周怡冰，范朝峰，徐彥帆

(1.中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.國家電投集團江蘇海上風(fēng)力發(fā)電有限公司，江蘇 鹽城 224000)

電廠標識系統(tǒng)是對電廠系統(tǒng)及設(shè)備分類與編碼的系統(tǒng)，作為一種公用的語言和唯一標識碼來協(xié)調(diào)不同部門之間的通信、生產(chǎn)管理、經(jīng)營管理等工作。隨著三維數(shù)字化技術(shù)在各類電廠運維階段的深入應(yīng)用，通過電廠標識系統(tǒng)對三維模型進行編碼、并通過該唯一編碼對模型信息進行管理的方式已成為主流，可協(xié)助風(fēng)電場的精細化運維，助力大數(shù)據(jù)等信息化手段準確掌握設(shè)備狀態(tài)、提高發(fā)電水平[1]。然而，風(fēng)電場項目風(fēng)機數(shù)量眾多，存在模型體量大、編碼數(shù)量多、模型及編碼重復(fù)性高的特點，這些特點為三維模型展示及模型編碼工作帶來較大的困難，廣泛應(yīng)用于水電項目的總裝模型展示方式已不適用于風(fēng)電項目；但同時，風(fēng)電場項目可以從項目本身特點入手，利用其模型可復(fù)用的特點，探索新的三維展示及編碼方式。

1 項目概況

國家電投濱海南H3號300 MW海上風(fēng)電場項目位于江蘇省鹽城市濱海縣，風(fēng)電場在廢黃河口至扁擔(dān)港口之間的近海海域，濱海港水域港界南側(cè)，離岸距離36 km，海底地形變化較小，水深約18 m。風(fēng)電場形狀呈平行四邊形，平行于海岸線方向的距離約為13 km，垂直于海岸線方向的平均距離約為6.8 km，安裝75臺4 MW風(fēng)機，總裝機容量300 MW。

2 三維數(shù)字化技術(shù)在工程運維中的應(yīng)用背景

2.1 三維可視化技術(shù)

隨著BIM(建筑信息模型)及三維數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的工程項目已不滿足于三維建模的簡單應(yīng)用，各類工程公司及運維單位開始通過三維可視化及各類信息技術(shù)手段，對項目的全生命周期進行數(shù)字化、智能化管理提升。其中，海上風(fēng)電生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)可以依托先進的網(wǎng)絡(luò)通訊、三維模擬、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，使風(fēng)電場運維人員實現(xiàn)高效與安全的運檢作業(yè)，降低運維人員工作強度，實現(xiàn)設(shè)備模型與設(shè)備資源信息的互聯(lián)互通(見圖1)，促進作業(yè)數(shù)據(jù)移動化、信息流轉(zhuǎn)自動化、綜合分析智能化，提升運檢作業(yè)現(xiàn)場管理的穿透力，全面提高運檢作業(yè)效能[2]。

圖1 通過設(shè)備模型查看設(shè)備資源信息

生產(chǎn)管理的三維數(shù)字化離不開在線三維可視化技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)有的WebGL技術(shù)標準可以借助系統(tǒng)顯卡在瀏覽器里流暢地展示3D場景和模型，免去了開發(fā)網(wǎng)頁專用渲染插件的麻煩，使得網(wǎng)頁端三維展示及數(shù)據(jù)可視化變?yōu)榭赡?。目前，WebGL技術(shù)已廣泛使用于工程三維數(shù)字化領(lǐng)域，但其對模型的大小及精細度仍有一定限制。

2.2 三維模型編碼技術(shù)

在水電或其他電廠工程項目中，三維模型的虛實映射[3]往往通過模型編碼來實現(xiàn)。編碼作為電廠的公用語言和系統(tǒng)設(shè)備的唯一標識，能保證資產(chǎn)信息的完整、一致性[4]，協(xié)助企業(yè)加強內(nèi)部科學(xué)管理，在運維階段的作用舉足輕重。同樣，在電廠三維數(shù)字化管理系統(tǒng)中，編碼作為存儲設(shè)備信息的數(shù)據(jù)庫主鍵，是檢索模型、關(guān)聯(lián)設(shè)備信息和實時數(shù)據(jù)的必要環(huán)節(jié)。

在現(xiàn)有三維數(shù)字化設(shè)計項目中，往往使用軟件自帶或二次開發(fā)的工具對模型賦予編碼信息，部分行業(yè)可以做到自動編碼。但由于電廠涉及專業(yè)眾多，各專業(yè)之間也存在數(shù)據(jù)格式不同等問題，現(xiàn)有的編碼工作還是需要設(shè)計人員進行手動關(guān)聯(lián)。

3 風(fēng)電項目特點研究

3.1 模型體量

國家電投濱海南H3號300 MW海上風(fēng)電場項目共安裝75臺風(fēng)機。1臺風(fēng)機的詳細模型(包含內(nèi)部的設(shè)備和結(jié)構(gòu)細節(jié))大小在500 M左右，輕量化處理后體量在200 M左右。如果按照水電項目經(jīng)驗，將所有風(fēng)機模型總裝至一個模型，模型大小會上升至數(shù)個G，其體量將遠遠超過現(xiàn)有網(wǎng)頁端三維引擎的承載能力。這會導(dǎo)致三維數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)困難，基于網(wǎng)頁端三維展示技術(shù)的相關(guān)運維應(yīng)用也無法順利開展。

3.2 編碼工作量

上文提到，基于網(wǎng)頁端三維展示技術(shù)的運維應(yīng)用需要依賴模型的唯一編碼進行數(shù)據(jù)存儲，這項功能的前提是在建模階段對模型賦予相應(yīng)的編碼信息。單臺風(fēng)機內(nèi)部所有系統(tǒng)及設(shè)備存在近千條編碼信息，其中與運維相關(guān)的主要設(shè)備編碼數(shù)量在200條左右，如果對所有風(fēng)機內(nèi)部的主要設(shè)備進行編碼，其數(shù)量會過萬。單純的編碼工作就會給模型處理及設(shè)計人員帶來巨大的工作量，不符合三維數(shù)字化管理經(jīng)濟、高效的初衷。

3.3 模型重復(fù)性

其實從以上兩個特點中不難看出，風(fēng)電場模型雖然體量巨大，但是其模型和設(shè)備存在高度的重復(fù)性，一個項目往往采購?fù)环N風(fēng)機，其模型、編碼可復(fù)用性強。根據(jù)項目經(jīng)驗，這一特性可以作為風(fēng)電場三維數(shù)字化系統(tǒng)展示方式研究的切入點，展開進一步的探討。

4 風(fēng)電場模型展示及管理方式探討

4.1 模型展示方式

在傳統(tǒng)的水電項目中，也會遇到機組模型過大、而無法加載至總裝模型的問題。在這種情況下，一般的解決方法是將總裝模型和機組模型進行拆分，通過不同的頁面進行模型加載。

根據(jù)前文提到的風(fēng)電場項目特點，結(jié)合以往水電項目經(jīng)驗，需要將體現(xiàn)風(fēng)電場整體布置的總裝模型和體現(xiàn)風(fēng)機細節(jié)的詳細模型進行分級展示(見圖2(a))：首先在總裝模型中，僅布置風(fēng)機外殼模型(或簡化模型)進行整體模型的展示(見圖2(b))；在選中某臺風(fēng)機后，通過鏈接的方式打開并進一步查看風(fēng)機詳細模型(見圖2(c))。在這里，項目中所有相同的風(fēng)機設(shè)備可共用同一個風(fēng)機詳細模型鏈接。

圖2 分級展示風(fēng)機模型

通過這種展示模式，首先可以解決模型總裝過大無法發(fā)布的問題，讓風(fēng)電場系統(tǒng)設(shè)備模型的流暢展示變?yōu)榭赡埽黄浯螖?shù)10臺風(fēng)機可共用一個詳細模型，極大地減輕了模型處理、發(fā)布和管理的工作量。

4.2 模型管理方式

工程三維數(shù)字化運維管理系統(tǒng)的重點并非簡單的三維模型展示，設(shè)備模型與各類數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通才是其核心價值所在。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式從前端展示上看，是在模型上附著屬性信息、工程運維信息等數(shù)據(jù)；從后臺數(shù)據(jù)庫角度出發(fā)，實際上是以模型的唯一編碼(在電力行業(yè)采用電廠標識系統(tǒng))作為主鍵和外鍵，高效關(guān)聯(lián)技術(shù)臺賬、開關(guān)量、模擬量、計數(shù)量[5]等各類工程數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的一致性。

根據(jù)電廠標識系統(tǒng)特點，風(fēng)機內(nèi)設(shè)備編碼應(yīng)該為“風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)碼”(一級編碼)+“設(shè)備編碼”(二級及其他子節(jié)點編碼)。根據(jù)3.1中提到的模型展示方式，由于整個風(fēng)電場共用一套風(fēng)機詳細模型，該模型也僅有一套設(shè)備編碼，缺乏一級編碼信息，并不能滿足全場風(fēng)機模型的管理要求。

針對這個問題，可采用如下方式進行編碼的拼接：系統(tǒng)需要在用戶選取風(fēng)機簡模時獲取該風(fēng)機(風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng))編碼，并將其疊加至風(fēng)機詳細模型中的設(shè)備編碼之前。如此可以獲得風(fēng)機內(nèi)部設(shè)備的完整編碼，用于關(guān)聯(lián)各類運維數(shù)據(jù)信息，保證了信息和模型的完全匹配。分級對風(fēng)機模型進行編碼見圖3。

圖3 分級對風(fēng)機模型進行編碼

5 結(jié) 語

通過對風(fēng)電項目特點的剖析和研究，在現(xiàn)有水電站三維數(shù)字化運維管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，衍生出一套適合風(fēng)電場項目三維數(shù)字化運維的模型展示和管理方法，解決了系統(tǒng)建設(shè)中遇到的模型過大難題，同時減輕了模型處理及編碼工作量，降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)規(guī)模。相關(guān)研究結(jié)果可以與實際項目相結(jié)合，進一步應(yīng)用于類似的工程項目中。