08-大基建系统工程与数字孪生全攻略 | P-物理设计
▲08-大基建系统工程与数字孪生全攻略 | P-物理设计
本系列文章将致力于阐述系统工程与数字孪生在大型基础设施数字化转型中的应用与实践。笔者核电人出身，故文章逻辑与案例将以核工业作为牵引，用来阐述广义上大基建行业数字化转型与传统制造业的区别，以及其价值（Why）、工作内容（What）、解决方案（How）与实施方法（How to）。
如本系列开卷第一回所述，系统工程（SE - System Engineering）是处理复杂项目的规划、研究、设计、制造、测试和运营的方法，按照正向设计的逻辑（非翻版或逆向），核电新型号等大型复杂基建项目的研发与设计工作需通过R-F-L-P的流程去实现。
P-物理设计通常已进入详细设计阶段，如果是基于单一数据源的协同平台、且前期数字化工作铺垫的足够好，则多专业并行设计即可实现，同时会省下大量的专业间提资、变更、校审、或改错的时间和人力成本。反之，如果不履行系统工程的原则、忽略前期仿真迭代而“急功近利”过早地开始三维设计，则后期就需要大量额外人手日复一日地处理变更和修改文档。设计交付延期仅是一小方面，但施工现场的人、材、机、料、以及设备采购的延时后果就是吃掉工程的大部分利润。
设计不是甩手掌柜，EPC设计施工一体化是大势所趋，其根本原因不仅仅是因为其利润更可观，更重要的是从设计交底到施工、到运维、直到设计寿命结束前负责到底。由此看来，一体化、集成化的平台是设计院无论从内部协同考虑，还是作为现代化EPC工程公司来指导施工和交付、拓展多元化领域项目，都是无法回避的唯一选择。
基于单一数据源的协同平台、保障数字主线（Digital Thread）、打破专业“烟囱”实现并行物理设计：
HOW – 怎么做
基于岛别、设计流程和操作通道等因素来规划空间：围绕单一数据结构（如GBS）来定义跨专业的空间分配；在早期对总体布局进行3D规划；在项目团队和承包商之间分配工作区域；定义未来设备或组件占位的空间要求；为未来运行电厂的操作和维修预留安全空间。
通过建筑师、工程师、规划师、供应商和业主的协同设计平台来强化设计流程：创建精准的三维地形模型；创建符合建筑行业标准（IFC）的建筑信息模型（BIM）；管理和执行从设计到制造的全部项目阶段；为各种规模和复杂度的项目提供可扩展性；快速实现基础设施组件建模；直观化的3D建模流程；自动化输出施工文档。
优化复杂结构组件的开发成本，对相关成本和材料的替代方案在早期进行估算；全参数化设计并与仿真工具集成；与后期制造无缝结合，实现精确、准确的细部设计；根据模板和规则自动生成图纸和报告；以最少化手动操作，自动化批量输出文档。
覆盖机械设备设计的全流程；捕获建模方法并重用关联模板；通过3D数据过滤功能，保护所属企业专有技术和知识产权（IP）；配备STEP和IGES格式转换器；可重用2D定义模板来支持三维设计；自动化生成具有多视图、标注和BOM表的图纸。
强化设计和采购团队之间的标准化流程优化组件需求，提高合格部件制造厂商的可视化程度，并重用审核过的部件，避免重复工作。
精确且灵活的三维管路系统设计：以交互方式或通过编辑节点表格来修改和调整管道路径；基于用户选项来调整管路网；配备智能三维操纵杆；根据技术规格自动安置弯头、支管、管件和保温等。
通过非标准件和尺寸来设计需要的HVAC系统，以符合空气流通规格：与管路设计功能类似；根据风管自动调整组件尺寸；自动检测组件方向；管理截面轮廓；优化管理标准件和定制件；嵌入三维通用组件、制造图纸和规则，自动化生成制造文件。
将电气原理图与三维设计同步，以保障设计质量和一致性；三维布置电缆，以获得准确的线束直径长度；自动分析线路上的元素，不符合条件时自动选择备选路线；根据报表模板自动化生成报表。
电缆槽桥架的智能设计和布置，用于在虚拟三维实体模型背景下实现布线：创建并管理电缆槽布局，在布局中配置组件，并定义设备间的电缆槽路径；基于符合行业标准的电缆槽组件；基于项目特定需求调取组件目录；自动化生成详图和报告。
实时检测大型复杂3D模型上的干涉：基于可视化平台可以自动检测到整体或特定区域中潜在的间隙、接触和碰撞，并与团队共享；通过规范重用来优化干涉验证；通过服务器的异步处理冲突计算来提高设计效率。
在企业生态圈中共享三维模型，同时保障信息安全：项目中的任何有需求的人都可以访问3D模型，而无需额外的设计软件许可证；从任意设备或任意位置实时分析3D设计，以便在设计早期发现问题；用3D标注或注释来即时传递信息；可视化的审查、详图和总图预览。
组织、管理和跟进协同设计评审中的问题：评审人员可以在设计早期识别问题，以便推进设计成熟度；支持异构设计工具问题上报；发现的问题可直接在三维设计和行动项上描述，有助于缩短设计周期。
获取企业知识和工程专业知识，以特定规格来驱动二维和三维设计，使对象能够以智能和自动化的方式与行业设计规则进行交互，如：定义管道、HVAC暖通空调、保温的规格。
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HOW TO – 如何落地实施
吕柯夫
数字核电高级咨询顾问
毕业于UTT法国特鲁瓦工程技术大学并获得硕士工程师学位，十二年核电项目经验，中国核学会高级会员。加入达索系统之前，曾供职于EDF法国电力集团，负责核电站停堆大修项目管理、后福岛事故全法核电站应急机组改造设计、英国欣克利角C欧洲第三代压水式核反应堆三维数字化设计与配置管理。
