中国工程精英领航基建智能化

——2023纵览基础设施大会暨光辉大奖赛观察 （上）

 

吴付标

 

数字化方兴未艾，智能化已呼啸而来。

 

2023年10月，Bentley在新加坡召开了一年一度的全球“纵览基础设施大会暨光辉大奖赛”。在现场，笔者从大会的演示中，决赛入围选手激烈的角逐中，与国内外工程界精英的深度交流中，感受着扑面而来的AI气息。

 

基础设施数字化光辉大奖赛由一个独立的评委会评选，被誉为全球的行业奥斯卡，旨在表彰基础设施数字化进步所取得的成就。2023光辉大奖赛决赛入围项目中，高达64%的项目采用了数字孪生这样领先的数字化技术，这不仅印证了数字孪生技术正成为主流，也表明基础设施数字化正在迈上人工智能时代的新台阶。

 

今年，来自51个国家和地区的235个组织提交了300多个参赛项目，12个独立评委会从中评选出了12个奖项类别的36个决赛入围项目，其中7个中国项目入围决赛，成为此次入围项目最多的国家。

 

在台上台下的分享中，中国工程数字化精英所展现的智能化抱负触动着我与众多的与会者。他们借力数字化设计、数字孪生等新技术设计数据模型，打通数据孤岛，实现数据流通，激发数据价值，绘制出数字化创新的瑰丽场景：“智慧三峡”在展开全新画卷；赤壁古战场成为数字国网胜地……

 

当“智慧三峡”的画卷展开

在三峡大坝，有一种神奇体验，那就是乘坐垂直升船机。大坝上下游水位的最大落差达113米，船舶乘垂直升船机过坝被游客誉为“坐电梯”。三峡升船机可容纳一艘3000吨级船舶，是世界上规模最大、技术含量最高的垂直升船机。

 

三峡升船机停航检修的难度和精细度可想而知，如今，三峡升船机通过BIM建模、可视化和智能有限元分析，提升了数字化运维能力，得到了三峡枢纽局的高度评价。而这正是本次入围光辉大奖赛决赛的“基于数字孪生的水电工程数字资产管理”项目所展现的成果之一。

为加速迈向智慧三峡，中国长江三峡集团有限公司—全球最大的水电开发运营企业和中国领先的清洁能源集团——加速了数字化进程。三峡集团上海勘测设计研究院有限公司副总工程师兼智慧工程研究院总工程师梁晖说，集团分管副总经理部署了系列科研项目，其中就包括“基于数字孪生的水电工程数字资产管理”项目。

 

梁晖说：“本项目依托于三峡集团两座巨型水电站进行，从已建成和在建中水电工程两个不同的角度出发来研究和创建水电工程资产全生命周期数字化管控体系，并综合运用数字孪生、多层数据仓库、云计算等技术来试点建设水电工程数字资产。”

 

试点建设水电数字资产的两座巨型水电站，其总工程投资分别达到了500亿元级人民币和2000亿元级人民币，工程体量庞大，挑战重重。

 

在存在巨量工程数据的情况下，如何创建一套完整的水电工程数字资产管控体系？项目团队利用“.dgn”格式良好的数据兼容和数据支撑能力以及协同管理平台ProjectWise，实现了统一水电工程数字资产管控体系创建的突破。

 

面对大规模、多类别实体对象进行虚拟重构，并完成数据协调，如何最终形成可靠工程数字底座？项目团队根据不同专业的特点，分别利用MicroStation、OpenPlant等专业建模软件成功建立了两座巨型水电站的数字化模型，总计完成近200万个构件的数字化建模，并借力ProjectWise进行数据共享和管理，保证了原始数字底座的准确性。

 

应对多层级、多维度、大量级数据应用需求，如何保证数据的支撑及服务能力？项目团队利用数字孪生平台iTwin实现了多模型融合，并成功在iTwin平台上实现了百万构件级模型的轻量化整合，使巨型水电站数字化资产的完整可视化展示成为可能。

 

目前，该科研成果的推广取得了卓越绩效。如今，三峡集团和上海院已经有了更大的抱负，计划将该水电工程数字资产管理体系推广到更多的三峡巨型电站以及长江干流上的六座水电站，并继续扩展到抽水蓄能电站。

 

“项目计划通过建立工程对象数字信息模型，将工程设计、建设和运维期不同系统间孤立的、分散的信息进行整合关联，并携手三峡集团大数据平台与数字档案馆，实现三维模型、结构化数据和非结构化数据在三大平台中的互联互通，共同构成与物理工程对应的数字底座，以共享各类数据服务，为后续三峡集团内‘BIM+’智慧化应用打下数据基础。”梁晖说道。

 

当赤壁成为数字国网胜地

湖北赤壁闻名古今。这里曾经是三国周郎击败曹操、卷起千堆雪的古战场，也是宋代大文豪苏轼留下《念奴娇·赤壁怀古》、《赤壁赋》的文旅胜地。这里还有着良田万顷。

 

在此地设计、建造一座500千伏湖北省重点变电站工程，面临着诸多挑战。变电站要与历史故地的文化感契合，并保护农业生态环境，无疑增加了设计难度和成本。变电站建设是在疫情期间，对进度控制有很高的要求。湖北省电力规划设计研究院数字化分公司总经理蔡思说：“我们利用完整的Bentley数字化解决方案，在规划选址、实景建模、三维模型、施工管理、成本控制和后期运维等方面，都取得了很大的成效。” 该项目荣获2023输配电类别光辉大奖。

 

项目团队过去曾经尝试使用过其它BIM技术，有一些不尽如人意之处，例如，复杂的电气设备难以实现精细化建模；图形平台承载能力难以满足工程大量复杂模型的要求。

 

蔡思说，在项目建设过程中，项目团队系统采用了Bentley解决方案，并进行了一系列创新，其中包括电缆精细化设计、基于GIM技术的4D数字化施工方法、设备三维安装模拟、VR模拟以及AR技术应用、变电站数字孪生技术应用等，并将最终三维设计成果移交给业主单位，实现工程数字化设计成果在工程全生命周期的应用。

 

项目团队通过采用包括ContextCapture、ProjectWise等Bentley公司协同设计完整解决方案，进行设计模型与现场环境的融合，通过各专业协同工作模式，完成了优秀的设计方案。基于三维模型提取工程量进行成本核算，为工程造价精准管控提供了数据支撑，打破了技经与设计等多方的数据壁垒。

 

本项目深度使用了SYNCHRO 4D技术，在施工阶段进行建造数据梳理、基于BIM的进度编制、进度可视化、施工进度跟踪管理、进度变更/优化管理、信息共享；创新的制作了3DPDF三维模型集成动态施工模拟，施工人员无需安装专业三维软件，使用PDF阅读软件即可方便的进行三维模型查看，属性查看、施工方法动态查看等，提高了施工交底的效率，一定程度上缩短了施工工期。

 

基于精细化的数字化设计成果，后续可以搭建赤壁500千伏变电站全3D数字孪生模型，在原控制系统的基础上，建立变电站实时视频监视、全站消防系统状态感知、消防系统远程控制、站内人员定位追踪等。

 

该项目的数据价值还将继续释放。蔡思说：“赤壁500kV变电站工程是湖北省重点变电站工程，数字化设计成果也将持续应用在工程运维阶段。”

 

 

当2023成为基础设施智能化的“开创年”

中国用户的数字化创新和抱负给Bentley首席运营官Nicholas Cumins留下了深刻印象。他说：“中国在拥抱数字化，中国用户的数字化进程让我兴奋。他们将数字化从设计推进到了建造和运维。从今年入围光辉大奖赛的项目中，我们看到越来越多用户从设计到运维端都在激发数据价值。”

 

Nicholas Cumins谈到，中国是一个巨大的市场，尤其在基础设施领域。Bentley作为基础设施软件供应商，非常重视中国市场。我们也认识到中国市场的特殊性，采用独特的战略来服务中国用户。在进入中国之初，Bentley在中国就配备了本地化的研发团队，重点解决全球化产品和中国本地客户的需求差异问题，这件事情还会持续做。最近我们还在中国成立了合资企业，利用Bentley的技术和合作公司的研发能力，提供本地化的产品。

Nicholas Cumins说：“为了更好、更快地响应中国市场的需求，我们在组织架构上做了特殊安排。我们在2023年6月1日任命李旭东为新的中国区总经理，全面领导Bentley在中国的所有业务，包括近期成立和未来可能成立的合资企业。他在中国推进企业软件‘本土化’方面的经验，将为 Bentley 在中国的前瞻性优先战略发挥关键作用。这也是Bentley绝无仅有的组织架构设计，以便更好地服务中国。中国的基础设施工程规模和数字化进步在业界是独一无二的，值得采用独特的市场拓展策略，中国市场值得我们期待。”

 

在中国工程数字化精英一路疾行的同时，国外同行也在奋勇争先。国际工程、管理及发展顾问公司Mott MacDonald 2022年还在谈数字化构件库，2023年就已经在推动AI辅助设计了。全球性基础设施综合服务企业AECOM在其2023年提交的项目中，已经在用岩土数据来训练AI模型。制造大厂韩国现代则用Bentley的STAAD结构分析软件数据来训练AI模型，以改进钢结构的设计。

 

Bentley公司在纵览基础设施大会上表示，2023年是基础设施智能化的“开创年”。在智能化的大潮中，数据互联，万物生长。智能世界中的玩家都会找到新的增长曲线，不论他们是软件公司、工程企业，还是业主与运营商。

 

更多精彩故事，且待下篇分解。