POWERCHINA Hubei optimiert städtisches Stromnetz mit digitalem Zwilling des Umspannwerks Xianning Chibi

Digitaler Zwilling ermöglicht spürbare Reduzierung des Projektaufwandes und der Gesamtinvestitionen

Autorin: Eleanore Nguyen-Locke *

Das 500-Kilovolt-Umspannwerk Xianning Chibi ist eine wichtige Initiative in der chinesischen Provinz Hubei. Ziel ist die Deckung des steigenden Strombedarfs der Millionen-Einwohner-Stadt Xianning sowie die Optimierung des Stromnetzes, um die Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu verbessern. Das Umspannwerk befindet sich etwa 48 Kilometer von der historischen Stätte der Schlacht von Chibi entfernt. Es verbindet die Industrialisierung mit der reichen chinesischen Kultur und erinnert an die historische Zeit der Drei Reiche und die Schlacht am Roten Felsen. POWERCHINA Hubei Electric Engineering wurde mit der Umsetzung des 285,06 Millionen CNY teuren Übertragungs- und Verteilungsprojekts beauftragt, wobei Machbarkeit, technische Zuverlässigkeit, technologischer Fortschritt und wirtschaftliche Rationalität im Vordergrund standen, um eine nahtlose Integration von Entwurfsstandards, kulturellem Erbe und tatsächlichen technischen Bedingungen zu erreichen. Das Umspannwerk wird auch Entwürfe aus der Kultur der Drei Reiche umfassen. Mehrere chinesische kulturelle Elemente werden in den Entwurf einfließen. POWERCHINA Hubei hatte das Ziel, eine vollständige Digitalisierung des Lebenszyklus zu erreichen und erkundete deshalb kollaborative 3D-Entwürfe, visuelle 4D-Baumethoden und digitale Zwillinge für die effiziente und sichere Umsetzung eines kulturell ästhetischen Umspannwerks, das eine zuverlässige Energieversorgung gewährleistet.

Komplexe Topografie, Koordinierung und Kostenkontrolle

Das Projekt wies eine komplexe Topografie auf, die eine kompakte Ausführung erforderte, verbunden mit einer kurzen Bauzeit. Aufgrund der Nähe zu Ackerland und natürlichen Lebensräumen musste POWERCHINA Hubei auf eine umweltfreundliche Bauweise achten, um die Auswirkungen auf Umwelt und Landwirtschaft zu minimieren. Das Umspannwerk musste von Ackerland, Häusern, Wasserkanälen und einer 10-Kilovolt-Leitung getrennt gehalten werden, was sowohl für den Grundriss als auch für die Leitungskorridore Einschränkungen bedeutete. Eine der größten Herausforderungen war die Optimierung des Grundrisses des technischen Plans, der auf frühen Machbarkeitsplänen basierte, mit dem Ziel, weniger landwirtschaftliche Flächen zu beanspruchen. Durch den kompakteren Grundriss mussten die verschiedenen Fachbereiche enger zusammenarbeiten. Die Koordinierung der angrenzenden, komplizierten und verdeckten unterirdischen Bauarbeiten, einschließlich der hydraulischen Leitungsnetze und Kabelgräben, stellte eine große Herausforderung dar, die mit den üblichen Arbeitsabläufen im engen Bauablaufplan nicht zu bewältigen war.

Mithilfe von ProjectWise und der Technologie für digitale Zwillinge von Bentley reduzierte POWERCHINA Hubei den Flächenbedarf für das Projekt um 42,42 %. (Bild: POWERCHINA Hubei Electric Engineering)

POWERCHINA Hubei musste nicht nur die Herausforderungen in Bezug auf Topografie und Koordinierung innerhalb eines kurzen Zeitrahmens meistern, sondern auch strenge Budgetvorgaben einhalten und die benötigten Mengen an Stahlbeton, Erdbaumaterial und Stahl kontrollieren, um die Material- und Baukosten möglichst gering zu halten. Bisher hatten die Konstrukteure CAD-Software für 2D-Entwürfe verwendet. Allerdings erkannte POWERCHINA Hubei, dass eine vernetzte visuelle, digitale 3D-Plattform erforderlich war, um die verschiedenen technischen Fachbereiche zu koordinieren, Entwurfs- und Bauabläufe zu integrieren und den Bau durch den 3D-Entwurf effektiv zu steuern. AutoCAD bot zwar Kopier-, Revisions- und andere Funktionen, die beim manuellen Zeichnen in der Anfangsphase noch fehlten, jedoch keine Lösung für den multidisziplinären Entwurf sowie die Informationsübertragung und -nutzung zwischen den verschiedenen Bauphasen. Um den Informationsaustausch und die Datennutzung während der gesamten Entwurfs- und Bauphase zu optimieren und dem Eigentümer und Betreiber bei der Übergabe digitale Ergebnisse zu liefern, benötigte POWERCHINA Hubei eine integrierte Technologie für digitale Zwillinge.

Bentley stellt integrierte 3D-/4D-Technologielösungen bereit

POWERCHINA Hubei entschied sich für ProjectWise, Bentley Open-Anwendungen und die iTwin-Plattform, um eine kollaborative digitale Entwurfsumgebung, eine visuelle 4D-Baumethode und einen vollständigen digitalen Zwilling des Umspannwerks in 3D zu erstellen. Durch den Einsatz von Bentley-Anwendungen konnte das Team Komplettlösungen anbieten und durch die Modellintegration einen hervorragenden Entwurfsplan erstellen. Die Arbeit in einem vernetzten digitalen Ökosystem in jeder Phase des Projekts über alle Fachbereiche und Prozesse hinweg – von der Ausschreibung, Vermessung und dem Entwurf bis hin zum Bau- und Anlagemanagement – optimierte die Arbeitsabläufe und Kommunikation. Durch die Integration von Bentley Open- und ProjectWise-Anwendungen konnte das Team koordinierte 3D-Entwurfsmodelle erstellen, die eine genaue Mengenermittlung zur Optimierung der Materialkosten ermöglichten.

Die Modelle, die dem Bauteam über SYNCHRO zugänglich gemacht wurden, halfen bei der Leitung der Bauarbeiten und ermöglichten eine dynamische 4D-Bausimulation. Der Arbeitsablauf erleichterte den beteiligten Bauarbeitern die Visualisierung und das Verständnis der Entwurfsabsicht sowie die Einhaltung des Bauzeitplans. Durch die umfassende Anwendung der SYNCHRO 4D-Technologie wurden im Rahmen des Projekts die Baudatensortierung, die BIM-basierte Zeitplanerstellung, die Fortschrittsvisualisierung, die Verfolgung und das Management des Baufortschritts, das Management von Zeitplanänderungen und -optimierungen sowie der Informationsaustausch während der Bauphase erreicht. Die iTwin-Plattform spiegelte im Laufe der Bauphase und bis zur Fertigstellung den realen Stand des Projekts wider und ermöglichte die automatische Generierung des finalen digitalen Zwillings des Umspannwerks.

Maßstäbe setzen für die Digitalisierung des staatlichen Netzes

Durch die Schaffung eines vollständig digitalen Kontextes beim Projekt für das Umspannwerk Xianning Chibi optimierte POWERCHINA Hubei den Entwurf und Bau und ermöglichte ein intelligentes Lebenszyklusmanagement von Anlagen und Betrieb. Die Arbeit in ProjectWise verbesserte die interdisziplinäre Koordinierung, sparte 55 Tage Entwurfszeit und verhinderte mehr als 50 Entwurfskollisionen.

Durch die präzise 3D-Modellierung konnte die Gesamtfläche des Projekts um 0,97 Hektar reduziert werden, wodurch die Nutzung von Ackerland und die Umweltbelastung deutlich minimiert wurden. Die 3D-Modelle erleichterten die automatisierte digitale Materialförderung, wodurch 63 Kubikmeter Bohrpfahlarbeiten entfallen und 8 Tonnen Bauelemente optimiert werden konnten und zusätzliche 190.000 CNY an Materialkosten eingespart wurden. Durch die Integration des digitalen 4D-Baumanagements konnte zudem die ohnehin schon knappe Bauzeit um 30 Tage verkürzt werden.

Die Gesamtinvestitionen für das Projekt wurden um etwa 10,54 Millionen CNY reduziert. (Bild: POWERCHINA Hubei Electric Engineering)

Mit der Einführung der fortschrittlichen digitalen Technologien von Bentley konnte POWERCHINA Hubei die Projektkosten kontrollieren und die ursprünglich genehmigte Gesamtinvestition um etwa 10,54 Millionen CNY reduzieren. Das Unternehmen erstellte einen digitalen Zwilling des fertigen Umspannwerks, der dem Eigentümer und Betreiber zur Überwachung und Wartung zur Verfügung gestellt wurde. Der digitale Zwilling wird die Verwaltung der Anlagen und die Zuverlässigkeit des Umspannwerks verbessern. Die Digitalisierung des Umspannwerks über den gesamten Lebenszyklus hinweg ist damit erfolgreich umgesetzt. Durch die Anpassung an die Bedürfnisse der Branche spielt das Projekt für den digitalen Zwilling des Umspannwerks eine Vorreiterrolle beim Aufbau eines digitalen nationalen Netzes und eignet sich für den Nachbau für andere Umspannwerksprojekte.

* Die Autorin …

… Eleanore Nguyen-Locke ist Expertin für Industriemarketing bei Bentley Systems. In dieser Funktion ist sie für alle Marketingaktivitäten im Zusammenhang mit dem Lösungsportfolio von Bentley im Bereich der Energieversorgung zuständig. Sie verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung im Bereich Marketing von Technologiesoftware und -Hardware und hat einen Bachelor-Abschluss in Betriebswirtschaft mit Nebenfach Marketing von der California State University in Fullerton. Sie ist unter eleanore.nlocke@bentley.com erreichbar.