仲昭華 王琳琳

中核遼寧核電有限公司 遼寧葫蘆島 125100

核電工程項目具有投資大、技術(shù)難、周期長、接口多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理復(fù)雜等特點。三維虛擬模型是指利用計算機技術(shù)，通過大量數(shù)據(jù)采集、匯集和集成，生成一個逼真的，具有視、聽、觸、味等多種感知的虛擬環(huán)境，用戶可使用各種傳感設(shè)備同虛擬環(huán)境中的實體相互作用的技術(shù)。三維虛擬模型的建立，是充分利用三維虛擬模型技術(shù)，讓管理人員以互動式的方式，瀏覽、體驗逼真的三維可視化工廠模型，更準確理解現(xiàn)場環(huán)境、系統(tǒng)組成和設(shè)備安裝部署情況，及時了解電廠建設(shè)、運行狀態(tài)，提高巡檢、維修培訓(xùn)、施工、運行的模擬與仿真、應(yīng)急預(yù)案推演等能力，從而提高核電站工程項目管理水平，提高工作質(zhì)量、工作效率，有效控制工程進度、降低造價，保證核電站運行安全和高效運轉(zhuǎn)[1]。

1 三維模型核電廠應(yīng)用藍圖

三維虛擬模型建設(shè)，充分利用當(dāng)前云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新型成熟技術(shù)，基于地基及空基感知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對核電站生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、輻射、溫度等環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)實時監(jiān)測采集，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)诫姀S的信息中心，通過工程數(shù)據(jù)管理、視圖控制、空間數(shù)據(jù)管理、三維可視化、用戶交互控制等智慧化的處理技術(shù)，為智慧應(yīng)用層的三維虛擬模型提供數(shù)據(jù)級的支撐。

在感知層和網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用傳感設(shè)備對核電站內(nèi)各種信息進行監(jiān)測，并將采集到的信息反饋控制中心，或者由物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備按照設(shè)定好的程序進行自動處理。同時，利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、及其人員、物資等聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相連，實現(xiàn)信息化、遠程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)。

在數(shù)據(jù)處理層，通過數(shù)據(jù)采集工具實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)獲取，建立三維虛擬模型，真實展示廠區(qū)、道路、交通、建筑、設(shè)備等情況，實現(xiàn)三維立體展示。搭建三維管理平臺，為后續(xù)上層應(yīng)用建設(shè)提供統(tǒng)一的平臺環(huán)境。建立統(tǒng)一的視圖，包括三維模型數(shù)據(jù)、運行監(jiān)控數(shù)據(jù)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、管線數(shù)據(jù)等。

在應(yīng)用層，基于三維地理信息及數(shù)據(jù)平臺，通過實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控關(guān)鍵位置狀況，及時反饋圖像監(jiān)測信息。建立運行監(jiān)控管理，技術(shù)采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行日常的巡查養(yǎng)護、分析預(yù)警，對預(yù)警事件進行日常處理和應(yīng)急處置。通過集成環(huán)境空間數(shù)據(jù)、危險源數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、實時影像數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)分析挖掘，啟動應(yīng)急預(yù)案進行綜合處置，實現(xiàn)人員、設(shè)備、資源以及現(xiàn)場綜合控制管理，輔助分析決策、指揮調(diào)度。開展維修仿真、檢修仿真以及技改仿真等工作，實現(xiàn)人員快速實時定位。

2 三維模型核電廠應(yīng)用場景研究

三維虛擬模型的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在三個層面：

（1）對零件級的三維模型建立，實現(xiàn)檢修、維修及技改的仿真及方案的制定。本層面需要模擬核電站的內(nèi)部構(gòu)造到零器件級別，同時結(jié)合增強現(xiàn)實技術(shù)（AugmentedReality，簡稱AR）及虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VirtualReality，簡稱VR）實現(xiàn)對核電站內(nèi)部零部件細節(jié)的模擬仿真，模擬設(shè)備檢修工藝，進行過程推演，對檢修方案進行可視化的制定、演練和人員培訓(xùn)，模擬設(shè)備的拆分、安裝，采用人機工程分析人員現(xiàn)場操作的可達性和舒適性，并具備實時的碰撞檢測能力[2]。

（2）設(shè)備級的三維虛擬模型，實現(xiàn)對核電站虛擬化建造，核應(yīng)急及應(yīng)急預(yù)案的制定。本層面需要模擬核電站廠房建造、建筑物、設(shè)備等以輪廓為核心的物體。虛擬建造是在三維設(shè)計的基礎(chǔ)上，以軟件技術(shù)為支撐，借助于高性能硬件，在計算機上實現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計、性能分析、施工方案決策和質(zhì)量檢驗、形成可運行的虛擬化建造環(huán)境。核應(yīng)急預(yù)案是基于核電站的建造環(huán)境提供一個可視化的應(yīng)急模擬環(huán)境，在應(yīng)急模擬過程中，受培訓(xùn)人員能夠在核電站虛擬場景中直觀了解核電站的構(gòu)造和工作原理，從而增強了應(yīng)急培訓(xùn)的效果。

（3）電廠廠級的三維虛擬模型，實現(xiàn)核電站人員的定位及攝像頭的定位。本層面需要模擬建筑、街道等大致位置為核心的廠級設(shè)備。為核電站內(nèi)人員定位、快速啟動某一位置的攝像頭提供虛擬環(huán)境。

3 實施路線規(guī)劃

基于上述零件級、設(shè)備級及廠房級三維虛擬模型的研究，隨著模型精度的增加，建模難度及費用也會大幅度的提升，三維虛擬模型建設(shè)大體可分為三個階段。

首先，近期建立集成電廠廠房、建筑物及街道等核電站建造物的廠房級三維虛擬模型，通過手機等智能終端的定位功能實現(xiàn)核電站的人員定位；通過與視頻監(jiān)控攝像頭信息的接入，實現(xiàn)人員定位等基本功能。本層建造僅將核電站的廠區(qū)、建造物等一級物體數(shù)據(jù)進行模擬建造，不對建造過程中的每一個模塊、過程進行模擬。

其次，中期建立集成核電站建筑物、設(shè)備、道路、車輛、設(shè)備信息，滿足對核電站的虛擬化建造、核應(yīng)急演練的需求。本層建造對核電站的廠區(qū)道路、通道、建造物、設(shè)備物體數(shù)據(jù)進行模擬建造，動態(tài)采集車輛位置信息。將廠區(qū)建筑模型及應(yīng)急事故人物動作模型在虛擬場景中展示出來，提高虛擬建造及應(yīng)急培訓(xùn)界面的真實性，提高應(yīng)急管控能力。

第三，長期規(guī)劃，建立集成核電站運行數(shù)據(jù)、輻射、溫度等環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的三維仿真巡檢、維修模擬平臺?？梢阅M設(shè)備故障、人員維修檢修等動作，大大提高維修的精度，提送核電站的工作效率。需投入巨大成本聘請專業(yè)人員進行設(shè)計。

4 結(jié)語

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，三維虛擬模型平臺也將越來越成熟，將三維虛擬模型和物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于核電廠的建造和運行，打造智慧核電，將成為必然趨勢，也將極大的提升核電廠的管理水平，為工程建設(shè)和運行維護提供極大的便利，加速施工速度、提升施工質(zhì)量，保障核電廠運行的安全和穩(wěn)定[3]。