基于三維可視化技術的電力行業信息化管控平臺建設探索

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)技術最早是利用三維地震數據體顯示、描述和解釋地下地質現象和特征的一種圖像顯示工具。是20 世紀80 年代中期誕生的一門集計算機數據處理、圖像顯示的綜合性前沿技術。

隨著三維建模技術、三維成像技術的日益成熟，大數據、云計算的蓬勃發展，兩化融合的全面推進，三維可視化技術的定義正在被逐漸豐富和重新定義。三維可視化技術在各行各業中進行融合，例如：三維可視化+醫療培訓，三維可視化+機械原理仿真，三維可視化+應急救援培訓，但是，目前三維可視化的應用還主要處于“離線狀態”，多是用于仿真、培訓和離線展示，與信息化系統進行融合方面還比較少，特別是基于三維可視化技術的信息化管控。

2 電力行業信息化管控需求

電力行業具有技術密集型、資金密集型、專業人才密集型、高度自動化、半軍事化管理等特點。伴隨著消費市場的快速增長，隨著中國企業市場化步伐的加快，電力企業也逐漸參與到全球化的市場競爭中。電廠的管控模式，逐步趨向統一化、集約化、扁平化、信息化、專業化。隨著大數據、云計算、物聯網等技術的日益成熟，AR/VR、工業三維可視化、智能穿戴等技術的日益興起，使為電廠或其他企業搭建一個更高效、更智能、更集約化、更可視化的三維數字化智能管控平臺成為可能，這將打破傳統的二維展示，直接帶給用戶沉浸式的三維體驗，支持將現有的管控平臺進行三維數字化智能一體化管控平臺升級。

3 三維可視化智能管控平臺

3.1 技術架構

建模工具層：主要通過不同方式對現場設備模型進行重構和補充完善。

三維引擎層：主要用來導入和加載三維模型，并進行功能開發，是支撐平臺和前端展示之間的橋梁。

支撐平臺層:主要采用一體化電廠信息管控方式，以DCS 等物聯數據為基礎、互聯網為傳輸方式、結合大數據分析方法，對電廠的各類數據進行處理分析，以供前端三維展示調用。

前端展示層：支持插件與非插件的B/S 架構，同時也支持C/S 架構展示。

3.2 具體建設內容

3.2.1 廠區漫游

廠區漫游系統是電廠數字智能化管控平臺必不可少的一部分。三維數字化電廠是對物理電廠1:1 還原，通過漫游系統能夠一鍵式實現各個電廠區域的虛擬查詢和瀏覽，大大地縮短了實際中訪問和巡查時間。

廠區漫游系統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電廠進行全方位的查看和監控。

通過點選窗口左下方的模型樹，自動定位到相關的模型，對固定的系統或設備進行漫游訪問。

3.2.2 基建可視化

該系統主要通過三位可視化技術實現基建期的人、機、物、法、環的可視化管控。

基建三維數字化技術中所有數據信息及圖元信息可指導采購、施工、檢修等。數字化技術是將工程項目中包含的每一個細節數據及信息都匯集在模型中，三維模型已提供圖紙為依據，詳細的材料清冊、完善的施工指導、強大的數據管理方式，都是以深層次的數據信息為基礎作為整個項目的支撐。

對于龐大的工程項目而言，時刻保持項目信息的實時性尤為重要。項目信息從發生變更到落實通知，往往會經過漫長而復雜的傳遞過程，這將大大降低工程項目的進展。數字化工程技術會把發生變更的信息，第一時間落實在實體數據模型，并會提供給相關人員，以減少數據傳遞的時間。

系統可實現在三維場景的選擇、漫游等操作，在三維場景中切面，顯示電廠的斷面分析圖，在圖中可以查看設施、設備、管道等對象的坐標、屬性等數據。方便地實現對電廠地上、地下設施情況的探查。使模型與數據綜合展示，實現對管線、設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，能夠應對二維技術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化，并在三維圖中進行碰撞檢查，實現基建過程建筑、結構、熱機、輸煤、化學、水工、電氣、熱控、曖通、通訊全專業零碰撞。若檢測發生碰撞，將會定期反饋詳細的碰撞清單，協助解決施工的潛在問題，降低建設成本，縮短工期，提升項目建設水平。

3.2.2.2 施工可視化

結合電廠施工過程中的WBS 以及基建可視化系統，依據進度計劃，對電廠的施工基建過程進行三維展示或動畫播放。

該模塊將施工進度計劃與三維模型進行關聯，以時間為節點，從整體上查看電廠的施工進展，將相關的進展在三維可視化平臺中進行展示。并提供已完成或待完成模型的資料錄入接口，實現各個施工模型的人、機、物、法、環等信息的錄入與關聯，完成模型與相關信息的雙向聯動查詢。

將3D 模型與施工進度計劃和成本信息進行集成，實現施工現場的5D 管控和信息查詢。

3.2.2.3 地下管線可視化

電廠經過多次技改、擴建后，圖紙資料尤其是地下管線的圖紙資料丟失或與現狀不符的情況時有發生，給動土施工作業安全帶來很大隱患。可以在三維可視化環境中將電廠實際情況以三維模型形象地展現出來，實現瀏覽查詢、統計匯總、輔助分析等功能，可便捷實現地下管線管理。

此外，精細化的三維電廠地下管線模型也能為動土施工管理提供強大支撐。

3.2.3 運行可視化

三維運行可視化系統是基于生產運行管理系統的三維展示界面。對生產運行管理系統中的二維模塊實現全面的三維升級展示。通過對三維運行可視化系統能夠將所有的運行數據在三維場景中進行呈現，實現數字電廠與物理電廠1:1 仿真呈現。并結合虛擬三維場景中獨特的展示效果，完成對運行過程中的數據、人員、設備等全方位可視化和管理。

3.2.3.1 參數可視化

在三維模型中對電廠運行數據進行實時監測，將三維模型與后臺生產運行管理系統中涉及的各類測點進行逐一關聯匹配，由SIS、MIS 系統將相關的監測分析數據（溫度數據、壓力數據、流量數據、電壓數據、環保數據等）通過接口傳輸到三維展示界面進行呈現，為用戶提供實時、完整、準確的生產數據，使用戶更好地對生產過程進行監測。

3.2.3.2 狀態監測

與三維平臺進行集成，通過對企業轉動設備當前運行狀態的數據采集（動態信息，如：機械振動譜分析數據）、數字化管理、高性能故障分析診斷方法以及設備管理人員的全員參與，實現對設備運行狀態的管理做到心中有數、所管轄的設備處于動態受控，同時為所有設備管理人員提供了一個對其所管轄的設備運行狀態監測級別的預警、專業人員的分析參考、處理過程以及最終效果共享的工作平臺，提高工作效率。

及時發現設備運行的潛在故障，根據生產及設備安全運行情況決定設備停檢的最佳時間，大幅降低設備維修費及維護費用，由設備計劃維修向設備的預知維修邁進。

用戶在三維場景中，可以快速定位設備位置信息，直觀查看轉動設備運行狀態。

3.2.3.3 人員定位可視化

傳統的定位都是基于平面圖，結合GPS 等技術進行二維空間的定位，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主要將三維仿真技術與人員定位技術進行融合，實現三維空間的立體式定位，通過對人員X、Y、Z 坐標的準確定位，再結合三維模型，就能準確定位人員的實時空間位置，大大提高人員定位的精確度。

(1)人員虛擬巡檢

結合三維可視化技術，對現場實現虛擬巡檢，再結合監測系統和運行系統，可以在虛擬環境中對現場實時狀態進行遠程巡檢。

(2)人員統計

結合現場實際情況，再三維場景中對重點區域進行劃分，通過人員定位系統結合廠區門禁系統，可以對整個劃定區域的人員、車輛進行統計，再利用監控系統對相關的人員和車輛進行監測和查看。

(3)視頻聯動

通過將三維模型與電廠的監控系統接口進行集成，實現對電廠監控信息的聯動查詢和瀏覽。當定位到人員信息之后，便可以通過調取攝像頭信息，查看實時的現場狀況。

3.2.3.4 流程運行可視化

該模塊主要是以系統流程為對象，對流程進行查看。從功能實現上主要包括兩方面，一是二維的流程瀏覽窗口，二是三維的瀏覽窗口。

3.2.4 資產管理可視化

設備臺賬可視化系統，即三維設備臺賬管理，它是以KKS 編碼為紐帶，后臺設備管理系統為支撐，三維可視化模型為載體，各類設備臺賬信息為對象，實現一鍵式設備臺賬的集約化管理。在設備臺賬可視化系統的屬性表中，可以關聯從基建到生產運行以及維護扽等電廠全生命周期的每個階段的所有文檔、圖紙、視頻、動畫、照片、合同、表單等信息，實現設備與相關信息的雙向映射，有力提升了設備臺賬的管理能力，方便查詢所有相關的信息。

給水泵定位瀏覽

給水泵合同信息追溯

給水泵設備臺賬追溯

給水泵安裝信息追溯

給水泵拆裝動畫追溯

3.2.4.1 設備瀏覽

以KKS 編碼為紐帶，設備模型的各類屬性信息為對象，三維模型為中心，進行逐一關聯，實現編碼與模型的聯動，通過KKS 編碼定位查找模型，通過模型查看相關設備的屬性信息。

通過后臺追溯功能，能夠打通前端三維展示與后臺支撐管理系統的業務聯，實現一體化雙向追溯，能夠瀏覽設備相關屬性的所有信息。下面以某電廠給水泵進行舉例。

3.2.4.2 設備拆裝

現實中的設備拆裝對于電廠來講是一個非常重要的工作，在每次大修過程中都需要對主要設備進行拆裝操作。每一次拆裝都必須要求分毫無差，否則將導致設備在運行過程中存在安全隱患。

設備拆裝模塊主要結合動畫或則人機交互的方式，對現場重要的設備進行虛擬拆裝，可用來對員工進行培訓或則指導現場拆裝，在減少電廠培訓成本的同時保證拆裝的誤操作現象。

3.2.5 維修可視化

系統以安全管理系統為基礎，主要通過三維動畫對電廠中設計的維修工藝進行仿真和展示，并結合人機交互方式，對維修進行培訓。

3.2.5.1 檢修培訓

該模塊主要利用人機交互或三維動畫等方式對現場的指定檢修工藝或者設備拆裝工藝進行虛擬培訓、預演和練習。

3.2.5.2 事故查詢與預演

旨在對現場事故進行查詢與動畫預演。該動畫目前可暫不考慮。

通過對事故進行仿真預演，進而將統計數據以及分析結果以圖表的方式浮現在窗口進行展示。

4 結語

將電廠現有的信息化系統與三維可視化技術進行融合，實現電廠基建、運營、維修全壽期的三維可視化管控。因此，通過電廠三維數字化智能管控平臺的搭建或升級勢在必行。它能夠在虛擬環境中基于實際物理電廠1:1 的構建一整套完整的數字化電廠，并通過物聯、互聯、網絡等技術完全打通線上線下的所有管控業務。電力行業正處在“黑白電視”向“液晶電視”和“實體運營”向“數字管控”的全面過渡期，誰能順利完成升級或改造，必將成為下一個時代的電力行業標桿。