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基于工业互联的核电集群数字化建造集成平台

中国核工业第五建设有限公司

一、案例背景

(一)单位简介及组织架构

中国核工业第五建设有限公司(以下简称中核五公司)组建于1964年,隶属于中国核工业建设股份有限公司,是一家以国防工程、核工程、核电工程和工业与民用建筑安装工程业务为主的具有建筑、安装总承包资质的大型综合性建筑安装企业。同时是国内唯一一家具有核电站核岛、常规岛建造业绩的企业。

中核五公司下设管理职能部门13个(含信息中心),事业部4个,工程研究院1个、专业分公司6个、控股子公司3个,事业部区域分公司13个。

(二)基于工业互联的核电集群数字化建造集成平台现状

核电建造企业资源有限,多个项目并行的情况下,如何克服资金、时间、人力资源方面的争夺关系,协调多个项目的资源,使资源配置达到最优?传统的单项目管理已不能帮助企业解决多项目管理中存在的问题,多项目管理的标准化、集约化将有效配置核电建造企业的资源,优化核电建造企业的施工。加强多项目管理的研究与实施势在必行。

二、案例实施的方法和内容

(一)建设内容

本项目在核电建造的各个环节中应用工业互联网技术,建设以ENPower为核心的核电建造数字化多项目管理平台,集成核电移动施工管理平台、核电建造过程可视化管理平台、核电建造设备集群运行监控平台、核电建造智能检测与分析平台以及“焊客e家”核电焊接技术众创平台等五大功能系统(点),借助互联网、物联网、大数据与可视化等技术,在核电产业链的横向建立跨越全球项目的信息交互网络“联通管道”,纵向建立打通从施工现场到企业集团的信息汇聚平台(线),覆盖核电建造从设计到施工到检测的全过程,连接核电施工管理从业主、设计、监理、供应商、施工单位到政府管理机构等全产业链相关单位(面),实现大型核电建造信息、数据、资源等整合与优化,提升我国核电建造行业的整体水平,助力中国核电走出国门。如图2。

(二)总体架构

核电站其全生命周期包括规划设计、施工建造、运营维护三个主要阶段,包含可行性研究、概念设计、系统设计、初步设计、采购安装、等十个环节。本项目将搭建面向核电集群建造项目群全生命周期内的企业内和企业间的网络化智能互联、协同制造与业务协作体系。

图2 数字化核电建造项目集群管理平台

图3 核电站数字化设计建造生命周期

图4 核电集群数字化建造平台总体架构

(三)系统功能

核电集群数字化建造平台包含六大功能系统,各功能子系统建设内容及方案如下。

1. 数字化核电建造项目集群管理平台(Enpower)

平台融合国内外先进的管理思想和理论体系,以施工过程为主线,进度控制、成本控制、质量控制为核心,多项目管理为目标,建立“多级管控、三个核心、两个集中、四管四控”的整体解决方案,业务架构如图5。

系统采用SOA架构技术,实现了企业与核电项目各业务之间、平台与各子平台之间的集成,实现了企业对各核电项目的集中管控,实现了各单位的协同办公。

图5 ENPower多项目管理平台业务架构

2. 核电施工过程管理移动平台

该平台是公司ENPower集成平台的延伸。包括管道双日计划、通风双日计划、保温双日计划、电气双日计划、仪表双日计划、机械双日计划、主系统双日计划、安全文明施工、质量、通知、物资管理、在线培训、绩效考核等模块。

图6 ENPower集成平台技术架构

3. 核电集群可视化建造BIM管理平台

基于BIM平台,可以利用ENPower系统中的数据文档对目标核电集群建立可视化三维模型,在建造之前开展施工进度模拟,提高工效;开展施工逻辑、资源配置研究,优化施工方案;核电站各功能系统之间的碰撞检测,提前发现碰撞点,优化设计;通过BIM系统精确导出材料清单,降低材料浪费;各专业在统一的BIM平台上协同工作,实现信息共享;利用移动端APP连接协同平台,浏览模型,反馈现场安全、质量等情况。

图7 核电施工过程管理移动平台App界面

图8 核电集群可视化建造BIM管理平台

4. 核电建造设备集群运行智能化监控平台

该平台将运行在核电建造现场的各种设备,通过工控网络进行智能互联,并在此基础上进行应用系统的开发,系统构成如图9。

图9 智能化设备集群集成关系图

5. 智能化检测与数据分析平台

核电集群建造的质量关系到核电站长期运行的可靠性与安全性,每个环节都需进行严格的结构、材料等方面的性能检测和确认。公司自主开发了应用于核电集群建造的智能化检测与数据分析平台,模块主要包括主管道超声相控阵检测系统、X射线机的远程自动透照系统、实验室信息化管理系统等。

图10 主管道超声相控阵检测系统波束覆盖

图11 远程X射线机自动透照系统构成

图12 数字化实验室信息管理系统架构图

6. 焊客e家-焊接技术众创平台

焊客e家针对集团焊接工作地点分散、人员分散、经验人员不足等问题,通过开放创新创意库、优质供应商、高校、科研机构及众多孵化资源器,吸引优秀创意和创客、企业项目加盟,致力打造一个面向全国的创意孵化平台。

焊客e家平台主要包括:焊接知识库、科技情报、创意社区、焊客众创区、商业街、焊客秀展区、交流社区几大模块,同时线下提供焊客研究创业的车间,旨在让焊客实现创意发布、项目申请与讨论研究,参与产品创新、研发及测评全流程,并实现多维度技术共享和合作,整合内外部创新资源,全力完成项目开发与创意的产业化实现目标。

图13 焊客e家建设思路

(五)创新特色

1. 数字化核电建造项目集群管理平台(ENPower)是在现有的单项目CANPPE2系统的基础上,根据核电建设管理的需要,融合工业互联网,大数据、可视化等新技术,实现项目部、事业部和公司层级的多项目数据整合,实现公司级集中采购,从进度、成本、质量、安全风险、资产、合同、招投标、客商、决策分析等全面管控的企业级多项目管理平台,提高公司的核心竞争力。

2. 核电移动施工管理平台是公司ENPower平台精细化的延伸,通过六级计划模块、物资管理模块、安全管理模块的数据互联,推送到各一线责任部分,达到任务分派、仓库自动化管理、安全实时跟进,将项目管理的时间粒度缩小至以天为单位,组织粒度缩小至个人。

3. 核电建造过程可视化BIM管理平台在已有的BIM工具基础上进行功能的丰富与集成化应用,将建造目标三维信息模型与工程计划相结合,模拟现场施工建造过程,完成对工程计划、施工方案、施工逻辑的论证和优化,发挥BIM技术在材料分类控制、用料交底和控制限额发料等方面的作用,对工程材料实现精确管控。

4. 核电建造设备集群运行监控平台与核电建造智能检测与数据分析平台通过购置新的智能化设备或者改造现有设备来实现建造设备与质量信息的互联,并对全球采集的大规模设备运行状态和建造质量信息通过大数据技术进行分析,一方面提高核电建造技术,另一方面增加项目管理的精细度,同时通过对核电建造整个过程信息数据完整保存,对今后核电运营与维护起到重要支撑作用。

5. 焊客e家核电焊接技术众创平台通过智能对接、商业街、焊客众创等多个模块,联动核电整个产业链的企业,集成社会焊客的智慧、知识、能力、经验,转换成实际效益,再反馈至各子体统,实现整个系统一体化。其次通过平台建设,将有利于核电焊接技术、智能传感与控制设备、智能装备与检测设备、工业机器人等一系列新技术的研发,形成多方合作、多方资源调动、多种思维共谋,打造联通焊接产业链上下游的信息共享、技术孵化平台。

(六)投资规模

三、案例取得的成效

(一)经济效益

基于工业互联的核电集群数字化建造集成平台以ENPower多项目集成管理平台为核心,应用互联网技术改变传统核电站施工管理模式,现场返工减少60%以上,劳动浪费减少10%,材料浪费减少3%,班组工作效率≥10%,单个核电机组节约1100万元。以群堆建设单个核电厂址共两台100万KW机组为考核对象,集成平台搭建并运用可以节约成本2.65亿,并为今后运行维护节约3000万元/年/机组。

焊客e家技术众创平台的建立将使产业链的各企业利于合理配置资源、确定材料生产计划,减少资源浪费,带动核电相关产业共同发展。焊客在互联网上通过解决科学、技术、工作、学习中的问题从而让知识、智慧、经验、技能体现经济价值。例如:单个核电项目可以为社会节约成本1500万元以上。焊接科研采用公司自身立项,投入成本较高,若能构建平台充分利用社会资源,整合“创客”的技术和智慧,科研人员投入成本将大大降低,估计约节约三分之一成本。

(二)项目社会效益

“基于工业互联的核电集群数字化建造集成平台”提升我国核电产业链的整体技术实力和管理水平,利于中国核电走出国门;通过平台互联互动,提高整个产业链的核安全文化意识,利于保障核电建设质量,确保本质核安全;通过平台实现全社会资源互联互动,建立供给侧和需求侧的快速对接,提高核电建造效率,缩短项目周期;通过平台的资源共享、信息对接,利于减少资源浪费、减少重复建设和生产,实现核电“绿色建造”。

设备的人工智能,生产管理水平和工作效率的提升,避免设备资源浪费,提高了公司核电工程信息化水平,节约施工成本和施工工期,提升技术创新能力和社会竞争力。另外平台的建设可进一步推广到机电安装、房屋建筑、石油化工、海工船舶等行业领域,推动制造业在智能化、数字化、网络化等方面的整体管理水平与技术进步。

四、总结及展望

本项目基于企业互联的网络化协同、产品互联的服务化延伸、供需对接的个性化定制,构建“点、线、面、体”的数字化核电建造项目集群管理平台,符合上海市工业互联网创新应用的要求,能够促进上海核电产业在建造领域产业链的融合,促进核电装备、建造、运维一体化产业联盟建设,具有很好的市场前景,具备良好的经济和社会效益。研究成果将提升我国核电产业链的整体技术实力和管理水平,助力中国核电走出国门。

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