划信息以三维可视化形式展示虚拟建造维护的益处：减少成本：对建造前的设计错误辨认
14、以减少工程变更提前预知建造施工任务间的冲突以减少施工变更优化建造施工任务分解以减少资源挥霍施工时间大大缩短：缩短了由于设计或规划失误而导致的工程迟延时间验证重大核心施工任务筹划，缩短建设周期缩短核心施工任务的员工学习培训时间减少风险：比较不同的施工措施，对不同施工方案进行验证在交互式的虚拟环境中，安全人员及早发现施工阶段的安全隐患基于3D模拟环境，开展员工培训，提高工人的安全意识改善沟通以三维可视化的形式提供简朴易懂的设计与施工信息阐明虚拟模拟手段加强工人，工程人员，高档管理人员和客户之间的信息沟通动态三维技术在设计、建造以及虚拟工厂规划领域变得越来越重要。相比于老式的二维简图表达及施工维修文档阐明的措施，三维可视化的手段不仅对三维设计信息进行重新运用，并且直观清晰，有助于操作人员理解施工维护意图，形
