01-大基建系统工程与数字孪生：系统视角全解析

大型基础设施系统工程与数字孪生的全面解读

在当前技术及全球绿色低碳转型的大背景下，大型基础设施系统工程与数字孪生技术在推动高能效、智能化基础设施数字化转型方面发挥着关键作用。本文以核电项目为特性实例，深入探讨大基建项目、产品全生命周期管理（PLM）、系统工程（SE）、及数字孪生（DT）的定义、原则与实施策略，旨在构建一个以数字技术为核心的大基建系统工程方法论。

定义与原则

1. 大型基础设施项目（LIP）：涵盖如公路、铁路、大规模发电、输电、水处理与收集分配的基础设施，以及大型工业设施，如核电站这类系统的生命周期显著，涵盖数十年，且设计复杂度及成本高昂。核电站尤其体现了这一特点，其独特的设计要求与庞大的氢预算，确保复杂的系统稳定性和高效运转。

2. 产品全生命周期管理（PLM）：在大基建项目的广阔时空背景下，PLM系统不仅管理研发阶段的诸多过程（从预可行性研究至退役阶段），还涵盖详细的结构化节点体系，以确保从初期规划到后期维修、退役以整个生命周期内品质与安全的标准不被妥协。




3. 系统工程（SE）：作为一种寻求跨领域、多维度协同与优化的前行为本研究问题的方法论，系统工程渗透于设计规划、制造与运营各环节，尤其在面对大型复杂系统的研发与效能提升上有着独特效能。以核电站型号化设计为例，SE模型遵循正向开发逻辑，通过需求、功能、架构、子系统设计，以及土建和设备详细设计实现系统性能最大化。

4. 数字孪生（DT）：作为项目全生命周期管理中的动态中心概念，数字孪生通过建模与仿真技术，顺应系统工程的迭代升级逻辑，提前预测、分析和验证系统行为与预期成果，从而达到提高研发效率、保障系统综合性能与安全性的目的。数字孪生技术以实时数据驱动方式，实现物理实体及其数字形象紧密同步的全方位交互，旨在模型层面预见挑战、优化设计与管理。

实施与方法论


为实现上述定义与原则的深度融合，本文提出的关键路径包括：

一体化业务协同平台与单一权威数据源作为支持规模化数字孪生技术应用的核心基础设施，旨在集成所有利益相关者的信息，促进高效协作与知识共享，确保信息的纯净与实时更新。

PLM、SE与DT的闭环整合：通过构建一个跨系统、跨时间、跨地域的数字化集成平台，实现从需求定义、功能分析、系统架构设计至物理实体状态监控的全链路功能体现，力求通过静态模型与动态模拟相结合的方式，确保设计初期的仿真迭代对于复杂系统综合作业指导的支撑性与预见性。

结论与展望

未来，随着数字孪生、区块链、人工智能以及量子计算等下一代数字化技术的持续发展与融合，系统工程与数字孪生技术在大型基础设施领域的应用将更加全面深入。未来文章将以更详尽的案例分析、应用场景探索与技术挑战讨论，以期为行业提供一套更为完备的系统工程与数字孪生解决方案。

作者简介

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，'em硕士级工程师学位。在核电项目领域拥有超过十二年的丰富经验，为中国核学会的高级会员。在加入达索系统之前，曾服务于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、以及英国欣克利角C项目的欧洲第三代压水式核反应堆三维数字化设计与配置管理工作。特别关注于先进的数字化产品研发软件（如Catia、Simulia、Enovia）在不同行业垂直领域的应用与集成，致力于提升产品研发效率与质量。

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