项目案例 | 国能惠州二期基于国产BIM的数字化示范工程

 

 

 

 

 

 

 

案例背景

 

国能（惠州）热电有限责任公司（以下简称国能惠州电厂）基于国产BIM的数字化示范工程项目的建设背景如下：

建设数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎。国务院国资委印发《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》，提倡加快企业数字化转型。国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》指出要“加快信息技术和能源产业融合发展，推动能源产业数字化升级”。

中国能源结构调整、电力市场改革促进电力行业的竞争，数字化与智能化成为推动行业发展的新引擎。国能惠州电厂积极推动、落实行业最新标准，以数字化手段促进发电企业管理水平的提升，助力企业数字化发展。

国家能源集团秉持“数字驱动转型发展、智慧引领国家能源”的理念，统筹数字革命与能源革命，从战略高度谋划企业数字化转型和智能化建设，不断深化数字化技术与一体化运营体系融合共建，推动产业数字化。集团公司明确要求惠州二期依托工程项目做出亮点，建设数字化、国产BIM“双示范”工程。

随着中国电力改革进一步深入和电力市场化的逐步推进，发电厂在设计、施工、运维等各环节都要围绕企业利益最大化目标，运用更加先进的技术，进行更为科学、有效的管理，以实现“无人运行、少人值守”的目标。

 

创新动因

 

国能惠州电厂二期2×400MW级燃气热电联产项目是集团公司国产BIM和数字化“双示范”工程，按照集团数字化创新示范要求，以生产需求为前提，管控数字化为核心，着力打造集团数字化电站创新示范新标杆。项目整体计划打造两个两化融合的智能建造技术方案，一是以大数据、5G电力物联网、人工智能、国产BIM等数字化与工业化在技术、产品、业务、产业四个方面的深度融合，二是基于新一代数字化技术与先进制造技术的融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等全寿期的各个环节，探索实现“网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障”的工业互联网体系。同时针对火电工程项目建设过程中的管理难点和痛点，开展BIM技术应用、数据集成融合、基建过程的安全、质量、进度、成本管理等。

本项目建设目标为落实集团“两高一低”建设要求，结合惠州二期项目建设实际，创新性提出国产BIM示范、数字化示范、分阶段实施“黑屏运行、无人运行、少人值守”的燃气电站建设目标，从“设计-基建-运营”全生命周期数字化示范建设，争创集团“引领型”示范标杆电站，打造“时代特征、国能特色、惠州特点”的燃气电站精品工程。

 

主要内容

 

项目基于5G专网和多种物联网设备的应用，搭建了一套统一的F5-5G电力物联网平台，集成高支模、塔吊、深基坑等工程管理数据，集成视频监控、无人机、执法仪等监控设备以及门禁、人员定位、智能照明、智慧消防和火灾报警、全生命周期金属检验、智能电梯预警等数据，实现全部物联网设备安全接入、海量数据资源统一管理、多源业务系统数据深度融合、高效业务分析应用构建等内容，实现全厂物联网设备、数据统一接入管理与业务应用支撑。

基于电力物联网平台结合电厂BIM模信息化模型承载数据的能力构建数字化电厂平台，实现多源异构数据融合、工业大数据分析、人工智能分析、三维可视化、数字孪生仿真、网络安全等方面的技术应用，结合人员定位、AI视频识别监控、周界安全管控、设备智能监控传感器等技术手段，开展人员管理、设备监控、现场作业的安全管控手段和机制的全面智能化升级改造；将电厂各安全管控业务流程重新整合，实现资源共享、信息互通互联、充分发挥一体化管控的技术优势，进行标准化、流程化的管理，构建多系统的协同化，实现多设备、系统智能联动，提升企业主动安全管理水平。

（1）多业务应用协同的主动安全管控应用体系

基于数字孪生、智能传感、AI识别、人员定位、机器人等先进技术手段，进行全量安全数据的多模态融合，实时开展现场安全态势感知与报警，进行安全事件威胁度和响应优先级诊断，并支持安全应急联动，将隐患消除在萌芽、将事故扼杀在摇篮。系统能有效支撑企业安全生产管理，降低安全管理人员的工作强度和压力，提升应急、突发状况下的响应及处置能力，减少安全事故的发生。

通过物联网平台融合厂内视频监控、人员定位以及周界安防管理体系，结合数字化电厂平台的基础支撑，以人员、风险、隐患、应急等核心业务为抓手，开展人员和现场作业的安全管控手段和机制的全面智能化升级改造，实现安全监管信息化升级，辅助智能监控、警示，规范运行和检修现场作业过程，杜绝作业人员的不安全行为，强化管理人员到岗到位，构建本质安全型发电企业，辅助现场安全管理，实现应急过程的高效、有序响应。

（2）三维可视化的设备安全运维监控体系

基于数字孪生电厂整合视频监控、图像识别、巡检机器人智能物联网传感器等技术，进行重要设备的状态感知，进行运行阶段各个设备的自主化、智能化的巡检，提高设备可靠性。

基于精细化的数字孪生电厂与智能管控业务系统数据的结合，融入MIS、SIS、DCS、设备管理、视频监控、人员定位等系统数据，可视化展现生产实时数据、设备状态检测与故障预警诊断、三维全厂虚拟漫游、视频监控联动、智能巡检、人员定位及轨迹、电子围栏、等智能管控手段，构建可视化智能运维体系，实现对电厂的三维可视化全景监控，提升电厂设备安全运维监控能力。

在电厂设计阶段采用国产BIM技术实现数字化三维协同设计，搭建基于国产BIM的数字孪生三维设计平台，实现各专业信息模型正向协同设计，利用BIM模型开展碰撞检查、结构化数据提资、抽取清单、一键出图等应用，提高设计效率，设计出图时间减少20%，现场主要管道安装实现零碰撞。同时结合BIM信息化模型的特性，梳理设计流、管理流和数据流，坚持“以数据为核心”，从设计阶段开始打造三维数字化底座。三维正向协同设计最终成果流转至工程大数据中心、设计管理信息系统，用于支撑实体物理电厂和数字化管理、数字化控制、数字孪生电厂建设。

在电厂工程建设阶段结合三维数字化设计成果，开展工程数据渐进式数字孪生交付，通过电厂BIM信息化模型承载工程建设阶段的设计、施工、安装、采购、调试和监理等信息以三维数字化平台进行渐进式交付，实现交付数据从设计-基建-运维阶段有序传递，形成数字孪生电厂底座。基于数字孪生电厂，采用数据驱动设计、施工过程中的协同，极大的提高了协同工作效率与质量。

依托工程建设开展燃气电站模型创建、燃气电站模型导入、燃气电站模型校审、燃气电站施工数据融合、燃气电站运维数据融合。同时开展二三维联动、设计审查、碰撞检查、设备拆解、施工5D模拟、施工工艺模拟等BIM应用，促进国产BIM技术应用于燃气电站全过程建设。

构建基于国产BIM数字化电厂工程管理中心，实现BIM模型与基建工程管理业务流程的融合互通，打造全要素可视化数字化的工程管理体系。涵盖基建项目管理过程中的安防监控、数字工地、安环管理、质量管理、进度管理、造价管理、调试管理、物资管理等N维模块，实现“人机料法环测”六要素数字化管理，构建新一代基建工地智慧化、数字化管理。

（1）设计管理BIM化

以设计院、制造厂提供的三维模型为基础，通过对主、辅机设备进行三维建模，形成高精度、等比例的三维模型，构建与电厂一致的虚拟电厂，以满足三维数字化电厂展示与查询、图纸关联查询、设备编码，以及满足后期ERP、智能发电平台、智慧管理平台等的应用要求。

（2）交付管理BIM化

将工程建设中与电厂物理对象相关的设计-采购-施工-调试全过程的结构化数据、资料记录等按照与物理电厂一致的竣工数字化模型深度进行三维数字化平台进行交付，并最终形成一个完整的电厂孪生产品，以支撑实体电厂的数字化管理、数字化交付等系统。

（3）安全管理BIM化

结合标准的安全管控体系与信息化平台，在BIM模型上利用大数据技术辨识数据变化，实现故障预警、自动诊断和风险提前防范。将现场风险点及安全检查与反馈记录与BIM三维模型挂接，同样以监控视频AI分析实现对火警、周界防护、临边洞口、塔吊下方危险区域等要素自动分析识别，都以三维可视化的型式直观展示现场安全状态，通过数据与三维的联动，搭建数字孪生应用场景，基于BIM、AI、5G、云边协同的主动安全模块，对现场违章、数字工地感知设备、安防系统三个方面进行智能管理，减少人为干预，精准、快捷、有效的对不安全行为进行智能诊断。

（4）进度管理BIM化

利用可视化三维设计模型中增加时间维度，实现发电工程的施工进度模拟分析，辅助工程建设项目管理人员理解计划中的里程碑节点，对项目进度一、二级计划偏差及时处理提供直观的支撑，也可通过BIM技术实现相同时间段内多版进度模拟的同步对比，从不同角度不同时间观看现场进度实际情况，对比施工进度模型直观对比已完工程在施工过程中的进度超前与滞后情况，辅助进度管理人员对进度进行控制。同时对复杂施工场景进行模拟预演，通过进度计划与模型挂接方法，根据进度管理模块上传计划模型，开展基于BIM模型的进度预演、进度预警应用方案，形成基于国产BIM的进度管理应用方案。

（5）质量管理BIM化

实现基于BIM模型的表单数字化，通过数字化技术将质量检查与验收文件、施工标准、施工方案及报审文件等数据资料与BIM模型挂接开展全过程渐进式数字化移交，动态跟踪项目质量管控情况，自动生成质量检查报告等，同时在局部施工采用参数化BIM模型对现场操作人员进行可视化安全技术交底，形成基于国产BIM的质量管理应用方案。

（6）调试管理数字化。

调试模块主要对调试计划、调试过程、调试强制性文档、调试缺陷、调试文档等关键调试作业任务进行监控。实现无纸化办公，数字调试在电厂调试生产中提高效率、降低成本、提高质量、提高安全性和提升创新能力。

（7）物资管理数字化

实现对物资的全生命周期管理，包括物资到货、开箱、入库、出库、库存管理、盘点等环节，对物资信息的实时监控和分析，同时打通BIM模型、摄像头的接口，在BIM模型中查看仓库仓位的库存，帮助计划采购部制定更加科学的物资管理策略和决策。

（8）工地监测数字化

基于F5G-5G物联网平台实时集成监控工地的各项数据和信息，并在电厂BIM模型中进行数据的可视化关联与融合，实现包括仪表、互联网设备（塔吊、深基坑、高支模、大体积混凝土）、环境、监控、施工机械等工程现场物联网监控数据的实时监测、业务联动、实时预警、统计报表、信息分析等功能。

在电厂BIM模型构建的基础上，集成融合现场物联网设备监测数据、多源业务系统信息化数据以及电厂生产运行控制系统的实时监控数据，构建融合电厂物理实体、生产业务流程、实时运行监控为一体的数字孪生电厂。搭建数字化电厂平台，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，达到更安全、高效、环保运行，实现“智能巡检、少人管理、智慧调度、最优运营”的智能电站。

全过程智能化生产运营体系：深化BIM技术数字化智能电厂建设，打造全过程智能化生产运营体系。基于电厂数字孪生体的构建，将基建期、调试期的数据通过数据中台无缝迁移到智慧电厂平台。智慧电厂整体平台采用国产BIM+轻量化+三维引擎+数据中台+应用管控一整套国产化的智慧管理平台，支撑运维期全过程智能化生产运营体系构建。

构建主动安防管理系统，利用人员定位、视频识别、数字孪生、多源异构数据融合等技术，进行“人员、设备、环境、作业、风险、隐患、危险源、应急、管理”全业务、全流程的精准高效管控，有效支撑安全管理人员开展现场管控工作，提升电厂安全管理水平。

构建全流程设备管控体系，基于设备精细化模型以及设备运维监控数据的统一集成管理，构建设备健康管理体系监测、诊断和优化工业设备的运行状况，分析和预测设备故障，提供有关设备健康状况的实时报告，推动设备状态检修，提高设备管理效率，降低运维成本。

打造可视化驱动、全专业协同、全流程闭环、仿真模拟推动的智慧检修管理体系，支撑企业大小修管理和状态检修应用，效提高设备工艺、项目组织、资源概算、检修规范体系建设等管理效率，提升设备运维水平。打造可视化驱动、全专业协同、全流程闭环、仿真模拟推动的智慧检修管理体系，支撑企业大小修管理和状态检修应用，效提高设备工艺、项目组织、资源概算、检修规范体系建设等管理效率，提升设备运维水平，提升电厂智慧运行管理手段。

 

创新之处

 

采用国产BIM模型+国产轻量化技术+国产三维引擎+5G无线网络+智能传感器+国产应用管控平台一整套的全国产化BIM及三维数字化技术来实现对电厂工程全生命周期的数字化管理，提高工程质量和效率，保证技术可控性高，同时降低项目的投资和运营成本，支持新型电力系统建设，履行国产替代的社会责任。

采用国产BIM技术实现数字化三维协同设计，梳理设计流、管理流和数据流，坚持“以数据为核心”，实现数据集成与三维协同的全专业可视化正向协同设计，从设计阶段开始打造三维数字化底座。

构建“人、机、料、法、环、测”全要素数字化管控平台，围绕安全、质量、进度、造价管理环节，以国产BIM为中心开展两化融合和智能建造技术的技术验证和深度融合应用。

以国产BIM三维模型促进标准数据从设计-基建-运营传递，开展多场景渐进式数字化交付应用，打通物理电站与数字空间的桥梁，构建虚拟化电站的数据底座。

构建从基建到运维一体化的数字化工程管理体系，以智能发电平台为基础，5G电力物联网为神经网络，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，达到更安全、高效、环保运行。

建立统一的大数据中台，实现电厂全寿期业务数据的标准统一化、采集流程化、管理资产化及应用协同化，夯实数据基础、整理数据资产，助力企业数智化转型，建设智慧企业。

按照集团智慧企业建设“一中心两平台三网络”的总体构建，在工程基建阶段开始构建了基于F5G+5G电力物联网平台建设，是厂区唯一专用的非生产专用物联网平台，集成高支模、塔吊、深基坑等工程管理数据，集成视频监控、无人机、执法仪等监控设备，集成门禁、人员定位、智能照明、智慧消防和火灾报警、全生命周期金属检验、智能电梯预警等数据，通过构建云网基础底座，打造数据底座、平台底座，构建智能电厂基础平台。

 

遇到的困难和挑战

 

本项目制定了一套国产BIM燃气电站工程模型应用导则以及一整套从基建期开始的数字化电厂建设方案，但考虑到工程需求和技术的持续演变，该方案体系仍需经过进一步的细化和迭代升级，以确保更好地适应燃气电站工程的多样性和变化性。

在本项目示范工程应用的基础上，总结项目应用经验，对现有规范进行修改完善；经过试点应用，形成国家能源集团特色的国产BIM数字化体系，并在行业内推广应用。

本项目在惠州电厂二期工程中进行了国产BIM示范应用并取得了一定的成果。后续在电厂运维阶段需深化数字化电厂应用，围绕BIM价值应用体系和前期数字化底座基础形成更丰富的应用体系，建设更加智能、高效、环保的电厂，实现“黑屏运行、无人值守、少人操作”的智能电站。

 

实践成效

 

本项目的实施和建设为电厂带来的经济效益说明如下：

在电厂建设阶段，三维碰撞检查、三维图纸校验、三维施工模拟、三维进度分析、综合预警等数字化的运用，以及施工过程协同综合管理，通过对人、机、料、法、环、测六要素进行综合管理，促进施工安全，保障施工进度，优化人力安排，提高工程质量，节省建设成本，综合效益明显，避免窝工及反工对绿色低碳产生负面影响，减少了资源的消耗和环境的负担，预估可节省建设造价成本2521.2万元；通过AI视频分析与语音广播、门禁、摄像头的联动，管理人员通过计算机、移动终端等对违章事件进行主动的预防和制止。

在电厂运维阶段，设备运行管理工作基于5G、三维可视化技术与智能化运维相结合，实现对发电厂设备的全方位监控和巡检。通过5G网络，可以实现高速、低延迟的数据传输，使得设备监控和数据采集更加及时、准确。同时，结合智能化运维技术，可以对设备进行智能预测和故障诊断，提高设备的可靠性和稳定性。此外，还可以实现对设备的远程控制和操作，提高运维效率，减少人力成本。

本项目利用国产BIM技术和数字孪生应用，通过对人、机、料、法、环、测六要素进行综合管理，促进施工安全，保障施工进度，优化人力安排，提高工程质量，节省建设成本，免窝工及反工对绿色低碳产生负面影响，减少了全社会资源的消耗和环境的负担。

本项目建设经验及大规模推广应用，提升燃电厂装备和产业水平，积极参编电力建设火力发电厂智慧工地技术标准，助力传统火力发电厂向智慧型电厂、绿色电厂的跨越转型，有较大的社会效益，助力火电能源的清洁高效利用，有力推动了国内发电行业智慧企业建设切实发挥区域智慧企业示范引领作用，提高电力行业的技术含量和综合竞争力，有利于电力行业的可持续发展。

本成果获得国家工信部2023年物联网赋能行业发展典型案例、中电建协电力建设智慧工程典型案例五星级成果、光华杯千兆光网应用创新大赛创新示范奖、热电企业数智化转型技术创新特等奖等多项荣誉。本成果获省部级奖项4项、协会级15项，获得实用新型专利7项、发明专利1项，授权计算机软件著作权40项，发表5篇科技论文，参编行业级标准1部和集团企业标准6个。

在信息通讯领域、能源互联网、工业互联网、智能建告等领域均斩获荣誉，惠州电厂获评基于国产BIM的数字化示范基地、智慧电厂示范基地、5G全连接工厂，持续扩大基于国产BIM的数字化示范工程的社会影响力和知名度。

 

推广价值

 

本项目方案在建设之初，依据集团标准、行业标准、5G物联网应用技术推广的最新标准进行统一规划、统一设计、统一建设、统一标准、统一投资、统一管理，建设过程中，依据本项目的技术经验，深入参与国际标准4份，国内标准11份，行业标准1份，集团标准6份。整体方案符合国家、行业、集团标准，整体模式“易于推广，易于复制，易于维护”。项目依托二期燃气工程示范项目，开展三维数字化及5G物联网技术在燃气电站工程“设计-施工-运维”阶段的技术应用研究，开展发电工程国产BIM基础建模软件和国产BIM平台数字化示范应用验证，推进燃气电站工程全生命周期BIM应用，为BIM技术在燃气电站工程中的应用提供示范作用。同时，在一定程度上解决核心技术“卡脖子”、“基础设施数据泄露”等风险。本项目的成功投运，深入贯彻国家数字经济及5G物联网技术发展战略，具有行业科技示范作用和较大的推广价值。