吳睿

（朗坤智慧科技股份有限公司，江蘇 南京 211100）

1 引言

三維可視化(3D Visualization)技術(shù)最早是利用三維地震數(shù)據(jù)體顯示、描述和解釋地下地質(zhì)現(xiàn)象和特征的一種圖像顯示工具。是20 世紀(jì)80 年代中期誕生的一門集計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理、圖像顯示的綜合性前沿技術(shù)。

隨著三維建模技術(shù)、三維成像技術(shù)的日益成熟，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的蓬勃發(fā)展，兩化融合的全面推進(jìn)，三維可視化技術(shù)的定義正在被逐漸豐富和重新定義。三維可視化技術(shù)在各行各業(yè)中進(jìn)行融合，例如：三維可視化+醫(yī)療培訓(xùn)，三維可視化+機(jī)械原理仿真，三維可視化+應(yīng)急救援培訓(xùn)，但是，目前三維可視化的應(yīng)用還主要處于“離線狀態(tài)”，多是用于仿真、培訓(xùn)和離線展示，與信息化系統(tǒng)進(jìn)行融合方面還比較少，特別是基于三維可視化技術(shù)的信息化管控。

2 電力行業(yè)信息化管控需求

電力行業(yè)具有技術(shù)密集型、資金密集型、專業(yè)人才密集型、高度自動(dòng)化、半軍事化管理等特點(diǎn)。伴隨著消費(fèi)市場(chǎng)的快速增長(zhǎng)，隨著中國(guó)企業(yè)市場(chǎng)化步伐的加快，電力企業(yè)也逐漸參與到全球化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中。電廠的管控模式，逐步趨向統(tǒng)一化、集約化、扁平化、信息化、專業(yè)化。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的日益成熟，AR/VR、工業(yè)三維可視化、智能穿戴等技術(shù)的日益興起，使為電廠或其他企業(yè)搭建一個(gè)更高效、更智能、更集約化、更可視化的三維數(shù)字化智能管控平臺(tái)成為可能，這將打破傳統(tǒng)的二維展示，直接帶給用戶沉浸式的三維體驗(yàn)，支持將現(xiàn)有的管控平臺(tái)進(jìn)行三維數(shù)字化智能一體化管控平臺(tái)升級(jí)。

3 三維可視化智能管控平臺(tái)

3.1 技術(shù)架構(gòu)

建模工具層：主要通過(guò)不同方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備模型進(jìn)行重構(gòu)和補(bǔ)充完善。

三維引擎層：主要用來(lái)導(dǎo)入和加載三維模型，并進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)，是支撐平臺(tái)和前端展示之間的橋梁。

支撐平臺(tái)層:主要采用一體化電廠信息管控方式，以DCS 等物聯(lián)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、互聯(lián)網(wǎng)為傳輸方式、結(jié)合大數(shù)據(jù)分析方法，對(duì)電廠的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，以供前端三維展示調(diào)用。

前端展示層：支持插件與非插件的B/S 架構(gòu)，同時(shí)也支持C/S 架構(gòu)展示。

3.2 具體建設(shè)內(nèi)容

3.2.1 廠區(qū)漫游

廠區(qū)漫游系統(tǒng)是電廠數(shù)字智能化管控平臺(tái)必不可少的一部分。三維數(shù)字化電廠是對(duì)物理電廠1:1 還原，通過(guò)漫游系統(tǒng)能夠一鍵式實(shí)現(xiàn)各個(gè)電廠區(qū)域的虛擬查詢和瀏覽，大大地縮短了實(shí)際中訪問(wèn)和巡查時(shí)間。

廠區(qū)漫游系統(tǒng)還能夠以不同的視角、不同的透明度查看電廠整體或局部信息，大大的方便操作人員對(duì)電廠進(jìn)行全方位的查看和監(jiān)控。

通過(guò)點(diǎn)選窗口左下方的模型樹(shù)，自動(dòng)定位到相關(guān)的模型，對(duì)固定的系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行漫游訪問(wèn)。

3.2.2 基建可視化

該系統(tǒng)主要通過(guò)三位可視化技術(shù)實(shí)現(xiàn)基建期的人、機(jī)、物、法、環(huán)的可視化管控。

基建三維數(shù)字化技術(shù)中所有數(shù)據(jù)信息及圖元信息可指導(dǎo)采購(gòu)、施工、檢修等。數(shù)字化技術(shù)是將工程項(xiàng)目中包含的每一個(gè)細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)及信息都匯集在模型中，三維模型已提供圖紙為依據(jù)，詳細(xì)的材料清冊(cè)、完善的施工指導(dǎo)、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理方式，都是以深層次的數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)作為整個(gè)項(xiàng)目的支撐。

對(duì)于龐大的工程項(xiàng)目而言，時(shí)刻保持項(xiàng)目信息的實(shí)時(shí)性尤為重要。項(xiàng)目信息從發(fā)生變更到落實(shí)通知，往往會(huì)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的傳遞過(guò)程，這將大大降低工程項(xiàng)目的進(jìn)展。數(shù)字化工程技術(shù)會(huì)把發(fā)生變更的信息，第一時(shí)間落實(shí)在實(shí)體數(shù)據(jù)模型，并會(huì)提供給相關(guān)人員，以減少數(shù)據(jù)傳遞的時(shí)間。

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在三維場(chǎng)景的選擇、漫游等操作，在三維場(chǎng)景中切面，顯示電廠的斷面分析圖，在圖中可以查看設(shè)施、設(shè)備、管道等對(duì)象的坐標(biāo)、屬性等數(shù)據(jù)。方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠地上、地下設(shè)施情況的探查。使模型與數(shù)據(jù)綜合展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)管線、設(shè)備信息的可視化管理操作。

3.2.2.1 碰撞檢查

基于三維圖形技術(shù)，能夠應(yīng)對(duì)二維技術(shù)難以處理的空間維度沖突，這就是顯著提升碰撞檢查效率的主要原因。

在基建期間，三維模型完成圖紙轉(zhuǎn)化，并在三維圖中進(jìn)行碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)基建過(guò)程建筑、結(jié)構(gòu)、熱機(jī)、輸煤、化學(xué)、水工、電氣、熱控、曖通、通訊全專業(yè)零碰撞。若檢測(cè)發(fā)生碰撞，將會(huì)定期反饋詳細(xì)的碰撞清單，協(xié)助解決施工的潛在問(wèn)題，降低建設(shè)成本，縮短工期，提升項(xiàng)目建設(shè)水平。

3.2.2.2 施工可視化

結(jié)合電廠施工過(guò)程中的WBS 以及基建可視化系統(tǒng)，依據(jù)進(jìn)度計(jì)劃，對(duì)電廠的施工基建過(guò)程進(jìn)行三維展示或動(dòng)畫(huà)播放。

該模塊將施工進(jìn)度計(jì)劃與三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以時(shí)間為節(jié)點(diǎn)，從整體上查看電廠的施工進(jìn)展，將相關(guān)的進(jìn)展在三維可視化平臺(tái)中進(jìn)行展示。并提供已完成或待完成模型的資料錄入接口，實(shí)現(xiàn)各個(gè)施工模型的人、機(jī)、物、法、環(huán)等信息的錄入與關(guān)聯(lián)，完成模型與相關(guān)信息的雙向聯(lián)動(dòng)查詢。

將3D 模型與施工進(jìn)度計(jì)劃和成本信息進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的5D 管控和信息查詢。

3.2.2.3 地下管線可視化

電廠經(jīng)過(guò)多次技改、擴(kuò)建后，圖紙資料尤其是地下管線的圖紙資料丟失或與現(xiàn)狀不符的情況時(shí)有發(fā)生，給動(dòng)土施工作業(yè)安全帶來(lái)很大隱患。可以在三維可視化環(huán)境中將電廠實(shí)際情況以三維模型形象地展現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)瀏覽查詢、統(tǒng)計(jì)匯總、輔助分析等功能，可便捷實(shí)現(xiàn)地下管線管理。

此外，精細(xì)化的三維電廠地下管線模型也能為動(dòng)土施工管理提供強(qiáng)大支撐。

3.2.3 運(yùn)行可視化

三維運(yùn)行可視化系統(tǒng)是基于生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)的三維展示界面。對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)中的二維模塊實(shí)現(xiàn)全面的三維升級(jí)展示。通過(guò)對(duì)三維運(yùn)行可視化系統(tǒng)能夠?qū)⑺械倪\(yùn)行數(shù)據(jù)在三維場(chǎng)景中進(jìn)行呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電廠與物理電廠1:1 仿真呈現(xiàn)。并結(jié)合虛擬三維場(chǎng)景中獨(dú)特的展示效果，完成對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)、人員、設(shè)備等全方位可視化和管理。

3.2.3.1 參數(shù)可視化

在三維模型中對(duì)電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將三維模型與后臺(tái)生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)中涉及的各類測(cè)點(diǎn)進(jìn)行逐一關(guān)聯(lián)匹配，由SIS、MIS 系統(tǒng)將相關(guān)的監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)（溫度數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)、電壓數(shù)據(jù)、環(huán)保數(shù)據(jù)等）通過(guò)接口傳輸?shù)饺S展示界面進(jìn)行呈現(xiàn)，為用戶提供實(shí)時(shí)、完整、準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，使用戶更好地對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.2.3.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

與三維平臺(tái)進(jìn)行集成，通過(guò)對(duì)企業(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集（動(dòng)態(tài)信息，如：機(jī)械振動(dòng)譜分析數(shù)據(jù)）、數(shù)字化管理、高性能故障分析診斷方法以及設(shè)備管理人員的全員參與，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的管理做到心中有數(shù)、所管轄的設(shè)備處于動(dòng)態(tài)受控，同時(shí)為所有設(shè)備管理人員提供了一個(gè)對(duì)其所管轄的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)級(jí)別的預(yù)警、專業(yè)人員的分析參考、處理過(guò)程以及最終效果共享的工作平臺(tái)，提高工作效率。

及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的潛在故障，根據(jù)生產(chǎn)及設(shè)備安全運(yùn)行情況決定設(shè)備停檢的最佳時(shí)間，大幅降低設(shè)備維修費(fèi)及維護(hù)費(fèi)用，由設(shè)備計(jì)劃維修向設(shè)備的預(yù)知維修邁進(jìn)。

用戶在三維場(chǎng)景中，可以快速定位設(shè)備位置信息，直觀查看轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

3.2.3.3 人員定位可視化

傳統(tǒng)的定位都是基于平面圖，結(jié)合GPS 等技術(shù)進(jìn)行二維空間的定位，精確度不高且很難展示立體空間中的人員分布情況。

人員定位可視化系統(tǒng)主要將三維仿真技術(shù)與人員定位技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)三維空間的立體式定位，通過(guò)對(duì)人員X、Y、Z 坐標(biāo)的準(zhǔn)確定位，再結(jié)合三維模型，就能準(zhǔn)確定位人員的實(shí)時(shí)空間位置，大大提高人員定位的精確度。

(1)人員虛擬巡檢

結(jié)合三維可視化技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)虛擬巡檢，再結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和運(yùn)行系統(tǒng)，可以在虛擬環(huán)境中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程巡檢。

(2)人員統(tǒng)計(jì)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，再三維場(chǎng)景中對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行劃分，通過(guò)人員定位系統(tǒng)結(jié)合廠區(qū)門禁系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)劃定區(qū)域的人員、車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再利用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)相關(guān)的人員和車輛進(jìn)行監(jiān)測(cè)和查看。

(3)視頻聯(lián)動(dòng)

通過(guò)將三維模型與電廠的監(jiān)控系統(tǒng)接口進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠監(jiān)控信息的聯(lián)動(dòng)查詢和瀏覽。當(dāng)定位到人員信息之后，便可以通過(guò)調(diào)取攝像頭信息，查看實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)狀況。

3.2.3.4 流程運(yùn)行可視化

該模塊主要是以系統(tǒng)流程為對(duì)象，對(duì)流程進(jìn)行查看。從功能實(shí)現(xiàn)上主要包括兩方面，一是二維的流程瀏覽窗口，二是三維的瀏覽窗口。

3.2.4 資產(chǎn)管理可視化

設(shè)備臺(tái)賬可視化系統(tǒng)，即三維設(shè)備臺(tái)賬管理，它是以KKS 編碼為紐帶，后臺(tái)設(shè)備管理系統(tǒng)為支撐，三維可視化模型為載體，各類設(shè)備臺(tái)賬信息為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)一鍵式設(shè)備臺(tái)賬的集約化管理。在設(shè)備臺(tái)賬可視化系統(tǒng)的屬性表中，可以關(guān)聯(lián)從基建到生產(chǎn)運(yùn)行以及維護(hù)扽等電廠全生命周期的每個(gè)階段的所有文檔、圖紙、視頻、動(dòng)畫(huà)、照片、合同、表單等信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備與相關(guān)信息的雙向映射，有力提升了設(shè)備臺(tái)賬的管理能力，方便查詢所有相關(guān)的信息。

給水泵定位瀏覽

給水泵合同信息追溯

給水泵設(shè)備臺(tái)賬追溯

給水泵安裝信息追溯

給水泵拆裝動(dòng)畫(huà)追溯

3.2.4.1 設(shè)備瀏覽

以KKS 編碼為紐帶，設(shè)備模型的各類屬性信息為對(duì)象，三維模型為中心，進(jìn)行逐一關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)編碼與模型的聯(lián)動(dòng)，通過(guò)KKS 編碼定位查找模型，通過(guò)模型查看相關(guān)設(shè)備的屬性信息。

通過(guò)后臺(tái)追溯功能，能夠打通前端三維展示與后臺(tái)支撐管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)一體化雙向追溯，能夠?yàn)g覽設(shè)備相關(guān)屬性的所有信息。下面以某電廠給水泵進(jìn)行舉例。

3.2.4.2 設(shè)備拆裝

現(xiàn)實(shí)中的設(shè)備拆裝對(duì)于電廠來(lái)講是一個(gè)非常重要的工作，在每次大修過(guò)程中都需要對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行拆裝操作。每一次拆裝都必須要求分毫無(wú)差，否則將導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中存在安全隱患。

設(shè)備拆裝模塊主要結(jié)合動(dòng)畫(huà)或則人機(jī)交互的方式，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重要的設(shè)備進(jìn)行虛擬拆裝，可用來(lái)對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)或則指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)拆裝，在減少電廠培訓(xùn)成本的同時(shí)保證拆裝的誤操作現(xiàn)象。

3.2.5 維修可視化

系統(tǒng)以安全管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)對(duì)電廠中設(shè)計(jì)的維修工藝進(jìn)行仿真和展示，并結(jié)合人機(jī)交互方式，對(duì)維修進(jìn)行培訓(xùn)。

3.2.5.1 檢修培訓(xùn)

該模塊主要利用人機(jī)交互或三維動(dòng)畫(huà)等方式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的指定檢修工藝或者設(shè)備拆裝工藝進(jìn)行虛擬培訓(xùn)、預(yù)演和練習(xí)。

3.2.5.2 事故查詢與預(yù)演

旨在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故進(jìn)行查詢與動(dòng)畫(huà)預(yù)演。該動(dòng)畫(huà)目前可暫不考慮。

通過(guò)對(duì)事故進(jìn)行仿真預(yù)演，進(jìn)而將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及分析結(jié)果以圖表的方式浮現(xiàn)在窗口進(jìn)行展示。

4 結(jié)語(yǔ)

將電廠現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)與三維可視化技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)電廠基建、運(yùn)營(yíng)、維修全壽期的三維可視化管控。因此，通過(guò)電廠三維數(shù)字化智能管控平臺(tái)的搭建或升級(jí)勢(shì)在必行。它能夠在虛擬環(huán)境中基于實(shí)際物理電廠1:1 的構(gòu)建一整套完整的數(shù)字化電廠，并通過(guò)物聯(lián)、互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)完全打通線上線下的所有管控業(yè)務(wù)。電力行業(yè)正處在“黑白電視”向“液晶電視”和“實(shí)體運(yùn)營(yíng)”向“數(shù)字管控”的全面過(guò)渡期，誰(shuí)能順利完成升級(jí)或改造，必將成為下一個(gè)時(shí)代的電力行業(yè)標(biāo)桿。