大型燃機智慧電廠三維展示系統設計與應用

國家能源集團內蒙古上海廟發電有限公司 魏銘毅

現代信息技術的發展使得智慧型內燃機火力發電廠的建設腳步不斷加快，在先進控制系統、網絡平臺以及數據庫共享平臺和互聯網技術的支持下，促使發電廠的建設管理水平不斷提高。此次研究主要是針對大型燃機智慧電廠三維展示系統的設計，簡要介紹了三維展示系統的情況和特點，并結合實際工作需求，對三維展示系統功能以及架構進行設計，全面探討了三維展示系統的設計要點，對于加強智慧電廠建設有著積極作用。

大型燃機智慧電廠的建設是推動火力發電企業數字化、信息化、自動化以及標準化的主要措施，能夠實現各項工作內容的有機集成和一體化管理，促使火力發電廠在更加安全、高效、低碳、靈活的環境下展開運行管理。三維展示技術作為智慧電廠建設過程中的關鍵技術，也得到了業內研究人員的廣泛關注，但當前針對三維展示在火電廠中的研究多體現在項目基建期間，對于設計圖紙的檢驗以及模擬碰撞。文章則另辟蹊徑，著重探討大型燃機智慧電廠中，三維展示系統的設計與應用。

1 三維展示系統概述

三維展示系統的主要構建目標在于強化電廠管理能力和水平，深挖機組節能減排潛力，強化對于電廠設備的管控，提升設備運行的靈活性、自動化以及智能化，在保障電廠安全、穩定、高效運行的前提下，強化電廠管理，控制電廠運行成本。基于此，在實際進行三維展示系統設計的過程中，應著重從以下三個方面入手，實現智慧電廠一體化管理。

（1）強化編碼關聯。智慧電廠建設過程中，信息資源利用方面存在較大問題，造成數據截留、冗余以及利用率較低的情況，嚴重影響了信息資源的有效性，而造成此類情況的主要原因就是缺乏統一信息編碼，導致系統間信息使用存在一定困難，因此，應加強對于系統編碼關聯方面的設計。

（2）解決信息孤島。智慧電廠建設背景下的三維展示系統設計應首先解決的就是信息孤島問題，在數據共享的前提下，充分發揮三維展示系統的優勢和作用。對此，需加強數據集成方面的優化，明確不同系統之間的內在聯系和相互作用，并建立數據接口，切實實現數據共享，解決孤島問題。

（3）三維模型展示。三維展示系統的設計和建設是以相應三維模型為基礎的，需要通過構建三維模型，給系統的使用者提供直觀、逼真的三維場景，明確實際電廠運行過程中的關鍵數據信息，以及場景情況，以此達到提高電廠運行管理效率和質量的目的[1]。

2 大型燃機智慧電廠三維展示系統功能設計

2.1 電廠漫游寫真

通過建立電廠1:1三維模型場景，實現對于電廠生產廠區、運行情況以及安全設施等方面的全面展示。此外，還能夠通過對電廠工作人員狀態的模擬，展示電廠運行生產場景。電廠漫游寫真三維場景的模擬和構建，能夠幫助外來參觀人員規劃參觀學習路線以及相關內容，并實現對于電廠運行情況的三維動態展示，更好地了解電廠的整體情況以及運行特點。在模型構建時，相應射線軌跡計算，入射、反射以及透射線均符合斯奈爾定律：

式中，α為入射角，γ為反射角，β為透射角；vα、vγ、vβ表示介質當中的傳播速度。

2.2 設備分層展示

設備管理是智慧電廠建設過程中的重要內容，借助三維展示功能，能夠實現對于設備的全面管理和檢修維護。對此，在進行系統設計的過程中，應以發電企業的設備系統為基礎，構建電廠生產系統三維展示集合，并通過逐層顯示的方式，建立系統、設備、管道的立體化展示模型。在進行三維展示模型構建的過程中，應結合不同設備、管道的實際情況，對其三維模型進行顏色、位置以及走向的繪制。該模型的構建不僅能夠對整個生產系統設備情況進行展示，還能夠提供相應設備的詳細信息，包括設備的缺陷問題，操作過程中的注意事項，以及相應檢修、維護、更換記錄等。此外，還能夠進行視角的轉換和縮放，為電廠工作人員展開設備管理提供良好支持。

2.3 設備狀態監測

三維展示系統還應與巡點檢等相關系統實現數據對接，以此確保工作人員在應用系統的過程中，能夠實時獲得并更新設備管道生產、管理以及巡點檢數據信息，實現對于設備管道信息以及運行參數的實時監控和更新，并將其同步到設備狀態監測以及臺賬信息當中，并能夠對設備狀態異常情況進行自動預警，以此強化設備管理能力，提前發現設備運行過程中存在的風險隱患問題，并及時采取有效處理措施，確保電廠生產系統的正常運行，提升系統運行的穩定性以及可靠性。

2.4 設備拆解模擬

三維展示系統還應具備設備檢修維護模擬功能，并能夠對設備檢修狀態進行監視。對此，要求三維數字電廠模擬嚴格按照設備設計圖紙，進行1:1建模，保障模型的精細度以及準確度，并能夠按照檢修流程對檢修過程進行模擬，實現對于設備拆解、檢修以及安裝等流程的全面展示。與此同時，系統還能夠自動將設備歷史檢修信息與三維模型進行對接，保障相應模型的真實度，確保其能夠與設備實際狀態保持一致，并能夠與檢修項目相關的工具、備件，以及設備拆解后的擺放等進行關聯展示，促使用戶能夠通過三維展示系統，查看設備檢修技術、狀態以及記錄等相關信息，明確檢修工作要點以及技術操作要求等，為檢修工作人員提供可靠技術指導，提升設備檢修維護質量和效率[2]。

2.5 地下管網

大型燃機電廠地下管網復雜性較高，管線數據信息較多，傳統二維管理模式已然無法滿足現代化管理需求。對此，應借助三維技術，將地理信息、建筑規劃管理等有機融合，通過虛擬仿真，構建地下管線模型，并進行碰撞模擬等，對施工質量效果進行科學預測，并以此優化施工方案，達到降低施工矛盾，強化施工組織管控的目的，提升地下管網的施工質量和效率。同時，三維展示系統與相應傳感器設備的融合應用以及數據互聯，還能夠實現對于地下管線實際情況的監控和管理，提升管網管理水平。

2.6 巡點檢模擬

三維展示系統還需要具備巡點檢模擬功能，結合電廠實際運行情況以及巡點檢要點內容，對巡檢、點檢路線、順序進行模擬，并提供巡點檢工作要點和注意事項提醒。相應巡點檢模擬需要按照專業進行劃分，如汽機、鍋爐、電氣以及熱工等，并進行巡點檢工作演示，以此幫助員工明確巡點檢要點以及相應工作流程，有助于提高工作質量和效率，幫助工作人員及時獲取設備運行情況等相關信息，對于生產決策的制定有著積極作用。

2.7 VR實景培訓

VR實景培訓是智慧電廠建設背景下的重要內容，由于現場實操具備一定風險性，可能會影響設備的正常運行以及系統的安全性，因此，實訓操作往往不能夠在真實設備上展開，但是對于電廠運行而言，工作人員的實操能力是保障系統正常運行的前提基礎。對此，就需要借助三維展示系統，展開VR實景培訓，不僅能夠使得工作人員產生身臨其境之感，強化操作技能水平，還能夠對員工實際操作情況進行記錄、打分，明確員工實操過程中存在的普遍性問題，并有針對性地展開指導，有助于提升培訓效果。

2.8 現場狀況監控

電廠生產現場情況監控主要包括以下兩個方面：（1）為攝像頭監控，主要是針對廠區內實際運行生產情況的視頻監控，以及門禁視頻監控，能夠幫助用戶及時了解現場實際情況，并能夠進行多畫面切換、展示，即可進行本地手動截圖、錄像，還能夠支持大屏幕展示功能，更好地了解現場實際情況；（2）為門禁權限監控，需要結合人員崗位職級情況，對其進行授權，以此強化對于生產區的安全管控，嚴禁非法闖入人員進入到生產區域，并及時向監控中心發出警報，還能夠實現對于違規人員、重要崗位人員的跟蹤定位，以此實現對于生產現場狀況的全面監控管理[3]。

3 三維展示系統的架構設計

3.1 系統與數據

基于上述系統功能分析，三維展示系統主要由以下4個子系統構成。

（1）電廠監控系統。該系統主要包括設備、運行情況等多個方面的監控管理。通過收集工控系統相關的實時在線數據信息，對相應數據的分析，以此形成設備狀態信息，并在此基礎上發揮設備狀態監控管理，運行警報等相應功能，為設備狀態檢修和決策管理提供可靠支持。此外，還具有生產現場實際情況以及運行狀態的監控功能，能夠為工作人員提供現場運行視頻。

（2）點巡檢系統。點巡檢系統主要是通過工作人員點檢、巡檢操作，實現對于電廠運行過程中，無法進行在線監測相關工作內容的管理以及數據收集，同時該系統還能夠根據點巡檢獲得的相應數據信息，進行數據分析以及異常數據的判斷和處理。

（3）ERP系統。該系統主要負責提供生產管理相關數據，包括缺陷管理、工單管理、備件管理等多個方面，在數據接口的支持下，能夠實現對于設備缺陷記錄、工單數據等的高效調取，為電廠的運行管理提供良好支持。

（4）數據管理系統。數據管理系統涉及的數據信息主要包括兩個方面，一方面為電廠基建過程中，形成的相關數據信息；另一方面為電廠運行過程中，相關維護、檢修以及實際成產過程中形成的數據信息。

3.2 編碼與關聯

為強化智慧電廠建設，提高電廠智能化水平，需要保障各系統之間信息的有效連接，解決信息孤島問題，對此，在進行三維展示系統構建的過程中，應加強對于以下幾個方面的重視。

（1）編碼關聯。三維展示系統要求各子系統遵循統一編碼規則，以此實現設備與編碼的有效關聯和對應，并對編碼進行統一維護，為數據信息的同步共享奠定良好基礎。

（2）系統接口。系統接口主要包括數據以及單點登錄接口，與相應子系統建立數據庫層面接口，并實現單點登錄。在進行系統接口設計時，事先明確接口要求，以及系統與數據間的關聯性，并進行統一規劃，避免后續出現系統不兼容情況。在孤島處理方面，應遵循數據共享、單點登錄以及業務層面的順序，逐步消除信息以及業務孤島問題。

（3）三維模型。三維模型的構建是可視化功能以及智慧電廠建設過程中的重要環節，在實際進行模型展示時，數據量大，因此加載較慢，為保障系統運行的順暢性，可結合實際情況對其進行簡化處理，對此，可通過刪除設備、建筑的不必要信息，或者對設備、建筑模型進行減面處理。

3.3 應用與展現

三維展示系統可通過B/S架構實現，以Uinty3D為開發平臺，借助C#語言，進行系統開發，實現對于三維模型的有效優化。在初始頁面中，可借助標簽實時展示相關運行參數，并提供工作票、工單等的數據查看功能，還能夠借助編碼跳轉至匯總信息頁面，對設備等在系統當中的信息進行查看。

三維展示技術在大型燃機智慧電廠生產運行過程中的應用主要體現在以下幾個方面。

（1）鍋爐受熱面異常管理。通過展示技術，能夠對鍋爐受熱面情況進行檢測，捕獲受熱面異常信息，并直接獲得相應監督、缺陷記錄，作為后續鍋爐受熱面的改造和檢修參考，為后續鍋爐的使用和管理提供可靠數據支持，以此達到減少鍋爐四管泄漏等不良問題的效果，提升系統運行的可靠性。

（2）鍋爐管道焊口統計。鍋爐焊口數量巨大，傳統人工統計檢查工作難度較大，而且異種鋼焊接方式，也容易引起焊口管理混亂問題。對此，可應用三維展示系統，對鍋爐焊口進行管理，明確不同材質管道焊口差異主要表現在顏色方面，可通過顏色進行材質辨別，同時也可借助三維展示技術，進行鍋爐防爆、防磨檢修管理，能夠及時明確焊口泄漏位置，并及時采取搶修泄漏措施，以此保障生產質量效率。

（3）四管在線監測。基于三維展示系統的四管在線監測，能夠實現對于鍋爐32點的有效標記，有助于明確管道、焊口實際布局情況，并對存在問題的部位提前進行警報，為搶修工作提供充足的時間[4]。

4 結語

綜上所述，三維展示系統在構建大型燃機智慧電廠當中發揮著不可磨滅的重要作用，在實際進行系統設計的過程中，應從系統特點以及功能需求入手確保系統具備電廠模型展示、設備分層展示、狀態監測、拆解模擬、地下管網、巡點檢模擬、VR實景培訓以及現場狀況監控等功能，并在此基礎上，合理進行子系統的構建，實現編碼關聯，充分發揮三維展示技術的優勢，強化其在鍋爐受熱面管理、焊口統計分析以及四管在線監測方面的作用，確保三維展示系統應用效果。相信隨著對三維展示系統設計以及應用方面的研究和探討，大型燃機智慧電廠的建設和發展，將會取得良好成效。

引用

[1]曹子飛,邢路平,劉征宇.基于主機狀態監測的智慧電廠數據計算系統在新型百萬燃煤機組的應用[J].東方電氣評論,2022,36 (1):39-42+55.

[2]江彬,趙亮,韓愷隆.淺談三維數字技術在燃氣電廠數字化建設中的應用研究[J].數字通信世界,2021(8):67-69.

[3]臧旭東,楊元琴,奚邱炎,等.基于三維可視化技術的火電廠設備數據管理應用與研究[J].中國設備工程,2021(21):16-17.

[4]郭宏,李闖,趙海軍.基于三維的電廠設備信息一體化展現系統[J].中國電業,2021(9):94-95.