自水輪機(jī)的早期發(fā)明被用于農(nóng)業(yè)灌溉，到 18 世紀(jì)末期的工業(yè)革命促使水輪機(jī)技術(shù)的改良，再到 19 世紀(jì)末水利發(fā)電的崛起，直至今日，智慧水電站數(shù)字孿生技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展之中。通過(guò)整合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，水電站數(shù)字孿生可用于設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行和維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。能實(shí)時(shí)直觀地反映實(shí)際水電站的物理狀態(tài)和運(yùn)行狀況等信息，為數(shù)字電廠平臺(tái)提供數(shù)字化信息技術(shù)支持。

圖撲軟件基于自研 HT for Web 產(chǎn)品，融合 GIS（Geographic Information System,地理信息系統(tǒng)），搭建出輕量化智慧水電站 Web 可視化界面，3D 圖層展示出大壩主體、內(nèi)部設(shè)備以及周邊地理環(huán)境全貌，2D 圖層則展示多樣化的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)看板，二三維完美融合形成高度完整的水電站數(shù)字孿生場(chǎng)景。

綜合概覽

綜合概覽界面相當(dāng)于水電站管理的“數(shù)據(jù)儀表盤(pán)”，提煉水電站日常運(yùn)行所需的重要數(shù)據(jù)，展示于左右兩側(cè)看板中，如：電廠運(yùn)維、流域信息、機(jī)組信息、作業(yè)信息、環(huán)境信息、人員信息、視頻監(jiān)控等，前端通過(guò)接口聯(lián)調(diào)，確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，為管理層提供了一個(gè)全面、即時(shí)的運(yùn)營(yíng)視角。

電廠運(yùn)維

主要統(tǒng)計(jì)了電站當(dāng)日累計(jì)發(fā)電、月累計(jì)發(fā)電、年累計(jì)發(fā)電的實(shí)時(shí)值。通過(guò)對(duì)比規(guī)劃發(fā)電量與實(shí)際發(fā)電量計(jì)算出月度計(jì)劃完成的百分比。此外，還呈現(xiàn)了全廠有功功率、全廠無(wú)功功率、機(jī)組頻率、電壓等關(guān)鍵性能指標(biāo)，為運(yùn)維決策提供了精確的數(shù)據(jù)支持。

流域信息

圖撲 HT 運(yùn)用衛(wèi)星地圖作為底圖，疊加中心站、上下游水電站、水文站等關(guān)聯(lián)站點(diǎn)地理位置標(biāo)識(shí)，以理解和掌握管理范圍內(nèi)的地理布局及各關(guān)鍵點(diǎn)的具體位置。

機(jī)組信息

選用“蜂巢”的設(shè)計(jì)樣式，精妙地展示了本站所有水力發(fā)電機(jī)組的概覽。每個(gè)蜂巢單元以不同顏色標(biāo)識(shí)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)——包括運(yùn)行中、停機(jī)、檢修和故障等狀態(tài)，為管理者提供了直觀的狀態(tài)識(shí)別。點(diǎn)選任一機(jī)組，即可訪問(wèn)該機(jī)組的詳細(xì)單機(jī)信息，涵蓋實(shí)時(shí)有功功率、無(wú)功功率、機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開(kāi)度等關(guān)鍵性能參數(shù)。

本機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)的 X、Y 向擺度，運(yùn)用橫向棒圖的形式展示；上導(dǎo)瓦溫、下導(dǎo)瓦溫、推力瓦溫、水導(dǎo)瓦溫以曲線(xiàn)體積圖的形式展示。

作業(yè)/環(huán)境/人員信息

通過(guò)融合工作票和操作票的開(kāi)票信息，系統(tǒng)內(nèi)接入兩票系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，全面統(tǒng)計(jì)出開(kāi)票中、進(jìn)行中以及已完成的票據(jù)數(shù)量，為管理層提供清晰的工作進(jìn)展概覽。同時(shí)，通過(guò)接入圖撲 HT 的豐富可視化圖表組件和儀表盤(pán)設(shè)計(jì)，能夠清楚地展示大壩周邊的氣壓、氣溫、水溫、風(fēng)速、泄洪流速、落差水位等環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)。此外，還接入了人員定位系統(tǒng)或門(mén)禁系統(tǒng)，將主廠房、GIS 室、副廠房、主變洞、中控室等關(guān)鍵地點(diǎn)的室內(nèi)人員數(shù)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)直觀地展示在面板中。

視頻監(jiān)控

將轉(zhuǎn)碼后的視頻流如 MP4、FlV 等格式嵌入到頁(yè)面上進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，自帶的視頻插件支持全屏窗口查看，本站主要展示了中控室、水車(chē)室、上游、下游、配電間、發(fā)電機(jī)層等重點(diǎn)監(jiān)控位置。

圖撲軟件 HT 提供視頻融合解決方案，可以將 2D 圖像融合到場(chǎng)景的 3D 模型中，為操作員提供直觀的視頻圖像和簡(jiǎn)單的視圖控制。HT 視頻融合技術(shù)采用 WebGL 技術(shù)，利用 GPU 高性能計(jì)算能力對(duì)視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，圖像處理不占用 CPU 資源，整個(gè)方案畫(huà)面流暢。

電子巡檢

點(diǎn)擊可視化界面底部模塊切換按鈕，進(jìn)入電子巡檢，首先展示出預(yù)設(shè)好的多條可選電子巡檢路線(xiàn)。路線(xiàn)根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地和設(shè)備的位置精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)，旨在為巡檢人員提供清晰、高效的巡檢指引。

巡檢路線(xiàn)經(jīng)過(guò)大壩周邊的環(huán)境監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，可展示出環(huán)境數(shù)據(jù)是否有異常；在穿過(guò)大壩本體時(shí)，利用透視線(xiàn)框圖效果模型，可以直觀地監(jiān)測(cè)內(nèi)部設(shè)施的運(yùn)行狀況及是否有警報(bào)發(fā)出。電子巡檢系統(tǒng)主要應(yīng)用于日常的站點(diǎn)例行檢查，通過(guò)遠(yuǎn)程操作取代實(shí)地巡視，為用戶(hù)提供了一種高效便捷的管理工具。

主機(jī)監(jiān)測(cè)

切換至主機(jī)監(jiān)測(cè)功能模塊，單獨(dú)突出展示了主廠房中的水輪發(fā)電機(jī)組。圖撲 HT 針對(duì)用戶(hù)對(duì)于模型精度的不同需求，選擇性建模展示出水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)。本案例主要展示出機(jī)組頂蓋、發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)與蝸殼、排水結(jié)構(gòu)等核心部件。

圖撲也曾應(yīng)用 HT 強(qiáng)大的渲染引擎技術(shù)三維仿真水輪機(jī)仿真拆解動(dòng)畫(huà)，機(jī)組仿真場(chǎng)景模型精度高。數(shù)字孿生水輪機(jī)拆解過(guò)程實(shí)現(xiàn)了在數(shù)字世界對(duì)物理實(shí)體狀態(tài)和運(yùn)行的全面精準(zhǔn)呈現(xiàn)。場(chǎng)景中設(shè)備零件，浮現(xiàn)相應(yīng)的屬性信息，準(zhǔn)確掌握設(shè)備內(nèi)部業(yè)務(wù)流程、行為邏輯、狀態(tài)變化等。

告警系統(tǒng)

平臺(tái)內(nèi)接入機(jī)組內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到任何機(jī)組的異常停機(jī)情況。一旦監(jiān)測(cè)到異常，水輪機(jī)的運(yùn)行動(dòng)畫(huà)將會(huì)停止，并立即彈出異常提示，以及精準(zhǔn)顯示故障所在位置，確保用戶(hù)能夠及時(shí)獲知，協(xié)助維修團(tuán)隊(duì)進(jìn)行初步的故障診斷。

配電方案

結(jié)合水電站圖紙，圖撲 HT 對(duì)傳統(tǒng)二維工藝系統(tǒng)圖重構(gòu)設(shè)計(jì)，形成較為寫(xiě)實(shí)的電站剖面發(fā)電工藝、配電規(guī)劃組態(tài)圖，以形象的動(dòng)畫(huà)展示出上游引水、水輪機(jī)組運(yùn)行、發(fā)電機(jī)發(fā)電、升壓站變電、電網(wǎng)配電等全過(guò)程。搭配對(duì)相關(guān)建設(shè)成就和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃的文字闡述，為參觀者和內(nèi)部會(huì)議提供一個(gè)富有視覺(jué)沖擊力的介紹平臺(tái)，有效增強(qiáng)了信息的傳達(dá)效率和觀賞體驗(yàn)。

圖撲軟件利用編輯器搭建的 Low-Code 大屏組態(tài)能提高產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備、人員、現(xiàn)場(chǎng)的管控效率。相較于 InTouch/IFix/WinCC 這些傳統(tǒng)組態(tài)軟件，圖撲基于 Web 的平臺(tái)更適合 C/S 向 B/S 轉(zhuǎn)型的大趨勢(shì)，多元素的可視化組件和支持快捷的數(shù)據(jù)綁定方式，可用于快速創(chuàng)建和部署。通過(guò)物聯(lián)組態(tài)直觀查看廠房?jī)?nèi)每一條產(chǎn)線(xiàn)和對(duì)應(yīng)設(shè)備，接入數(shù)據(jù)后可查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

水電站作為一種成熟、可靠且清潔的可再生能源發(fā)電方式，在全球能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位。面臨全球氣候變遷和越發(fā)嚴(yán)峻的減排要求，水電行業(yè)在未來(lái)不僅迎來(lái)眾多機(jī)遇，也將面對(duì)一系列挑戰(zhàn)。技術(shù)革新、環(huán)境保護(hù)、政策引導(dǎo)以及市場(chǎng)需求等方面的變化，都將深刻影響著水電行業(yè)的發(fā)展走向。在全球能源體系中促進(jìn)水電的可持續(xù)發(fā)展，并妥善平衡水電發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，成為了一項(xiàng)關(guān)鍵的未來(lái)任務(wù)。

圖撲軟件為智慧水壩領(lǐng)域提供了 B/S 架構(gòu)的基于 WebGL 的圖形引擎，與 GIS、粒子仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算等技術(shù)相結(jié)合，融合多元業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成數(shù)字孿生界面，助力水利水電工程進(jìn)一步提升數(shù)字化水平，乃至為整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域添磚加瓦。

審核編輯 黃宇