國家能源集團國電電力破局BIM國產(chǎn)化填補發(fā)電工程數(shù)字化空白
國家能源局2024年度能源行業(yè)重大科技創(chuàng)新成果、工信部2024年度物聯(lián)網(wǎng)賦能行業(yè)發(fā)展典型案例、電力建設科學技術進步一等獎、第四屆中央企業(yè)熠星創(chuàng)新創(chuàng)意大賽三等獎、第十二屆金橋獎、2024年中國節(jié)能協(xié)會創(chuàng)新獎、中國信息協(xié)會能源企業(yè)信息創(chuàng)新成果與實踐案例……國電電力“基于國產(chǎn)BIM的發(fā)電工程數(shù)字化關鍵技術研究”接連斬獲各大獎項和權威認證,注解著國產(chǎn)BIM全鏈條平臺的歷史性突破。
在中電聯(lián)組織的成果鑒定會上,專家組組長王聰生特別指出:“這一成果鍛造出支撐新型電力系統(tǒng)建設的數(shù)字底座,為行業(yè)轉型升級提供了標桿示范。”
這一突破性成就的背后,是一場關乎國家能源安全與工業(yè)軟件主權的科技突圍——從依賴進口到制定標準,從填補空白到領跑賽道,國電電力在這場科技攻堅中,為中國能源數(shù)字化轉型標注了具有劃時代意義的坐標。
使命:破解發(fā)電工程國產(chǎn)BIM“無人區(qū)”
BIM技術,狹義上是覆蓋設計、施工、運維的協(xié)同平臺,廣義上則是以三維模型為核心的全生命周期數(shù)字化管理工具。
當建筑領域的摩天大樓在國產(chǎn)BIM技術加持下拔地而起,當電網(wǎng)側數(shù)字化設計逐漸成熟,發(fā)電工程卻因技術復雜、場景多元——發(fā)電廠房的管道密集程度是普通建筑的10倍以上,水電站地質建模需融合巖體力學參數(shù),新能源場站則面臨海量設備協(xié)同難題等一系列特殊性,始終是國產(chǎn)BIM技術的“真空地帶”。
圖為國電電力團隊研發(fā)的發(fā)電工程國產(chǎn)BIM全過程應用平臺一覽
2022年,為落實國務院國資委關于戰(zhàn)新產(chǎn)業(yè)“百大工程”專項行動工作要求,聯(lián)合解決發(fā)電工程國產(chǎn)BIM軟件無“芯”的“卡脖子”技術難題,國家能源集團迅速響應承接重任,將“基于國產(chǎn)BIM的發(fā)電工程數(shù)字化關鍵技術研究”列為十大科技任務之一,統(tǒng)籌組織集團旗下國電電力、浙江公司、大渡河公司、龍源公司、廣東公司等5家子分公司,在典型的燃煤電廠、燃氣電廠、水電站、風電場及光伏電站開展國產(chǎn)BIM示范應用,并指定國電電力承擔“國產(chǎn)BIM數(shù)據(jù)標準體系及共性關鍵技術研究”課題。
圖為國家能源集團國電電力團隊調研研討
接到任務后,國電電力迅速組建了由設計院、科研院所等組成的跨專業(yè)團隊。2022年5月,隨著立項批復的下發(fā),這支團隊從東海之濱到川西高原,從傳統(tǒng)能源基地到新能源矩陣,啟動了一場總行程達7750公里的“地毯式”調研,先后深入國家能源集團舟山電廠、金川水電站、安徽霍邱光伏等10余個涵蓋水電、火電、新能源領域的廠站,訪談了130余名技術骨干,調閱了2000余份工程圖紙。
“建筑BIM關注靜態(tài)結構,而發(fā)電模型必須動態(tài)耦合設備運行數(shù)據(jù)。”國電電力團隊技術負責人丁佳介紹道。于是他們把調研的重點放在廠站的需求上,管道碰撞影響施工工期、地質模型與施工實況存在偏差、二維圖紙難以支撐精細化施工……一項項難點、需求最終被提煉成了78個應用場景,涵蓋三維駕駛艙、數(shù)字化移交、施工進度管理、危大施工預演、設備拆裝模擬、設備管理等典型應用場景,這些場景成為了國產(chǎn)BIM研發(fā)的“靶向標”,也為后續(xù)技術攻關奠定了實踐基礎。
攻堅:“雙軌并行”下的技術迭代
沒有專業(yè)的技術標準、應用標準,發(fā)電工程BIM技術國產(chǎn)化就是空中樓閣。面對發(fā)電工程多個專業(yè)子系統(tǒng)交織的龐雜模型,國電電力技術團隊深知,唯有統(tǒng)一“數(shù)字語言”,才能打通“設計——施工——運維”的全鏈條數(shù)據(jù)動脈。“標準先行、軟件同步”的創(chuàng)新策略是他們的應對方式,一邊編制行業(yè)標準,一邊研發(fā)基礎建模軟件和全過程應用平臺。
然而,標準制定堪稱“破冰之旅”,現(xiàn)有的國際、國家通用標準更側重建筑領域,電力行業(yè)現(xiàn)行編碼體系難以覆蓋發(fā)電工程特有的鍋爐、汽輪機、光伏陣列等設備。設計端追求毫米級細節(jié),施工方關注構件安裝邏輯,運維端則需設備全生命周期數(shù)據(jù)……設計院、施工方、運維單位對模型精度需求差異巨大,要讓各方“說同一種語言”,將海量現(xiàn)場數(shù)據(jù)提煉為標準條款,難度遠超預期。
圖為編制并發(fā)布的發(fā)電工程國產(chǎn)BIM技術標準規(guī)范
為了攻克這一難關,團隊駐扎典型項目現(xiàn)場、記錄會審爭議點、梳理設備參數(shù)錄入漏洞等等……最終將碎片化經(jīng)驗轉化為系統(tǒng)性規(guī)則。歷經(jīng)20次標準評審會交鋒,涉及電氣、土建、水工、機務、暖通、化學、控制、金屬結構、施工、光伏、風力發(fā)電等34個專業(yè)領域的83張數(shù)據(jù)表格集合成5本發(fā)電工程信息模型交付規(guī)范;1030張數(shù)據(jù)表格、近21萬條數(shù)據(jù)項集合成10本發(fā)電工程信息模型數(shù)據(jù)規(guī)范;還有1本發(fā)電工程信息模型軟件基本功能規(guī)范、20本發(fā)電工程BIM應用導則,共同形成了覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的“標準矩陣”。
同步推進的軟件研發(fā),更像一場與時間賽跑的“進化實驗”,基礎建模軟件和全過程應用平臺的研發(fā)過程在“應用——反饋——迭代”中螺旋上升。2022年10月,僅用5個月完成了從立項到軟件的原型開發(fā),首版軟件正式投入使用,但這才僅僅邁出了第一步。
圖為基礎建模軟件界面
“將PDMS等不同建模軟件生成的文件集成到BIMBase中的模型無法進行模型調整和二次編輯”“不同軟件關聯(lián)模型呈現(xiàn)形式不一致”……不同系統(tǒng)間的模型兼容性差異導致數(shù)據(jù)斷層,一系列反饋接踵而至,直接制約著工程數(shù)字化進程。
為此,國電電力團隊利用“日對接、月迭代”的機制,不斷地研發(fā)、應用、接收反饋、針對性調整優(yōu)化。2024年5月,歷時18個月,建立了5萬余個發(fā)電工程設備庫、元件庫,77類包含火電設備、水電設備、新能源設備的通用設備庫;發(fā)布了11個版本的發(fā)電工程國產(chǎn)BIM基礎建模軟件、8個版本的發(fā)電工程國產(chǎn)BIM全過程應用平臺……完成了基礎建模軟件和全過程應用平臺從“能用”到“好用”的蛻變。
破局:從“實驗室”到“主戰(zhàn)場”的跨越
當全球能源行業(yè)加速向數(shù)字化、智能化轉型,發(fā)電工程的國產(chǎn)BIM技術正經(jīng)歷一場歷史性跨越——從實驗室的理論驗證走向產(chǎn)業(yè)主戰(zhàn)場的規(guī)模化應用,標志著發(fā)電工程領域“卡脖子”技術突圍進入縱深階段。
在我國首個將國產(chǎn)BIM全鏈條應用于大型燃煤電廠的示范項目——舟山電廠三期擴建工程現(xiàn)場,一幅國產(chǎn)BIM技術深度賦能的工業(yè)數(shù)字化轉型圖景正徐徐展開。
圖為發(fā)電工程國產(chǎn)BIM技術在舟山電廠應用的場景
工程師的觸控筆劃過電廠基建三維模型,國產(chǎn)BIM平臺精準識別出58根冗余的沖孔灌注樁,這一幕直接讓舟山三期項目的建造速度“開了掛”,5號機組“鍋爐水壓實驗”比原計劃提前整整60天,5號機組并網(wǎng)的時間提前了30天,工程造價較批復概算降低明顯,經(jīng)濟效益顯著,意味著國產(chǎn)軟件實現(xiàn)燃煤工程核心模塊的自主優(yōu)化。
通過國產(chǎn)BIM全過程應用平臺,將復雜的鍋爐系統(tǒng)、汽輪機組與環(huán)保設施轉化為精準的數(shù)字孿生體。輸煤管道在虛擬空間中與鋼結構桁架碰撞檢測,0.1毫米級的精度校準規(guī)避了傳統(tǒng)二維圖紙難以發(fā)現(xiàn)的施工沖突。
“BIM是一個可以實現(xiàn)跨行業(yè)、跨領域數(shù)字化轉型的重要抓手,能夠實現(xiàn)BIM的國產(chǎn)化和核心技術的自主可控,意義重大。”舟山電廠基建副總經(jīng)理陳喜龍介紹道。
圖為靜樂娑婆風電場應用BIM技術進行三維畫面監(jiān)控
不僅舟山電廠如此,在國產(chǎn)BIM技術標準、軟件、平臺的加持下,惠州電廠同步采用國產(chǎn)BIM設計,出圖時間減少20%,提高了設計效率,提前3周完成了余熱鍋爐、發(fā)電機等主設備安裝。金川公司持續(xù)開展多專業(yè)、全階段的BIM設計、基于BIM的多源數(shù)據(jù)管理、開挖管理、地質預報、反饋分析及安全監(jiān)測等實際應用,實現(xiàn)了設計、施工全流程的數(shù)字化管理,為參建各方提供了統(tǒng)一的數(shù)字化成果管理平臺、協(xié)作平臺,為控制安全風險,實現(xiàn)施工精益化管理提供了平臺基礎及理論保障。
國產(chǎn)BIM技術的戰(zhàn)場,正在從單一工程試點向全行業(yè)輻射,這套自主技術體系將接入更多風電、光伏、儲能等新型電力系統(tǒng)場景,與AI大模型、物聯(lián)網(wǎng)感知終端深度融合,為發(fā)電工程鋪就一條真正自主可控的數(shù)字化軌道。
國電電力的國產(chǎn)BIM攻關,不僅是技術突圍,更是國家能源安全戰(zhàn)略的生動實踐。
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