基于三维可视化技术的电力行业信息化管控平台建设探索

吴睿

（朗坤智慧科技股份有限公司，江苏 南京 211100）

1 引言

三维可视化(3D Visualization)技术最早是利用三维地震数据体显示、描述和解释地下地质现象和特征的一种图像显示工具。是20 世纪80 年代中期诞生的一门集计算机数据处理、图像显示的综合性前沿技术。

随着三维建模技术、三维成像技术的日益成熟，大数据、云计算的蓬勃发展，两化融合的全面推进，三维可视化技术的定义正在被逐渐丰富和重新定义。三维可视化技术在各行各业中进行融合，例如：三维可视化+医疗培训，三维可视化+机械原理仿真，三维可视化+应急救援培训，但是，目前三维可视化的应用还主要处于“离线状态”，多是用于仿真、培训和离线展示，与信息化系统进行融合方面还比较少，特别是基于三维可视化技术的信息化管控。

2 电力行业信息化管控需求

电力行业具有技术密集型、资金密集型、专业人才密集型、高度自动化、半军事化管理等特点。伴随着消费市场的快速增长，随着中国企业市场化步伐的加快，电力企业也逐渐参与到全球化的市场竞争中。电厂的管控模式，逐步趋向统一化、集约化、扁平化、信息化、专业化。随着大数据、云计算、物联网等技术的日益成熟，AR/VR、工业三维可视化、智能穿戴等技术的日益兴起，使为电厂或其他企业搭建一个更高效、更智能、更集约化、更可视化的三维数字化智能管控平台成为可能，这将打破传统的二维展示，直接带给用户沉浸式的三维体验，支持将现有的管控平台进行三维数字化智能一体化管控平台升级。

3 三维可视化智能管控平台

3.1 技术架构

建模工具层：主要通过不同方式对现场设备模型进行重构和补充完善。

三维引擎层：主要用来导入和加载三维模型，并进行功能开发，是支撑平台和前端展示之间的桥梁。

支撑平台层:主要采用一体化电厂信息管控方式，以DCS 等物联数据为基础、互联网为传输方式、结合大数据分析方法，对电厂的各类数据进行处理分析，以供前端三维展示调用。

前端展示层：支持插件与非插件的B/S 架构，同时也支持C/S 架构展示。

3.2 具体建设内容

3.2.1 厂区漫游

厂区漫游系统是电厂数字智能化管控平台必不可少的一部分。三维数字化电厂是对物理电厂1:1 还原，通过漫游系统能够一键式实现各个电厂区域的虚拟查询和浏览，大大地缩短了实际中访问和巡查时间。

厂区漫游系统还能够以不同的视角、不同的透明度查看电厂整体或局部信息，大大的方便操作人员对电厂进行全方位的查看和监控。

通过点选窗口左下方的模型树，自动定位到相关的模型，对固定的系统或设备进行漫游访问。

3.2.2 基建可视化

该系统主要通过三位可视化技术实现基建期的人、机、物、法、环的可视化管控。

基建三维数字化技术中所有数据信息及图元信息可指导采购、施工、检修等。数字化技术是将工程项目中包含的每一个细节数据及信息都汇集在模型中，三维模型已提供图纸为依据，详细的材料清册、完善的施工指导、强大的数据管理方式，都是以深层次的数据信息为基础作为整个项目的支撑。

对于庞大的工程项目而言，时刻保持项目信息的实时性尤为重要。项目信息从发生变更到落实通知，往往会经过漫长而复杂的传递过程，这将大大降低工程项目的进展。数字化工程技术会把发生变更的信息，第一时间落实在实体数据模型，并会提供给相关人员，以减少数据传递的时间。

系统可实现在三维场景的选择、漫游等操作，在三维场景中切面，显示电厂的断面分析图，在图中可以查看设施、设备、管道等对象的坐标、属性等数据。方便地实现对电厂地上、地下设施情况的探查。使模型与数据综合展示，实现对管线、设备信息的可视化管理操作。

3.2.2.1 碰撞检查

基于三维图形技术，能够应对二维技术难以处理的空间维度冲突，这就是显著提升碰撞检查效率的主要原因。

在基建期间，三维模型完成图纸转化，并在三维图中进行碰撞检查，实现基建过程建筑、结构、热机、输煤、化学、水工、电气、热控、暧通、通讯全专业零碰撞。若检测发生碰撞，将会定期反馈详细的碰撞清单，协助解决施工的潜在问题，降低建设成本，缩短工期，提升项目建设水平。

3.2.2.2 施工可视化

结合电厂施工过程中的WBS 以及基建可视化系统，依据进度计划，对电厂的施工基建过程进行三维展示或动画播放。

该模块将施工进度计划与三维模型进行关联，以时间为节点，从整体上查看电厂的施工进展，将相关的进展在三维可视化平台中进行展示。并提供已完成或待完成模型的资料录入接口，实现各个施工模型的人、机、物、法、环等信息的录入与关联，完成模型与相关信息的双向联动查询。

将3D 模型与施工进度计划和成本信息进行集成，实现施工现场的5D 管控和信息查询。

3.2.2.3 地下管线可视化

电厂经过多次技改、扩建后，图纸资料尤其是地下管线的图纸资料丢失或与现状不符的情况时有发生，给动土施工作业安全带来很大隐患。可以在三维可视化环境中将电厂实际情况以三维模型形象地展现出来，实现浏览查询、统计汇总、辅助分析等功能，可便捷实现地下管线管理。

此外，精细化的三维电厂地下管线模型也能为动土施工管理提供强大支撑。

3.2.3 运行可视化

三维运行可视化系统是基于生产运行管理系统的三维展示界面。对生产运行管理系统中的二维模块实现全面的三维升级展示。通过对三维运行可视化系统能够将所有的运行数据在三维场景中进行呈现，实现数字电厂与物理电厂1:1 仿真呈现。并结合虚拟三维场景中独特的展示效果，完成对运行过程中的数据、人员、设备等全方位可视化和管理。

3.2.3.1 参数可视化

在三维模型中对电厂运行数据进行实时监测，将三维模型与后台生产运行管理系统中涉及的各类测点进行逐一关联匹配，由SIS、MIS 系统将相关的监测分析数据（温度数据、压力数据、流量数据、电压数据、环保数据等）通过接口传输到三维展示界面进行呈现，为用户提供实时、完整、准确的生产数据，使用户更好地对生产过程进行监测。

3.2.3.2 状态监测

与三维平台进行集成，通过对企业转动设备当前运行状态的数据采集（动态信息，如：机械振动谱分析数据）、数字化管理、高性能故障分析诊断方法以及设备管理人员的全员参与，实现对设备运行状态的管理做到心中有数、所管辖的设备处于动态受控，同时为所有设备管理人员提供了一个对其所管辖的设备运行状态监测级别的预警、专业人员的分析参考、处理过程以及最终效果共享的工作平台，提高工作效率。

及时发现设备运行的潜在故障，根据生产及设备安全运行情况决定设备停检的最佳时间，大幅降低设备维修费及维护费用，由设备计划维修向设备的预知维修迈进。

用户在三维场景中，可以快速定位设备位置信息，直观查看转动设备运行状态。

3.2.3.3 人员定位可视化

传统的定位都是基于平面图，结合GPS 等技术进行二维空间的定位，精确度不高且很难展示立体空间中的人员分布情况。

人员定位可视化系统主要将三维仿真技术与人员定位技术进行融合，实现三维空间的立体式定位，通过对人员X、Y、Z 坐标的准确定位，再结合三维模型，就能准确定位人员的实时空间位置，大大提高人员定位的精确度。

(1)人员虚拟巡检

结合三维可视化技术，对现场实现虚拟巡检，再结合监测系统和运行系统，可以在虚拟环境中对现场实时状态进行远程巡检。

(2)人员统计

结合现场实际情况，再三维场景中对重点区域进行划分，通过人员定位系统结合厂区门禁系统，可以对整个划定区域的人员、车辆进行统计，再利用监控系统对相关的人员和车辆进行监测和查看。

(3)视频联动

通过将三维模型与电厂的监控系统接口进行集成，实现对电厂监控信息的联动查询和浏览。当定位到人员信息之后，便可以通过调取摄像头信息，查看实时的现场状况。

3.2.3.4 流程运行可视化

该模块主要是以系统流程为对象，对流程进行查看。从功能实现上主要包括两方面，一是二维的流程浏览窗口，二是三维的浏览窗口。

3.2.4 资产管理可视化

设备台账可视化系统，即三维设备台账管理，它是以KKS 编码为纽带，后台设备管理系统为支撑，三维可视化模型为载体，各类设备台账信息为对象，实现一键式设备台账的集约化管理。在设备台账可视化系统的属性表中，可以关联从基建到生产运行以及维护扽等电厂全生命周期的每个阶段的所有文档、图纸、视频、动画、照片、合同、表单等信息，实现设备与相关信息的双向映射，有力提升了设备台账的管理能力，方便查询所有相关的信息。

给水泵定位浏览

给水泵合同信息追溯

给水泵设备台账追溯

给水泵安装信息追溯

给水泵拆装动画追溯

3.2.4.1 设备浏览

以KKS 编码为纽带，设备模型的各类属性信息为对象，三维模型为中心，进行逐一关联，实现编码与模型的联动，通过KKS 编码定位查找模型，通过模型查看相关设备的属性信息。

通过后台追溯功能，能够打通前端三维展示与后台支撑管理系统的业务联，实现一体化双向追溯，能够浏览设备相关属性的所有信息。下面以某电厂给水泵进行举例。

3.2.4.2 设备拆装

现实中的设备拆装对于电厂来讲是一个非常重要的工作，在每次大修过程中都需要对主要设备进行拆装操作。每一次拆装都必须要求分毫无差，否则将导致设备在运行过程中存在安全隐患。

设备拆装模块主要结合动画或则人机交互的方式，对现场重要的设备进行虚拟拆装，可用来对员工进行培训或则指导现场拆装，在减少电厂培训成本的同时保证拆装的误操作现象。

3.2.5 维修可视化

系统以安全管理系统为基础，主要通过三维动画对电厂中设计的维修工艺进行仿真和展示，并结合人机交互方式，对维修进行培训。

3.2.5.1 检修培训

该模块主要利用人机交互或三维动画等方式对现场的指定检修工艺或者设备拆装工艺进行虚拟培训、预演和练习。

3.2.5.2 事故查询与预演

旨在对现场事故进行查询与动画预演。该动画目前可暂不考虑。

通过对事故进行仿真预演，进而将统计数据以及分析结果以图表的方式浮现在窗口进行展示。

4 结语

将电厂现有的信息化系统与三维可视化技术进行融合，实现电厂基建、运营、维修全寿期的三维可视化管控。因此，通过电厂三维数字化智能管控平台的搭建或升级势在必行。它能够在虚拟环境中基于实际物理电厂1:1 的构建一整套完整的数字化电厂，并通过物联、互联、网络等技术完全打通线上线下的所有管控业务。电力行业正处在“黑白电视”向“液晶电视”和“实体运营”向“数字管控”的全面过渡期，谁能顺利完成升级或改造，必将成为下一个时代的电力行业标杆。