國家能源集團(tuán)內(nèi)蒙古上海廟發(fā)電有限公司 魏銘毅

現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展使得智慧型內(nèi)燃機(jī)火力發(fā)電廠的建設(shè)腳步不斷加快，在先進(jìn)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)平臺以及數(shù)據(jù)庫共享平臺和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，促使發(fā)電廠的建設(shè)管理水平不斷提高。此次研究主要是針對大型燃機(jī)智慧電廠三維展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，簡要介紹了三維展示系統(tǒng)的情況和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工作需求，對三維展示系統(tǒng)功能以及架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，全面探討了三維展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對于加強(qiáng)智慧電廠建設(shè)有著積極作用。

大型燃機(jī)智慧電廠的建設(shè)是推動火力發(fā)電企業(yè)數(shù)字化、信息化、自動化以及標(biāo)準(zhǔn)化的主要措施，能夠?qū)崿F(xiàn)各項(xiàng)工作內(nèi)容的有機(jī)集成和一體化管理，促使火力發(fā)電廠在更加安全、高效、低碳、靈活的環(huán)境下展開運(yùn)行管理。三維展示技術(shù)作為智慧電廠建設(shè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，也得到了業(yè)內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注，但當(dāng)前針對三維展示在火電廠中的研究多體現(xiàn)在項(xiàng)目基建期間，對于設(shè)計(jì)圖紙的檢驗(yàn)以及模擬碰撞。文章則另辟蹊徑，著重探討大型燃機(jī)智慧電廠中，三維展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

1 三維展示系統(tǒng)概述

三維展示系統(tǒng)的主要構(gòu)建目標(biāo)在于強(qiáng)化電廠管理能力和水平，深挖機(jī)組節(jié)能減排潛力，強(qiáng)化對于電廠設(shè)備的管控，提升設(shè)備運(yùn)行的靈活性、自動化以及智能化，在保障電廠安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的前提下，強(qiáng)化電廠管理，控制電廠運(yùn)行成本?；诖?，在實(shí)際進(jìn)行三維展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)著重從以下三個(gè)方面入手，實(shí)現(xiàn)智慧電廠一體化管理。

（1）強(qiáng)化編碼關(guān)聯(lián)。智慧電廠建設(shè)過程中，信息資源利用方面存在較大問題，造成數(shù)據(jù)截留、冗余以及利用率較低的情況，嚴(yán)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(tǒng)一信息編碼，導(dǎo)致系統(tǒng)間信息使用存在一定困難，因此，應(yīng)加強(qiáng)對于系統(tǒng)編碼關(guān)聯(lián)方面的設(shè)計(jì)。

（2）解決信息孤島。智慧電廠建設(shè)背景下的三維展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)首先解決的就是信息孤島問題，在數(shù)據(jù)共享的前提下，充分發(fā)揮三維展示系統(tǒng)的優(yōu)勢和作用。對此，需加強(qiáng)數(shù)據(jù)集成方面的優(yōu)化，明確不同系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互作用，并建立數(shù)據(jù)接口，切實(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，解決孤島問題。

（3）三維模型展示。三維展示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)是以相應(yīng)三維模型為基礎(chǔ)的，需要通過構(gòu)建三維模型，給系統(tǒng)的使用者提供直觀、逼真的三維場景，明確實(shí)際電廠運(yùn)行過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，以及場景情況，以此達(dá)到提高電廠運(yùn)行管理效率和質(zhì)量的目的[1]。

2 大型燃機(jī)智慧電廠三維展示系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.1 電廠漫游寫真

通過建立電廠1:1三維模型場景，實(shí)現(xiàn)對于電廠生產(chǎn)廠區(qū)、運(yùn)行情況以及安全設(shè)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(tài)的模擬，展示電廠運(yùn)行生產(chǎn)場景。電廠漫游寫真三維場景的模擬和構(gòu)建，能夠幫助外來參觀人員規(guī)劃參觀學(xué)習(xí)路線以及相關(guān)內(nèi)容，并實(shí)現(xiàn)對于電廠運(yùn)行情況的三維動態(tài)展示，更好地了解電廠的整體情況以及運(yùn)行特點(diǎn)。在模型構(gòu)建時(shí)，相應(yīng)射線軌跡計(jì)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(zhì)當(dāng)中的傳播速度。

2.2 設(shè)備分層展示

設(shè)備管理是智慧電廠建設(shè)過程中的重要內(nèi)容，借助三維展示功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對于設(shè)備的全面管理和檢修維護(hù)。對此，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)以發(fā)電企業(yè)的設(shè)備系統(tǒng)為基礎(chǔ)，構(gòu)建電廠生產(chǎn)系統(tǒng)三維展示集合，并通過逐層顯示的方式，建立系統(tǒng)、設(shè)備、管道的立體化展示模型。在進(jìn)行三維展示模型構(gòu)建的過程中，應(yīng)結(jié)合不同設(shè)備、管道的實(shí)際情況，對其三維模型進(jìn)行顏色、位置以及走向的繪制。該模型的構(gòu)建不僅能夠?qū)φ麄€(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備情況進(jìn)行展示，還能夠提供相應(yīng)設(shè)備的詳細(xì)信息，包括設(shè)備的缺陷問題，操作過程中的注意事項(xiàng)，以及相應(yīng)檢修、維護(hù)、更換記錄等。此外，還能夠進(jìn)行視角的轉(zhuǎn)換和縮放，為電廠工作人員展開設(shè)備管理提供良好支持。

2.3 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測

三維展示系統(tǒng)還應(yīng)與巡點(diǎn)檢等相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對接，以此確保工作人員在應(yīng)用系統(tǒng)的過程中，能夠?qū)崟r(shí)獲得并更新設(shè)備管道生產(chǎn)、管理以及巡點(diǎn)檢數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對于設(shè)備管道信息以及運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和更新，并將其同步到設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及臺賬信息當(dāng)中，并能夠?qū)υO(shè)備狀態(tài)異常情況進(jìn)行自動預(yù)警，以此強(qiáng)化設(shè)備管理能力，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患問題，并及時(shí)采取有效處理措施，確保電廠生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性。

2.4 設(shè)備拆解模擬

三維展示系統(tǒng)還應(yīng)具備設(shè)備檢修維護(hù)模擬功能，并能夠?qū)υO(shè)備檢修狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。對此，要求三維數(shù)字電廠模擬嚴(yán)格按照設(shè)備設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)行1:1建模，保障模型的精細(xì)度以及準(zhǔn)確度，并能夠按照檢修流程對檢修過程進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對于設(shè)備拆解、檢修以及安裝等流程的全面展示。與此同時(shí)，系統(tǒng)還能夠自動將設(shè)備歷史檢修信息與三維模型進(jìn)行對接，保障相應(yīng)模型的真實(shí)度，確保其能夠與設(shè)備實(shí)際狀態(tài)保持一致，并能夠與檢修項(xiàng)目相關(guān)的工具、備件，以及設(shè)備拆解后的擺放等進(jìn)行關(guān)聯(lián)展示，促使用戶能夠通過三維展示系統(tǒng)，查看設(shè)備檢修技術(shù)、狀態(tài)以及記錄等相關(guān)信息，明確檢修工作要點(diǎn)以及技術(shù)操作要求等，為檢修工作人員提供可靠技術(shù)指導(dǎo)，提升設(shè)備檢修維護(hù)質(zhì)量和效率[2]。

2.5 地下管網(wǎng)

大型燃機(jī)電廠地下管網(wǎng)復(fù)雜性較高，管線數(shù)據(jù)信息較多，傳統(tǒng)二維管理模式已然無法滿足現(xiàn)代化管理需求。對此，應(yīng)借助三維技術(shù)，將地理信息、建筑規(guī)劃管理等有機(jī)融合，通過虛擬仿真，構(gòu)建地下管線模型，并進(jìn)行碰撞模擬等，對施工質(zhì)量效果進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，并以此優(yōu)化施工方案，達(dá)到降低施工矛盾，強(qiáng)化施工組織管控的目的，提升地下管網(wǎng)的施工質(zhì)量和效率。同時(shí)，三維展示系統(tǒng)與相應(yīng)傳感器設(shè)備的融合應(yīng)用以及數(shù)據(jù)互聯(lián)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對于地下管線實(shí)際情況的監(jiān)控和管理，提升管網(wǎng)管理水平。

2.6 巡點(diǎn)檢模擬

三維展示系統(tǒng)還需要具備巡點(diǎn)檢模擬功能，結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行情況以及巡點(diǎn)檢要點(diǎn)內(nèi)容，對巡檢、點(diǎn)檢路線、順序進(jìn)行模擬，并提供巡點(diǎn)檢工作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)提醒。相應(yīng)巡點(diǎn)檢模擬需要按照專業(yè)進(jìn)行劃分，如汽機(jī)、鍋爐、電氣以及熱工等，并進(jìn)行巡點(diǎn)檢工作演示，以此幫助員工明確巡點(diǎn)檢要點(diǎn)以及相應(yīng)工作流程，有助于提高工作質(zhì)量和效率，幫助工作人員及時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行情況等相關(guān)信息，對于生產(chǎn)決策的制定有著積極作用。

2.7 VR實(shí)景培訓(xùn)

VR實(shí)景培訓(xùn)是智慧電廠建設(shè)背景下的重要內(nèi)容，由于現(xiàn)場實(shí)操具備一定風(fēng)險(xiǎn)性，可能會影響設(shè)備的正常運(yùn)行以及系統(tǒng)的安全性，因此，實(shí)訓(xùn)操作往往不能夠在真實(shí)設(shè)備上展開，但是對于電廠運(yùn)行而言，工作人員的實(shí)操能力是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提基礎(chǔ)。對此，就需要借助三維展示系統(tǒng)，展開VR實(shí)景培訓(xùn)，不僅能夠使得工作人員產(chǎn)生身臨其境之感，強(qiáng)化操作技能水平，還能夠?qū)T工實(shí)際操作情況進(jìn)行記錄、打分，明確員工實(shí)操過程中存在的普遍性問題，并有針對性地展開指導(dǎo)，有助于提升培訓(xùn)效果。

2.8 現(xiàn)場狀況監(jiān)控

電廠生產(chǎn)現(xiàn)場情況監(jiān)控主要包括以下兩個(gè)方面：（1）為攝像頭監(jiān)控，主要是針對廠區(qū)內(nèi)實(shí)際運(yùn)行生產(chǎn)情況的視頻監(jiān)控，以及門禁視頻監(jiān)控，能夠幫助用戶及時(shí)了解現(xiàn)場實(shí)際情況，并能夠進(jìn)行多畫面切換、展示，即可進(jìn)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(xiàn)場實(shí)際情況；（2）為門禁權(quán)限監(jiān)控，需要結(jié)合人員崗位職級情況，對其進(jìn)行授權(quán)，以此強(qiáng)化對于生產(chǎn)區(qū)的安全管控，嚴(yán)禁非法闖入人員進(jìn)入到生產(chǎn)區(qū)域，并及時(shí)向監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對于違規(guī)人員、重要崗位人員的跟蹤定位，以此實(shí)現(xiàn)對于生產(chǎn)現(xiàn)場狀況的全面監(jiān)控管理[3]。

3 三維展示系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)與數(shù)據(jù)

基于上述系統(tǒng)功能分析，三維展示系統(tǒng)主要由以下4個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。

（1）電廠監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括設(shè)備、運(yùn)行情況等多個(gè)方面的監(jiān)控管理。通過收集工控系統(tǒng)相關(guān)的實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)信息，對相應(yīng)數(shù)據(jù)的分析，以此形成設(shè)備狀態(tài)信息，并在此基礎(chǔ)上發(fā)揮設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控管理，運(yùn)行警報(bào)等相應(yīng)功能，為設(shè)備狀態(tài)檢修和決策管理提供可靠支持。此外，還具有生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況以及運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控功能，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供現(xiàn)場運(yùn)行視頻。

（2）點(diǎn)巡檢系統(tǒng)。點(diǎn)巡檢系統(tǒng)主要是通過工作人員點(diǎn)檢、巡檢操作，實(shí)現(xiàn)對于電廠運(yùn)行過程中，無法進(jìn)行在線監(jiān)測相關(guān)工作內(nèi)容的管理以及數(shù)據(jù)收集，同時(shí)該系統(tǒng)還能夠根據(jù)點(diǎn)巡檢獲得的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以及異常數(shù)據(jù)的判斷和處理。

（3）ERP系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)提供生產(chǎn)管理相關(guān)數(shù)據(jù)，包括缺陷管理、工單管理、備件管理等多個(gè)方面，在數(shù)據(jù)接口的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)對于設(shè)備缺陷記錄、工單數(shù)據(jù)等的高效調(diào)取，為電廠的運(yùn)行管理提供良好支持。

（4）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)信息主要包括兩個(gè)方面，一方面為電廠基建過程中，形成的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；另一方面為電廠運(yùn)行過程中，相關(guān)維護(hù)、檢修以及實(shí)際成產(chǎn)過程中形成的數(shù)據(jù)信息。

3.2 編碼與關(guān)聯(lián)

為強(qiáng)化智慧電廠建設(shè)，提高電廠智能化水平，需要保障各系統(tǒng)之間信息的有效連接，解決信息孤島問題，對此，在進(jìn)行三維展示系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，應(yīng)加強(qiáng)對于以下幾個(gè)方面的重視。

（1）編碼關(guān)聯(lián)。三維展示系統(tǒng)要求各子系統(tǒng)遵循統(tǒng)一編碼規(guī)則，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備與編碼的有效關(guān)聯(lián)和對應(yīng)，并對編碼進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)，為數(shù)據(jù)信息的同步共享奠定良好基礎(chǔ)。

（2）系統(tǒng)接口。系統(tǒng)接口主要包括數(shù)據(jù)以及單點(diǎn)登錄接口，與相應(yīng)子系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)庫層面接口，并實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)登錄。在進(jìn)行系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)時(shí)，事先明確接口要求，以及系統(tǒng)與數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，并進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，避免后續(xù)出現(xiàn)系統(tǒng)不兼容情況。在孤島處理方面，應(yīng)遵循數(shù)據(jù)共享、單點(diǎn)登錄以及業(yè)務(wù)層面的順序，逐步消除信息以及業(yè)務(wù)孤島問題。

（3）三維模型。三維模型的構(gòu)建是可視化功能以及智慧電廠建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)，在實(shí)際進(jìn)行模型展示時(shí)，數(shù)據(jù)量大，因此加載較慢，為保障系統(tǒng)運(yùn)行的順暢性，可結(jié)合實(shí)際情況對其進(jìn)行簡化處理，對此，可通過刪除設(shè)備、建筑的不必要信息，或者對設(shè)備、建筑模型進(jìn)行減面處理。

3.3 應(yīng)用與展現(xiàn)

三維展示系統(tǒng)可通過B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，以Uinty3D為開發(fā)平臺，借助C#語言，進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對于三維模型的有效優(yōu)化。在初始頁面中，可借助標(biāo)簽實(shí)時(shí)展示相關(guān)運(yùn)行參數(shù)，并提供工作票、工單等的數(shù)據(jù)查看功能，還能夠借助編碼跳轉(zhuǎn)至匯總信息頁面，對設(shè)備等在系統(tǒng)當(dāng)中的信息進(jìn)行查看。

三維展示技術(shù)在大型燃機(jī)智慧電廠生產(chǎn)運(yùn)行過程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）鍋爐受熱面異常管理。通過展示技術(shù)，能夠?qū)﹀仩t受熱面情況進(jìn)行檢測，捕獲受熱面異常信息，并直接獲得相應(yīng)監(jiān)督、缺陷記錄，作為后續(xù)鍋爐受熱面的改造和檢修參考，為后續(xù)鍋爐的使用和管理提供可靠數(shù)據(jù)支持，以此達(dá)到減少鍋爐四管泄漏等不良問題的效果，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

（2）鍋爐管道焊口統(tǒng)計(jì)。鍋爐焊口數(shù)量巨大，傳統(tǒng)人工統(tǒng)計(jì)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(yīng)用三維展示系統(tǒng)，對鍋爐焊口進(jìn)行管理，明確不同材質(zhì)管道焊口差異主要表現(xiàn)在顏色方面，可通過顏色進(jìn)行材質(zhì)辨別，同時(shí)也可借助三維展示技術(shù)，進(jìn)行鍋爐防爆、防磨檢修管理，能夠及時(shí)明確焊口泄漏位置，并及時(shí)采取搶修泄漏措施，以此保障生產(chǎn)質(zhì)量效率。

（3）四管在線監(jiān)測。基于三維展示系統(tǒng)的四管在線監(jiān)測，能夠?qū)崿F(xiàn)對于鍋爐32點(diǎn)的有效標(biāo)記，有助于明確管道、焊口實(shí)際布局情況，并對存在問題的部位提前進(jìn)行警報(bào)，為搶修工作提供充足的時(shí)間[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，三維展示系統(tǒng)在構(gòu)建大型燃機(jī)智慧電廠當(dāng)中發(fā)揮著不可磨滅的重要作用，在實(shí)際進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)從系統(tǒng)特點(diǎn)以及功能需求入手確保系統(tǒng)具備電廠模型展示、設(shè)備分層展示、狀態(tài)監(jiān)測、拆解模擬、地下管網(wǎng)、巡點(diǎn)檢模擬、VR實(shí)景培訓(xùn)以及現(xiàn)場狀況監(jiān)控等功能，并在此基礎(chǔ)上，合理進(jìn)行子系統(tǒng)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)編碼關(guān)聯(lián)，充分發(fā)揮三維展示技術(shù)的優(yōu)勢，強(qiáng)化其在鍋爐受熱面管理、焊口統(tǒng)計(jì)分析以及四管在線監(jiān)測方面的作用，確保三維展示系統(tǒng)應(yīng)用效果。相信隨著對三維展示系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及應(yīng)用方面的研究和探討，大型燃機(jī)智慧電廠的建設(shè)和發(fā)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(jī)狀態(tài)監(jiān)測的智慧電廠數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)在新型百萬燃煤機(jī)組的應(yīng)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(shù)字技術(shù)在燃?xì)怆姀S數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].數(shù)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(shù)的火電廠設(shè)備數(shù)據(jù)管理應(yīng)用與研究[J].中國設(shè)備工程,2021(21):16-17.

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