中国勘察设计协会主管主办
数字中国建设是数字时代推进中国式现代化的重要引擎,是构筑国家竞争新优势的有力支撑。2023年2月,中共中央、国务院联合印发《数字中国建设整体布局规划》,明确数字中国建设按照“2522”整体框架进行布局,目标是“到2025年,基本形成横向打通、纵向贯通、协调有力的一体化推进格局,数
字中国建设取得重要进展;到2035年,数字化发展水平进入世界前列,数字中国建设取得重大成就。”这份纲领性文件,不仅为我国未来数字化发展奠定了基础,也为未来重点数字产业发展指明了方向。
如今,数字中国建设加速进入快车道,面对这一历史性发展机遇,广大勘察设计企业,该如何适应数字时代的发展潮流?又该如何在这场数字革命中精准把握行业发展脉络,以确保自身在转型浪潮中稳健前行?本文基于数字中国建设背景,以湘南纺织产业基地环保设施园项目为例,阐述如何利用BIM技术构建数字孪生城市基础设施,整合多元异构数据,并开发数字资产管理系统以提高项目运维质量和综合治理水平,为数字孪生城市构建及建筑业高质量发展提供参考。
坚持把城市作为推进数字中国建设的综合载体,以工程建设数据资产交付引领行业数智化高质量发展
党的二十届三中全会指出,要深化城市建设、运营、治理体制改革,加快转变城市发展方式。深化智慧城市发展、推进城市全域数字化转型,是推动城市治理体系和治理能力现代化的必然要求,也是推进数字中国建设、加快培育新质生产力的关键举措。2024年11月26日,中共中央办公厅、国务院办公厅联合发印发的《关于推进新型城市基础设施建设打造韧性城市的意见》指出:要推动新一代信息技术与城市基础设施建设深度融合,以信息平台建设为牵引,以智能设施建设为基础,以智慧应用场景为依托,推动城市基础设施数字化改造,构建智能高效的新型城市基础设施体系,持续提升城市设施韧性、管理韧性、空间韧性,推动城市安全发展。
基于上述背景,中信集团旗下新型城镇化板块重点数字化科技创新平台中信数智(武汉)科技有限公司(以下简称“中信数智公司”)积极响应政策号召,履行央企担当,依托工业和信息化部BIM“卡脖子”重大专项研究成果,全面开展关于数字孪生城市基础设施建设及应用的研究。针对工程建设项目需求,搭建数字资产管理系统,完善数字基础设施,主动推进数据资源整合和开放共享,保障数据安全,加快数字中国建设。
数字资产管理系统,以全过程建筑信息模型(BIM)建设为载体,通过全面归集包括数字档案、设备及构件信息、过程管理文件和空间信息等在内的各类数据,形成全过程、全要素的建设工程数据资产。中信数智公司团队搭建的数字资产管理系统,能够生成与工程实体同步交付的综合集成数字孪生体,无缝对接底层工程数据源。在此基础上,系统还支持对数字资产进行高效的检索、查询、展示和管理,并具备外部对接能力。这不仅能为项目的运维管理提供有力支持,还可为政府治理赋能,显著提高项目的运维质量和综合治理水平。
中信数智公司团队将系统研究成果投入实际工程实践中,目前已在湘南纺织产业基地环保设施园数字孪生交付项目中取得丰硕成果。
数字孪生智慧城市框架
围绕产业园区构建“四个一”建设体系,以交付数字资产赋能生产运营管理的探索实践
湘南纺织产业基地项目坐落于湖南省衡阳市常宁市,该项目是常宁市委、市政府积极响应衡阳市“3311”工程计划的重要举措。作为湖南省100个重点产业项目之一,项目致力于打造一个集绿色、节能、环境友好于一体的湖南最大纺织产业集群和产业基地。项目全面建成后,将全面覆盖牛仔服饰生产的整个产业链。
项目整体鸟瞰图
该项目采取投建营一体化模式,预计运营周期25年。为确保后期运营的高质量、高效率,此次中信数智公司团队聚焦产业基地两大园区之一的环保设施园及相关配套工程(含污水处理厂、工业给水厂以及热电联产项目三个子项),引入基于建筑信息模型的数据资产交付方式,同步建设生产运营管理系统,以保障安全生产运营。
根据项目整体目标,中信数智公司团队精心构建了“四个一”建设体系,即构建一个模型、制定一套编码、研发一个平台,并最终将这些成果应用于多个实际场景中,以充分发挥其效能。
构建一个模型
建筑信息模型是工程项目数据资产的底层基石,是所有静态数据和动态数据的基本载体。建筑信息模型可以将所有数据以空间关系串联,再借助移动终端和穿戴设备,能为用户提供一种全新的人机交互模式。这是工程项目数据资产区别于其他数据资产的关键所在。然而,在数字孪生应用中,模型单元的视觉呈现效果对于人们能否迅速且准确地识别其代表的工程对象至关重要。因此,中信数智公司团队对模型的要求是必须全面覆盖工程项目的各个子项和系统,具备高精度的细节表达能力,并拥有完善的数据承载机制。
为构建符合这些要求的模型,整个园区项目全部采用BIM软件进行三维建筑信息模型的搭建。在模型构建之初,我们制定了详尽的构建规则,包括系统划分、建模深度、命名规范以及信息表达的颗粒度等,以确保所构建的模型能够满足数据资产的信息表达需求,并为后续的数据映射奠定坚实基础。
在热电厂项目中,中信数智公司团队成功搭建了涵盖土建、机电、工艺三大领域,涉及锅炉、输煤、汽轮机、脱硫、化水、电气六大工艺,共计37个精细化的BIM模型。而在污水处理厂项目中,也完成了包括“预处理+调节池+混凝沉淀+水解酸化+A/O+MBR+臭氧氧化”等关键工艺在内的25个精细化模型。
项目建筑信息模型
功能面标识分类
位置面标识分类
热电厂项目模型
污水处理厂项目模型
制定一套编码
编码是将繁杂数据依据特定规则体系进行结构化的核心途径。在该项目中,中信数智公司团队采用了KKS编码来建立全厂的统一标识系统,旨在实现资产交付管理的有序化。
KKS编码作为厂区信息管理的核心数据,扮演着数据纽带的角色,将诸如生产控制系统、设备管理系统、缺陷管理系统等不同系统紧密地结合在一起,实现了信息的互联互通。它为控制系统与管理系统之间的集成搭建了一座桥梁,通过KKS编码,设备的实时数据与管理数据得以关联,进而构建起了设备大数据中心。
以热电厂为例,电厂的标识系统编码需满足建设和运行维护的双重需求。每个被标识的对象都应遵循全场唯一的原则进行编码,以确保其独特性。同时,通过标识,可以追溯对象的功能、逻辑位置以及物理位置。在标识结构的构建上,我们采用了功能面标识与位置面标识两套体系,而本次实施的设备标识编码属于功能面标识,由四级共15位或18位字符组成,确保了编码的精确性和完整性。该工程编码至设备级。
为明晰主要设备的位置,对于建(构)筑物,我们进行了位置面标识的编码。编码由3级总计13位编码组成,本次编码仅应用到房间。
主编码系统
研发一个平台
数据资产最终的价值呈现必须要通过一个产品来实现,否则无法与人们进行交互并产生实际应用价值。为此,中信数智公司团队根据项目需求,专门开发了一套数字资产管理平台,旨在清洗和关联模型数据资产以及动态业务数据。该平台大致分为规则标准库、数字资产库以及三维交互界面三个核心模块。
规则标准库的核心在于以软件形式呈现的数据字典和编码体系,这不仅降低了终端用户进行编码和赋码的难度,还统一了项目数据的表达标准。数字资产库则实现了结构化三维建筑信息模型与非结构化数据的统一关联,并以数据列表的形式供用户轻松查阅。至于三维交互界面,它是数字资产系统中至关重要的人机交互窗口,基于三维可视化模型来展示数据查询结果。相较于传统的表格形式,三维系统能够显著降低用户的交互难度,提供更直观、更易于理解的数据呈现方式。
三维人机交互界面
热电厂生产态势感知平台
赋能一些场景
基于数字资产管理系统,实施团队还针对项目需求开展了一系列项目应用,探索数据资产的价值转化。
服务园区招商。中信数智公司团队利用高精度三维模型构建了一个招商展示系统,该系统可以直观的三维模型为载体全面介绍项目的区位优势、地块布局以及工艺流程等关键信息,为园区招商提供清晰、可视化的解决方案。
园区招商系统界面
服务生产管理。中信数智公司团队根据项目需求,打造了一套基于数据资产的安全生产管理系统,该系统采用“两票三制”的管理模式,对生产过程进行系统化、规范化的治理,确保了管理制度的落实和数据留痕,有效降低了安全事故的发生概率。
生产管理系统界面
服务智慧运营。数字资产系统中的设备唯一码为资产管理提供有力支持。巡检人员发现设备故障时,只需通过移动设备扫描二维码即可完成故障登记,并能在系统中快速查询设备的厂家、型号、维修记录以及库存备件情况等关键信息。系统还支持多维度信息的智能检索,方便随时调取、查阅和打印设备档案的数字化信息,并支持移动终端查询。
此外,中信数智公司团队通过物联网技术将数字资产系统中的虚拟构件与实体设备紧密关联,实现了物理世界运行状态的实时反馈。通过对厂区生产运行数据的系统性分析,能够综合调配资源,确保系统的安全运行。同时,我们正计划构建设备运行预警体系,以避免设备维护制度落实不到位的问题。通过工作内容定标,我们将建立设备点检、保养、润滑等业务的标准化管理流程,实现依据标准自动计划、预先提醒、及时反馈的PDCA闭环管理。
数字时代的发展如同一条不可逆的单行道,随着数据作为关键生产要素日益受到各行各业的重视,数字化生产力正逐渐成为各行各业的标配。在传统建筑行业的产业链中,我们往往更侧重于各自阶段的短期价值。然而,随着数字化生产力的不断渗透,未来的产业边界将逐渐变得模糊,行业将更多围绕建筑产品的全生命周期价值展开系统性的思考和实践。在此背景下,数字化交付也必将成为未来建筑行业的一项标配。
我们希望通过湘南纺织产业基地环保设施园数字孪生交付项目的有益尝试,为数字孪生城市基础设施建设提供一些技术支撑,为建筑行业数字化转型发展提供一些的价值参考。(本文作者胡继强系中信数智(武汉)科技有限公司副总经理,赵江娟、黄开泰对本文亦有贡献)