DIGITAL TWIN — ПОМОЩНИК ИЛИ ГОЛОВНАЯ БОЛЬ?

Каким предприятиям нужен цифровой двойник

Концепция цифрового двойника (digital twin) предложена профессором Мичиганского университета Майклом Гривсом еще в 2002 году. Первоначально она называлась моделью зеркальных пространств. Гривс дает такое определение: «Цифровой двойник представляет собой набор виртуальных информационных конструкций, который полностью описывает потенциальное или фактическое промышленное изделие: от его атомарных функций до геометрии. В идеальных условиях вся информация, которую можно получить от изделия, может быть получена от его цифрового двойника».

Цифровой двойник меняет восприятие производственной реальности, когда главенствуют не просто активы, а данные о них. И драйвером в адаптации виртуальности для белорусской нефтехимии становится предприятие «Белоруснефть-Нефтехимпроект». О своих наработках проектировщики рассказали на семинаре «Цифровизация промышленных объектов: от лазерного 3D-сканирования до цифрового двойника», который прошел в рамках деловой программы выставки «Химия. Нефть и газ» на Белорусском промышленно-инвестиционном форуме — 2020 в Минске.

BIM-проектирование

Об опыте использования BIM-проектирования сказано много. Эта технология в полной мере находит применение при проектировании и строительстве объектов «Белоруснефти».

Если коротко, то изначально все данные, заложенные в информационную модель объекта, связаны между собой и взаимозависимы.

Несмотря на сложности внедрения, в компании были готовы идти по новому пути. BIM-проектирование позволяет рассчитать и определить параметры процессов строительства еще до начала строительных работ на объекте. Управление данными моделями позволяет сократить сроки реализации проекта, упростить эксплуатацию возведенного объекта и продлить срок его службы.

Другими словами, BIM-проектирование — это цикл от планирования до проектирования, выпуска рабочей документации, строительства, эксплуатации, реконструкции и сноса.

Все данные BIM-модели являются информационной базой данных, что позволяет в любой момент получать актуальную проектную документацию и визуализацию, проводить анализ.

С другой стороны, благодаря BIM-модели выявлено и в кратчайшие сроки устранено около 300 коллизий в проектировании. А если бы это было выявлено на стройке, то повлекло бы внесение изменений в проект, торможение процесса строительства, изменения  спецификации.

От создателей «облака точек»

В «Белоруснефть-Нефтехимпроекте» быстро поняли, что для реализации BIM-проектов необходимы большие объемы информации на ранних стадиях проектирования, а именно: качественная съемка площадки, объекта реконструкции при инженерно-геодезических изысканиях. Данные, полученные при изысканиях, становятся основой будущей BIM-модели.

Эти данные представляет «облако точек», которое формируется путем бесконтактного сканирования 3D-поверхностей с использованием специальных лазерных сканеров.

Такая технология дает возможность изобразить окружающее пространство в виде множества точек, каждая из которых расположена на трех осях координат X, Y, Z.

Основными областями применения 3D-сканирования называют:

• инженерно-геодезические изыскания;
• обмерные работы при обследовании зданий, сооружений и инженерных сетей;
• строительство и реконструкцию объектов;
• архитектурные обмеры для фиксации форм;
• промышленные измерения зданий и сооружений;
• фиксацию археологического материала;
• проведение исполнительной съемки;
• измерение объемов земляных работ.

При этом установлено, что по сравнению с традиционными геодезическими методами — оптическим и спутниковым — 3D-лазерное сканирование характеризуется высокой детальностью, скоростью и точностью измерений.

Первые шаги в строительстве

Строительная отрасль становится все более компьютеризированной, информационные модели в ней — все более привычными. Однако если BIM-технология при проектировании уже активно реализуется, то в строительстве и эксплуатации она делает первые шаги. В «Нефтехимпроекте» уверены, что именно лазерное сканирование, позволяющее получать фактические геометрические параметры объекта, будет играть ключевую роль.

Важнейшим условием слияния и верификации проекта и фактического объекта является использование единой системы координат.
В результате получается карта отклонений от проектных решений, что позволяет вовремя устранить несоответствия и внести корректировки, а также провести контроль строительства и монтажа.

Также одним из значимых элементов качества строительства и затрат на него является определение объемов сыпучих строительных материалов, земли, фактического объема уложенного бетона, толщины перекрытий, колонн, стен и перегородок и т.п., а при помощи лазерного сканирования сделать это можно с погрешностью не более 1%, т.е. его результаты позволяют уточнять фактические затраты.

Промышленные измерения

Одной из областей применения 3D-сканирования могут стать промышленные измерения резервуарного парка. Лазерная технология позволяет провести оценку деформаций резервуаров, анализ дефектов поверхности резервуара, отклонения резервуара от вертикали, определить объем и провести калибровку. Полученные данные станут основой для дальнейшего мониторинга и слежения за деформацией производственных объектов (резервуаров).

При создании цифрового двойника уже на уровне виртуальной модели происходит имитация технологических операций, элементам присваиваются физические и геометрические свойства, отрабатываются чрезвычайные ситуации на объекте.

Кому нужен цифровой двойник?

Директор предприятия «Белоруснефть-Нефтехимпроект» Андрей Протько в качестве преимуществ использования BIM и цифрового двойника выделяет удаленное рассмотрение создаваемой BIM-модели, внесение предложений и замечаний в процессе ее разработки, а также отслеживание фактически выполненных объемов работ и затраченных материалов. Немаловажны также повышение эффективности взаимодействия всех участников процесса и поддержание актуального состояния модели с постоянным ее наполнением необходимыми атрибутами.

— Уже скоро многие объекты обретут цифровое обличие, в дальнейшем этот процесс станет обязательным и необходимым для разработки качественной проектной документации, — заверяет руководитель «Нефтехимпроекта». — В системе предприятий концерна «Белнефтехим» кроме «Белоруснефти» планируем развивать сотрудничество c «Нафтаном», «Гомельтранснефть Дружба», Мозырским нефтеперерабатывающим заводом.

Заказчик пока не видит в краткосрочной перспективе экономической выгоды. Мы пытаемся показать преимущества даже на первых шагах применения технологии без вложения больших ресурсов — при 3D-сканировании и создании «облака точек». Затем уже имеет смысл говорить о переходе к информационной модели и полноценному цифровому двойнику. Тогда можно будет моделировать технологические процессы как на установках, так и на предприятии в целом, проводить псевдоучения. Сейчас мы предлагаем услугу по сканированию в рамках разработки обычных проектов.

В настоящее время работы по созданию цифрового двойника проводятся на таких предприятиях РУП «Производственное объединение «Белоруснефть», как Белорусский газоперерабатывающий завод и НГДУ «Речицанефть». В следующем году проектировщики планируют начать работу с «Нафтаном».

— Пытаемся сформировать спрос, — подчеркивает Андрей Протько. — Пока приходится с сожалением констатировать, что у нас нет портфеля заказов на BIM-проекты. Благодаря учредителю мы отработали все BIM-этапы на объектах «Белоруснефти». Необходимым навыком обладают более трети нашего коллектива. А ведь по задачам, поставленным Министерством архитектуры и строительства, на BIM-технологии проектная отрасль обязана перейти в ближайшие пять лет.

— Все говорят о цифровизации, о том, что нужно внедрять передовые технологии в строительную отрасль, но никто не говорит, как это сделать, — подытоживает директор «Нефтехимпроекта». — Если бы все было так просто и не требовало никаких усилий, то, наверное, все проектные институты это сделали бы. Встав на столь непростой путь, мы понимаем, что предстоит тяжелая работа, бесконечное планирование и полная самоотдача всех участников процесса. Но мы уверены в успехе.

ФОТО ГП «Белоруснефть-Нефтехимпроект», Екатерина Блашко