【低碳、安全、高效，51WORLD数字孪生技术全面赋能智慧电力建设】“十四五”规划明确指出，要发展智能电网，实现电网诱导、指挥控制、调度管理应急处理智能化。在国家政策、顶层架构及相关战略规划的多重推动下，数字孪生正在逐步融入电力行业，形成新的应用探索态势。

现阶段，电力行业的数字化转型尚未形成全局和全生命周期的应用管理。智慧电力仍面临缺乏理论支撑、缺乏系统规划、技术风险大等挑战。

目前，51WORLD凭借先进的数字孪生技术和应用创新，打造了更低碳、更安全、更高效的智慧电网解决方案。

51WORLD已与国家电网、南方电网、中国华能集团、中国华电集团、国家电力投资集团公司等代表合作伙伴建立了良好合作关系，在发电、变电、输电、配电等场景落地了大量标杆案例。

▲51WORLD部分合作伙伴

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三项能力，支撑三大应用范围

为充分发挥数字孪生电网全要素、全过程、实时分析、优化决策等能力，51WORLD打造了涵盖数字孪生电网核心平台、生产管线、应用开发工具、多终端访问工具等在内的综合方案。

▲51WORLD数字孪生电网架构

方案从以下三个方面提供了安全、高效的电网管理能力：

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基础支撑，主要是融合GIS、BIM、倾斜摄影等空间矢量数据，搭建电网空间模型，并融合电网大数据模型，形成动静结合。
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智能分析，主要是完成数据清洗分析、算法接入、二次开发等，实现数据资产赋能给各个应用场景，提升数字孪生电网核心平台的普适性。
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应用创新，主要是完成算法推演、跨领域跨部门的应用，打破烟囱式模式的数据壁垒和应用壁垒，实现基于数据量变到质变的领域创新。

构建数字孪生电网时，可根据不同客户实际需求将数字孪生技术在电网中的应用划分为三个层次，分别是系统级、单元级、设备级。

系统级
系统级为跨市、跨省等大区域电力运转展示，主要包含的信息为电力潮流（电流或功率通过元件流入负荷）、电力负荷、线路电压等级、线路维护情况等全局性数据。

单元级
单元级多数都是地市单位对当地的某条线路或者某个变电站的还原，主要是站和线路之间的拓扑关系，以及某站或者某线的运行状态。

设备级
设备级即到达设备模型层面，对于设备的故障告警，设备管理定位等起着不可或缺的作用。

此外，数字孪生电网还可以实时反应开关通断、设备负载、用户负荷、新能源出力等电网运行状态，实时反映电网的异常信息、故障信息，以便工作人员全面实时地监测电网状态。在出现电网电压异常、电能质量异常、电费异常等各类异常情况时进行溯因分析，准确研判出导致异常的原因，以便管理人员定制相应的改进措施。

数字孪生电网不仅能够准确预判新能源出力、电力用户用电负荷、电气设备负载情况，还可以预测设备故障、客户投诉等，以便管理指定相应的应对措施，达到优化设备检修频率、电力设施配置、联络开关切换、相间负荷调整等运营策略，进而为工作人员提供科学的决策支撑。

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四大流程，实现电力综合管理

为打造精细化、系统化、智能化、普遍化、开放化的数字孪生电网，51WORLD充分利用自身技术优势，以自研的AES全要素场景为核心，搭建符合电网规范的可视化、可感化业务，对电网安全、低碳、稳定运行提供强有力的支撑。

51WORLD能源可视化管理运营平台是融合电网的发电、变电、输电、配电为一体的综合智慧电力管理平台，在不同业务场景下支持搭建不同的业务闭环，满足多场景业务条件需求。

发电侧
支持多源场景构建，解决发电因环境复杂，系统运作流程繁琐，人员管理不到位，故障排除响应慢等核心诉求，通过数字孪生技术加强对风、光、火、水……等发电场景有效管理。

同时，51WORLD基于数字孪生技术整合了一整套关于降碳方案，打造“低碳”能源管理系统。平台支持接入智能化监测终端，将碳的产生，碳的运动足迹进行可视化呈现，通过相关指标限定，进行用能合理规划的同时，根据物理空间属性，搭建绿能建设优化方案，在虚拟场景中进行发电侧的绿能虚拟建设，通过时空比选建立行之有效的减碳规划，最终实现碳减排的终极目标。

▲数字孪生技术构建低碳流程

变电侧
结合实际变电站场景，平台可将厂站的业务应用融合三维场景可视化呈现出来，以虚拟映射现实的方式管理整个变电站的设备、人员、智能机器人等，实现变电站的“3+N”管理，无人管理、高效管理、安全管理、多维度告警管理。

输电侧
将电网的输电线路全域可视化呈现，并在虚拟场景中实时同步天气情况、输电线路设备状态、输电线路物联网设备检测信息等，管理人员将处于偏远地区的输电通道的运行状况通过数字孪生平台进行实时管理。

配电侧
把配电台区错综复杂的杆塔线路及配电设施通过1:1高拟真还原在虚拟世界中，精准掌握配电台区的每一处的运行状态，告警信息毫秒级响应，使数字孪生平台成为电网运营的强大支撑。

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数字孪生推动电网系统优化调整

电力行业作为国民经济和社会发展到基础性产业，无论从技术价值还是应用管理角度，都非常适合与数字孪生技术结合。

数字孪生电网能够实时描述并再现实际运行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状况、科教活动，并基于物理电网的状态信息，进行诊断、预测等一系列计算分析后，将分析结果反馈给物理电网，从而推动物理电网的优化调整。

技术价值
随着“碳达峰、碳中和”、“构建以新能源为主体的新型电力系统”等战略目标的提出，电网将会接入大量具有随机性、间歇性、波动性特征分布式能源，以及储能装置等能源设施，让电网体系呈现一种更加复杂、技术更加庞杂的趋势。

传统的工业机理模型和优化控制方法已经难以满足电网现在的规划设计、监测分析和反馈优化等需求。智慧电力系统能对业务数据进行有效组织和维护，为加快发展现代电力基础建设。

应用管理
随着信息化和互联网技术的发展，电力行业各部门积累了越来越多的业务数据，构建稳定、安全、低碳的电力能源体系刻不容缓。在国内电力资源需求日益旺盛、市场规模不断扩大的形势下，除了要解决大城市局部的电力供给不足，更要应对全国电力资源需求不均衡面临的多链条并发式问题，包括网络化协作、输电安全保障、电力资源合理分配以及市场监管等。

通过信息技术的创新应用，可以逐步规范基础设施、管理控制、输电服务和发展模式，在电力智能设施衔接的基础上，将电力信息化系统与城市公共数据库衔接，进而过渡到智能化的电网系统。

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加速行业应用落地

数字孪生作为行业智慧化转型的基础技术，可以有效提升电力系统全要素、全过程、实时分析、优化决策等能力。但目前，从我国电力行业数字化转型情况来看，仍没有形成系统性战略和规划，数字孪生技术在电网领域的应用和普及仍面临很多挑战。

随着能源数据价值的进一步挖掘利用，电力行业将衍生出虚拟电厂、多能交易等能源互联网增值新业态与新模式。在能源互联网规划中，由于系统还未建成运行， 数字孪生参与其中，可对规划系统建模仿真，并将结果反馈给规划主体以指导规划决策。

未来，51WORLD将持续探索创新技术，为数字孪生在各领域的落地应用提供更完善、更高效的技术和产品，为行业发展提供低碳、智能、安全的运营管理。

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第三章
案例导入：

假如你是一名造价工程师，现在面临的工作情况是：某公司拟为员工建设一栋建筑面积为3800m2公寓楼，据调查，公司所在地附近有已完工的某公寓楼，只有外墙保温贴面不同，其他部分均与拟建项目较为接近。该类似工程的相关资料均已给出。你能够顺利地计算出该项目的设计概算吗？如何计算呢？
建设项目设计阶段的划分

1. 一般工业与民用建设项目：两阶段设计（初步设计和施工图设计）

2. 技术上复杂而又缺乏设计经验的项目：三阶段设计（初步设计、扩大初步设计（技术设计）和施工图设计）

3. 对于技术要求简单的民用建筑工程，经有关主管部门同意，并且合同中有不做初步设计的约定，可在方案设计审批后直接进入施工图设计。
造价管理的内容

在为建设项目确定了设计阶段之后，即按照设计准备（方案设计）、编制各阶段的设计文件、配合施工、参加验收和进行总结等的程序开始设计工作，如下图所示。

设计阶段的内容和深度

方案设计文件；应满足编制初步设计文件的需要和方案审批或报批的需要，主要的内容有： 1）设计说明书，包括各专业设计说明以及投资估算等内容；对于涉及建筑节能、环保、绿色建筑、人防等设计的专业，其设计说明应有建筑节能设计专门内容； 2）总平面图以及相关建筑设计图纸； 3）设计委托或设计合同中规定的透视图、鸟瞰图、模型等。
初步设计文件：

应满足编制施工图设计文件的需要和初步设计审批的需要，主要的内容有： 1）设计说明书，包括设计总说明、各专业设计说明，对于涉及建筑节能、环保、绿色建筑、人防、装配式建筑等，其设计说明应有相应的专项内容； 2）有关专业的设计图纸； 3）主要设备或材料表； 4）工程概算书； 5）有关专业计算书（不属于必须交付的设计文件）。
施工图设计文件：

应满足设备材料采购、非标准设备制作和施工的需要。对于将项目分别发包给几个设计单位或实施设计分包的情况，设计文件相互关联处的深度应满足各承包或分包单位设计的需要，主要的内容有： 1）合同要求所涉及的所有专业的设计图纸（含图纸目录、说明和必要的设备、材料表）以及图纸总封面，对于涉及建筑节能设计的专业，其设计说明应有建筑节能设计的专项内容；涉及装配式建筑设计的专业，其设计说明及图纸应有装配式建筑专项设计内容； 2）合同要求的工程预算书（对于方案设计后直接进入施工图设计的项目，若合同未要求编制工程预算书，施工图设计文件应包括工程概算书）； 3）各专业计算书（不属于必须交付的设计文件，但应编制并归档保存）。
影响工业建设项目工程造价的主要因素
1.建筑设计：在进行建筑设计时，设计人员应首先考虑建设单位所要求的建筑标准，根据建筑物、构筑物的使用性质、功能及其经济实力等因素确定；其次应在考虑施工条件和施工过程的合理组织的基础上，决定工程的立体平面设计和结构方案的工艺要求。建筑设计阶段影响工程造价的主要因素包括：

1）平面形状

2）流通空间

3）空间组合

4）建筑物的体积与面积

5）建筑结构

6）柱网布置
工艺设计中影响工程造价的主要因素包括：

1）建设规模

2）标准和产品方案

3）工艺流程和主要设备的选型

4）主要原材料、燃料供应情况

5）生产组织及生产过程中的劳动定员情况

6）“三废”治理及环保措施等

3.设备选用

代建筑功能的实现越来越依赖于设备，一般楼层越多，设备系统越庞大，如建筑物内部空间的“交通工具”（电梯等），室内环境的调节设备（空调、通风、采暖等）等，各个系统的分布占用空间都在考虑之列，既有面积、高度的限制，又有位置的优选和规范的要求。因此，设备配置是否得当，直接影响建筑产品整个寿命周期的成本。

设备选用的重点因设计形式的不同而不同，应选择能满足生产工艺和生产能力要求的最适用的设备和机械，还应充分考虑自然环境对能源节约的有利条件。
3.2限额设计概念：

限额设计是工程造价控制系统中的一个重要环节，是设计阶段进行技术经济分析，实施工程造价控制的一项重要措施。

限额设计是指按照批准的可行性研究报告及其中的投资估算控制初步设计，按照批准的初步设计概算控制技术设计和施工图设计，按照施工图预算造价对施工图设计的各专业设计进行限额分配设计的过程。限额设计的控制对象是影响建设项目设计的静态投资或基础价项目。
内容：

根据限额设计的概念可知，限额设计的内容主要体现在可行性研究中的投资估算、初步设计和施工图设计三个阶段中。同时，在BIM技术并未全面普及，仍存在大量变更的现状下，还应考虑设计变更的限额设计内容。

投资估算阶段是限额设计的关键。对政府投资项目而言，决策阶段的可行性研究报告是政府部门核准投资总额的主要依据，而批准的投资总额则是进行限额设计的重要依据。为此，应在多方案技术经济分析和评价后确定最终方案，提高投资估算的准确度，合理确定设计限额目标。

施工图是设计单位的最终成果文件之一，应按照批准的初步设计方案进行限额设计，施工图预算需控制在批准的设计概算范围内。

在初步设计阶段，由于设计外部条件的制约及主观认识的局限性，往往会造成施工图设计阶段，甚至施工过程中的局部修改和变更，这会导致工程造价发生变化。

设计变更应尽量提前，如上图所示：变更发生的越早，损失越小，反之就越大。如在设计阶段变更，则只是修改图纸，其他费用尚未发生，损失有限；如果在采购阶段变更，不仅要修改图纸，而且设备、材料还需要重新采购；如在施工阶段变更，除上述费用外，已经施工的工程还需要拆除，势必造成重大损失。（设计变更）

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