火電廠在發(fā)電領(lǐng)域中扮演著舉足輕重的角色。主要通過燃燒如煤、石油或天然氣等化石燃料來產(chǎn)生電力。盡管隨著可再生能源技術(shù)的進(jìn)步導(dǎo)致其比重有所減少，但直至 2023 年，火電依然是全球主要的電力來源之一。

通過圖撲軟件自主研發(fā) HT for Web 產(chǎn)品，采用可視化與數(shù)字孿生技術(shù)，打造多樣化設(shè)計(jì)風(fēng)格和業(yè)務(wù)視角下的火電廠數(shù)字孿生方案。為智慧電廠綜合“一張圖”管理提供了上層展示技術(shù)支撐，助力企業(yè)增強(qiáng)對火電廠的信息化和數(shù)字化管理水平。

寫實(shí)火電廠

圖撲軟件 HT 支持多種方式的模型渲染，采用輕量化三維建模技術(shù)，高度還原電廠全貌。以三維場景為基礎(chǔ)，搭配 2D 數(shù)據(jù)面板展示，數(shù)字化展現(xiàn)火電廠的智慧生產(chǎn)、智慧安防、工藝流程等日常管理模塊。

圖撲軟件 HT 引擎強(qiáng)大的渲染能力，打造出晝夜兩種氛圍，實(shí)現(xiàn)從白晝寫實(shí)具象風(fēng)格到黑夜宏觀科幻炫酷風(fēng)格的完美切換。通過對廠內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況、安全配備、周邊動態(tài)環(huán)境等進(jìn)行三維建模，360 度仿真還原火電廠全景空間。

智慧生產(chǎn)

觸發(fā)智慧生產(chǎn)功能后，系統(tǒng)首先會引導(dǎo)用戶進(jìn)行全廠關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備的輪巡。依據(jù)電廠的核心運(yùn)作工藝順序，以鳥瞰視角精確定位至關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，結(jié)合 3D 動畫和 2D 實(shí)時數(shù)據(jù)面板進(jìn)行全面展示。重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備有：卸煤機(jī)、輸煤皮帶、煤場、斗輪機(jī)、碎煤機(jī)、給煤機(jī)、磨煤機(jī)、鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等，通過前端對接后端 Http、WebSocket 等協(xié)議接口，實(shí)現(xiàn)前端頁面實(shí)時數(shù)據(jù)的渲染展示。

大屏左側(cè)廠區(qū)信息面板展示了本項(xiàng)目主要信息，涵蓋廠區(qū)信息和經(jīng)營概況。其中經(jīng)營概況提供查看實(shí)時的成本、收入、利潤動態(tài)趨勢圖。右側(cè)展現(xiàn)安全生產(chǎn)天數(shù)，記錄了廠區(qū)安全投產(chǎn)累計(jì)時間。同時，設(shè)備運(yùn)行效率和生產(chǎn)數(shù)據(jù)密切監(jiān)控著鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)時效率和參數(shù)。

智慧安防

在構(gòu)建智慧電廠的過程中，智慧安防可視化建設(shè)是不可或缺的核心環(huán)節(jié)，功能通常包括人員定位、電子圍欄、智能視頻。其目的在于提高安全水平、優(yōu)化生產(chǎn)管理、節(jié)約運(yùn)維成本。

人員定位：本案例基于 UWB 定位基站和定位卡片為硬件支撐，在三維場景中實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)員工實(shí)時定位可視化功能。用戶通過場景交互可以直觀查看或檢索員工信息、聯(lián)系方式、行動軌跡等數(shù)據(jù)。配備的定位卡還支持手動觸發(fā) SOS 報警信息?，F(xiàn)場遇急情況時，報警信號將及時反饋在安防界面的報警記錄中，并通知集控中心，以便快速響應(yīng)。

電子圍欄：是目前較為先進(jìn)的周界防護(hù)報警系統(tǒng)，能通過人員定位聯(lián)動，識別圍欄區(qū)域入侵事件，同步呈現(xiàn)在三維場景中。圍欄通常分為永久性圍欄和臨時性圍欄，其中永久性圍欄通常設(shè)于汽輪機(jī)、變壓器、升壓站等關(guān)鍵區(qū)域；而臨時性圍欄則用于標(biāo)識廠區(qū)的臨時施工或“兩票”維修區(qū)。

智能監(jiān)控：廠區(qū)三維場景中，室內(nèi)外的視頻監(jiān)控點(diǎn)選以醒目圖標(biāo)標(biāo)示。本案例使用的監(jiān)控設(shè)備能識別人員行為，可對安全帽穿戴、工作服著裝、接打電話等違規(guī)行為進(jìn)行捕捉與告警，并記錄在報警圖表中。存在報警信息的監(jiān)控點(diǎn)位會出現(xiàn)明顯的告警效果，以便管理者及時點(diǎn)擊查看實(shí)時監(jiān)控影像和抓拍記錄。

工藝流程

采用三維組態(tài)的簡化方式實(shí)現(xiàn)電廠關(guān)鍵工藝流程上的設(shè)備連接。一方面可監(jiān)控重要設(shè)備運(yùn)行信息；另一方面，以清晰的直線流程圖直觀展現(xiàn)燃煤發(fā)電廠主要發(fā)電工藝，依次為：輸煤皮帶→碎煤機(jī)→給煤機(jī)→磨煤機(jī)→鍋爐→汽輪機(jī)→發(fā)電機(jī)→主變→升壓站→電網(wǎng)。

科幻火電廠

相較于寫實(shí)建模風(fēng)格，科幻風(fēng)格火電廠場景渲染效果，更能凸顯未來科技感。

圖撲軟件 HT 科幻風(fēng)格以科技藍(lán)為主色調(diào)，次要模型采用線框形式展現(xiàn)，方便透視查看內(nèi)部要素。而內(nèi)部重點(diǎn)設(shè)備則保留寫實(shí)風(fēng)格建模，使之在大場景中更加突出。

本案例實(shí)際適配了現(xiàn)場超長屏幕，整個界面分為左、中、右三大板塊，中央展示火電廠全局三維場景，兩側(cè)呈現(xiàn)電廠日常運(yùn)維信息，旨在通過“一張圖”形式呈現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電廠管理的目標(biāo)。

左側(cè)看板集中展示了電廠概況、場區(qū)運(yùn)行情況、生產(chǎn)效率趨勢、實(shí)時告警信息列表等數(shù)據(jù)；右側(cè)看板專注展示脫硫塔凈煙氣數(shù)據(jù)、鍋爐機(jī)組煤耗預(yù)測數(shù)據(jù)、機(jī)組負(fù)荷對比曲線。

GIS 火電廠

HT 同樣支持以 GIS 地圖作為基礎(chǔ)場景，疊加渲染 3D Tiles 格式的傾斜攝影模型文件以及 OBJ 格式的人工建模模型文件。通過 HT 實(shí)現(xiàn)可交互式的 Web 三維場景，可進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)，場景內(nèi)各種模型、標(biāo)簽可以響應(yīng)交互事件。

傾斜攝影，即通過從一個垂直、四個傾斜、五個不同的視角同步采集影像，以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場景，獲取到豐富的建筑物頂面及側(cè)視的高分辨率紋理。不僅能真實(shí)反映地物信息，還能通過定位、融合、建模等技術(shù)，生成具有地理坐標(biāo)系信息的三維廠區(qū)模型。

人工建模，即使用 3ds Max、Maya、C4D 等建模軟件，基于影像數(shù)據(jù)、CAD 平面圖或者拍攝圖片估算建筑物輪廓與高度等信息進(jìn)行人工建模。人工模型在傾斜影像中對比，材質(zhì)紋理會有所差異。人工建模和 GIS 相匹配需要人工進(jìn)行空間矯正配準(zhǔn)。所以在 GIS 場景中，建議局部、必要的內(nèi)容，采取人工建模處理，根據(jù)自身需求選擇合適的方式。

火災(zāi)預(yù)演

通過動態(tài)箭頭展示逃生路線，指向逃生出口方向，可直觀地查看全廠視角，有助于電廠消防演練工作。

門禁管理

門禁管理能的實(shí)施能精準(zhǔn)識別并記錄進(jìn)出人員與車輛的信息詳情。通過對接門禁管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，在圖撲可視化大屏中可實(shí)時查看門禁分布點(diǎn)位、當(dāng)日通過門禁的人數(shù)、攔截人數(shù)及攔截原因等關(guān)鍵信息。如此構(gòu)筑起的網(wǎng)格化安防體系，顯著提升了用戶對各種事故、案件及突發(fā)事件的預(yù)防能力和應(yīng)急響應(yīng)效率。

安全四色圖

安全四色圖作為一種創(chuàng)新的安全管理工具，旨在通過顏色的直觀區(qū)分，幫助員工輕松識別電廠內(nèi)各區(qū)域的安全等級及相關(guān)的注意事項(xiàng)，增強(qiáng)安全意識有效預(yù)防潛在事故的發(fā)生。通常將電廠區(qū)域分為四種顏色，每種顏色代表該區(qū)域的安全級別以及該區(qū)域所需遵循的特定安全指導(dǎo)原則。

紅色區(qū)域（高危險區(qū)域）：代表電廠中最危險的部分，比如高壓設(shè)備區(qū)、變電站等，需要特殊權(quán)限才能進(jìn)入。紅色警告意味著員工在進(jìn)入這些區(qū)域前必須進(jìn)行特殊的安全培訓(xùn)和保護(hù)措施。

黃色區(qū)域（警告區(qū)域）：代表具有一定風(fēng)險但并非最高危險的區(qū)域，如工作臺周圍、維護(hù)區(qū)等。在這些區(qū)域內(nèi)作業(yè)的員工需要按照安全規(guī)程操作，并佩戴適當(dāng)?shù)膫€人防護(hù)裝備。

藍(lán)色區(qū)域（注意區(qū)域）：這個區(qū)域需要員工留意安全，但相對于紅色和黃色區(qū)域，風(fēng)險較低。包括一些機(jī)械設(shè)備、輕微化學(xué)物質(zhì)處理等區(qū)域。

綠色區(qū)域（安全區(qū)域）：代表最安全的區(qū)域，一般為生活區(qū)、休息區(qū)等，這些區(qū)域的安全風(fēng)險非常低。

環(huán)保模塊

火力發(fā)電廠火電廠對環(huán)境的污染主要涵蓋空氣污染、廢水釋放、工業(yè)固體廢物排放、工業(yè)噪聲污染、電磁污染等多個方面。特別是鍋爐的煙氣通過高煙囪排入大氣，這些排放物對環(huán)境造成不小的壓力。

為有效監(jiān)管和管理這些環(huán)境負(fù)擔(dān)，通過圖撲可視化系統(tǒng)清晰展示統(tǒng)計(jì)監(jiān)測點(diǎn)位的煙塵、NO?、汞排放、PM10、PM2.5、SO? 等指標(biāo)的實(shí)時數(shù)值，以區(qū)分正常與異常的數(shù)據(jù)。加強(qiáng)指標(biāo)異常區(qū)域的環(huán)境管理，致力于構(gòu)建一個更加綠色與環(huán)保的工廠環(huán)境。

用 AQI 云圖表示空氣污染的輕重程度，加強(qiáng)重污染區(qū)域的環(huán)境治理和人員準(zhǔn)入。

HT 不僅支持全廠級的數(shù)字孿生展示，還支持局部機(jī)組、設(shè)備的運(yùn)行可視化。

鍋爐數(shù)字孿生

鍋爐是火力發(fā)電廠中的關(guān)鍵設(shè)施，負(fù)責(zé)將燃燒燃料產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽或高溫水。根據(jù)需要產(chǎn)生的蒸汽壓力和溫度，鍋爐可以分為不同的類型，如亞臨界鍋爐、超臨界鍋爐等。使用的燃料包括煤、天然氣和油等多種。

圖撲軟件構(gòu)造輕量化的 3D 可視化智慧鍋爐監(jiān)控場景，數(shù)字孿生鍋爐運(yùn)作流程，幫助用戶清晰直觀呈現(xiàn)設(shè)備的部件組成及動態(tài)運(yùn)作全流程。

依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，采集鍋爐機(jī)組主要運(yùn)行數(shù)據(jù)，如：鍋爐溫度、氣壓、脫銷、預(yù)警事件等。通過搭載設(shè)備感知元件，對接設(shè)備管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，將鍋爐重點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)展示在前端頁面，輔助用戶進(jìn)行日常的生產(chǎn)和安全管理，提高電廠的數(shù)字化管理效率。

空冷島

空冷島主要是火力發(fā)電廠中重要一環(huán)，用于通過空氣冷卻的方式來降低循環(huán)冷卻水溫度，代替或部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水冷系統(tǒng)。在環(huán)境干燥、缺水的地區(qū)，或者為了環(huán)保節(jié)水的考慮，空冷技術(shù)逐漸獲得廣泛應(yīng)用。

利用圖撲軟件自主研發(fā)的 HT for Web 強(qiáng)大的渲染引擎，數(shù)字孿生空冷島內(nèi)運(yùn)作場景，無縫融合 2D、3D 可視化技術(shù)，對其展開立體化監(jiān)控管理。整體場景多方位直觀展示蒸汽分配、通風(fēng)系統(tǒng)、冷凝過程、蒸汽凝結(jié)、冷凝排出等重點(diǎn)流程的運(yùn)行態(tài)勢。

蒸汽分配

三維監(jiān)控場景能形象還原該環(huán)節(jié)工況運(yùn)作全流程。用戶點(diǎn)擊關(guān)鍵設(shè)備，展開多視角切換查看，方便運(yùn)維人員通過不同角度，查看各凝氣器單元、管束等設(shè)備內(nèi)部的實(shí)時工況。

通風(fēng)系統(tǒng)

將風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和場站情況信息進(jìn)行高度關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對空冷風(fēng)機(jī)平臺、軸流風(fēng)機(jī)等設(shè)備主體運(yùn)行態(tài)勢遠(yuǎn)程監(jiān)測，實(shí)時關(guān)注風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，確保冷卻效率的穩(wěn)定性。

冷凝過程

所謂冷凝過程是指運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)做功后的高溫蒸汽進(jìn)入空冷島冷凝，冷凝后形成的冷凝水進(jìn)入凝結(jié)水收集聯(lián)箱儲存。

HT 引擎強(qiáng)大的渲染功能，可高精度模擬仿真蒸汽在翅片管內(nèi)流動以及周圍空氣對蒸汽冷卻的實(shí)際工況。

最后，高溫蒸汽在冷凝管束中被冷卻成液態(tài)水回收，未冷卻部分被抽氣器抽出。

變壓器

火電廠行業(yè)中，變壓器設(shè)備地位尤為重要。變壓器繞組的溫度分布，特別是熱點(diǎn)溫度，是制約變壓器運(yùn)行安全和使用壽命的重要因素。

本案例中通過體繪制的方式展示變壓器繞組溫度場。首先，利用有限元仿真技術(shù)模擬變壓器內(nèi)部的熱傳導(dǎo)過程，從而揭示變壓器內(nèi)部溫度的分布規(guī)律。接下來，通過對有限元仿真結(jié)果中的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，即可獲取整個繞組的溫度分布切片。

體繪制

體繪制是一種將三維空間中的體數(shù)據(jù)，渲染到二維圖形上的技術(shù)。體繪制可以在二維平面上展示出三維空間中的數(shù)據(jù)，可直觀窺探物體內(nèi)部細(xì)節(jié)，因此可應(yīng)用于各種電、熱、磁場的仿真，水污染擴(kuò)散仿真、海洋遙感三維可視化、醫(yī)學(xué)影像（CT） 展示等。

通過圖撲軟件（Hightopo）數(shù)字孿生技術(shù),我們能夠在火力發(fā)電廠的復(fù)雜環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)全方位無盲區(qū)的可視化場景構(gòu)建。深度結(jié)合生產(chǎn)管理系統(tǒng)和安防管理系統(tǒng)，提升電廠智慧管控、運(yùn)行、分析與遠(yuǎn)程診斷等綜合能力，為未來智慧電廠的創(chuàng)新管理和運(yùn)營模式奠定了基礎(chǔ)。

圖撲軟件(Hightopo)專注于 Web 的 2D&3D 可視化，自主研發(fā) 2D&3D 圖形渲染引擎、數(shù)據(jù)孿生應(yīng)用開發(fā)平臺和開發(fā)工具，廣泛應(yīng)用于 2D&3D 可視化、工業(yè)組態(tài)與數(shù)字孿生領(lǐng)域，圖撲軟件為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、樓宇、場館、園區(qū)、數(shù)據(jù)中心、工廠、電站、醫(yī)院、農(nóng)業(yè)、學(xué)校、倉儲等行業(yè)客戶提供可靠的數(shù)字孿生解決方案。

審核編輯 黃宇