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数字孪生技术在石化行业的应用探究

摘要：石油化工作为国家重要的战略型行业，高效融合人工智能数字孪生技

术，能够极大地提升行业经济效益与社会效益，是未来石油化工行业发展的必然

趋势。而数字孪生技术作为信息基础设施建设的核心要素，已经在石化行业中逐

步发挥了更核心更重要的作用。基于此，本文就数字孪生技术在石化行业的应用

进行简要探讨。

关键词：数字孪生技术；石化行业；应用；

1数字孪生技术

2003年，美国密歇根大学的MichaelGrieves教授提出了“信息镜像模型”

（informationmirroringmodel）的概念，即数字孪生的抽象概念被首次提出。

2011年，Grieves教授正式提出数字孪生（dig-italtwin,DT），用来描述概括

物理世界的虚拟映射和交互反馈，随后一直沿用至今。在Grieves教授提出的数

字孪生参考模型中，数字孪生由部分组成，即物理空间的实体产品、虚拟空间的

虚拟产品、虚实之间的连接数据和信息。数字孪生是数字化浪潮的必然产物，未

来所有实物都会在数字世界建有孪生体，他们之间平行发展相互作用，包括人、

物、设备、工业、建筑都将形成虚拟化物体，使物理世界能够更高效、更安全、

更低成本的发展，当数字世界全面打通并形成一个独立的系统与物理世界并行，

这就形成了元宇宙。元宇宙的核心技术之一就是数字孪生技术，基于数字孪生技

术生成现实世界的镜像，能够基于扩展现实技术提供沉浸式体验，可以说世界万

物皆可数字孪生，未来将是数字孪生的世界。

2数字孪生技术在石化行业的典型应用

2.1数字孪生技术与油气勘探结合

国内中国海油将数字孪生技术应用到半潜式钻井平台的智慧建设中，应用大

数据人工智能等技术实现多源信息融合，从而对物理实体精准描述，所开发的基

于数字孪生技术的半潜式钻井平台系统能够进行钻井平台的安全智能诊断关键设

备状态智能预警及安全可视化控制等。图1为油气勘探与数字孪生技术应用结合

的具体方式，以数字孪生技术为核心，融合感知的物理数据与仿真的虚拟数据实

现机组精密诊断平台可视化服务基于数字孪生技术，实现多源信息融合，构建了

海上钻井平台数字孪生系统，实现了钻井平台安全智能诊断分析，设备装置智能

监测与预警。与中国海油建立的海上钻井平台不同，中油瑞飞将虚拟现实技术应

用到数字孪生系统，打造了石油大脑”，将虚实智能融合，打造了虚拟现实培训

平台实现AＲ智能巡检眼镜可视化作业专家远程实时指导等，突破了个人技能限

制，变身超级工人”。目前已在西南油气田大庆钻探渤海钻探等现场应用数字孪

生技术与上游油气田勘探开采等结合，集成了AI技术的数字孪生模型实现了物

理实体与虚拟系统间的双向映射和操作，数据信息直观可视，打破了传统检测系

统在数据呈现上的弊端.

2.2数字孪生技术与管道运输结合

自2003年冀宁联络线首次提出数字化管道建设目标以来，油气管道运输技

术就已开始基于数字网络遥感等信息科学技术，构建数字化设计体系，实现管道

的生命周期管理近年来，中国石油更是提出要建设方位感知综合预判一体管控自

适应优化的智慧官网，力求实现管网管理的精细化模型向智能化模型的精准升级。

结合油气管道运输的特点，油气管道的缺陷剩余强度与寿命等的预测，需要充分

考虑天地空等多维感知信息，实现安全风险的智能辨识与预警，从而提高管道安

全的智能诊断能力实现对事故的快速响应预防性维护与管道的全生命周期的管理

数字孪生技术的技术特点与管道建设的需求与目标高度契合在相关的研究中，黄

珊［1］从机理模型影响因素对基于孪生技术的管道腐蚀大数据的适用性展开研

究，熊明［2］以中缅油气管道为试点，通过收集建设期与运行期管道的有关静

态数据，结合航空摄影测量倾斜摄影数字三维建模等手段，对数据进行整理，构

建管道线路与站场数据资产库，将数字孪生体与数据采集与监视控制系统

(SCADA)、视频监控系统融合，实现可视化运行指导维修作业、模型培训等，为

实现管网智慧化运营奠定了数据基础。

图1油气勘探与数字孪生技术应用结合案例

2.3数字孪生技术与石油炼化结合

在石油炼制生产时，由于生产条件原料的动态变化性，采用流程模拟软件构

建机理模型，以先进算法对模型校正，提升全流程模型的准确性，并根据不同的

生产要求，实现最优操作条件下实时指导生产过程并优化控制目标的目