數字孿生仿真場景實現

數字孿生系統的接入支撐企業生產管控、業務運營的安全、高效、集約、規范和智能運作，提升企業的科學分析、決策和預判能力，提高設備可靠性，促進機組安全、經濟運行。

1、系統數據架構

整個系統架構從邏輯上分為數據采集處理層、數據層、平臺支撐層、服務層和應用層來組織。系統軟件設計采用分層架構技術，以通用性、穩定性定層次，同一層次以功能劃分包，以上層服務為導向，逐級設計，逐步細化平臺組件的顆粒度。

數據獲取處理包括新建及對接兩類，其中影像數據、地形數據、點云模型、人工模型、業務標繪為新建數據，工業電視畫面點位、門禁點位屬性、人員定位信息、設備實時測點數據、檢修等業務專題數據、物聯網數據為對接數據。

通過上述數據搭建三維可視化數據層，對系統模塊提供遙感影像GIS數據支撐，三維地形場景支撐，三維模型數據支撐，設備數據空間展示支撐，運行數據空間可視化。

三維可視化應用系統，主要通過搭建三維基礎應用平臺，通過對接人員定位系統，實現工作現場作業人員監督管理的應用場景。同時對接重點設備測點數據、視頻、門禁系統，面向安生業務系統提供部分支撐。

2、系統特點

數字化：借助覆蓋全廠的網路平臺實現生產數據的實時采集，快速掌握生產運行情況，實現生產環境與信息系統的無縫對接，提升了管理人員對生產現場的感知和監控能力。

模型化：基于工廠模型構建各類工藝、業務模型與規則，并與各種生產管理活動相匹配。

可視化：根據提供的設計圖紙搭建了三維可視化工廠，并與生產工藝、設備信息、作業票、應急演練等功能進行集成，為生產操作和管理人員提供直接的業務場景展示。

自動化：建設了覆蓋全廠的DCS、SIS 等系統，實現對整個工藝過程的監測與控制。

決策科學化：利用大數據技術，對各應用系統的數據進行集中存儲和分析，協助公司領導層及時發現問題、分析問題原因、進行風險預警，實現決策的科學化。

集成化：建設了企業信息集成平臺，以MES 為核心，向上支撐企業經營管理，向下與生產過程的實時數據高度集成，將各自獨立的信息系統連接成為一個完整可靠和有效的整體。

3、實施步驟

（1）數據采集和數字孿生體建設：建設的數字孿生體將完整還原各職能區域，直觀、如實的反映各專業設備設施空間分布關系及必要狀態，滿足人員定位管理、視頻監控等安全生產應用需求，涵蓋建筑結構、地形場景、交通模型、植被要素模型、其他要素模型和專業設施模型等。

（2）物聯感知能力建設：通過與物聯網數據庫連接，實現人員定位信息、部門信息等在三維場景中的可視化展示和定位查詢。實現在三維場景中對攝像頭的位置、監控范圍進行可視化直觀展示分析，同時調取視頻內容，加強與安全業務關聯性，通過視頻獲取監控信息，加強對重點監控區域的監察管理。實現智能化、一體化門禁監控管理。

（3）設施設備全生命周期管理能力建設：構建設施設備全生命周期數據庫，接入設施設備基礎屬性信息、生產參數監控實時數據、維修維護歷史數據等數據信息。當主要設備生產參數監控數據發生異常時，系統在模型中定位到異常設備位置，同時發出報警。當環境參數超過設定的安全值范圍，系統在模型中定位到報警位置。留有相關視頻接口，可在報警時調出相應視頻。

4、涉及的關鍵技術

（1）多層級融合建模技術，構建高精度數字工廠

三維建模是描繪和理解物理世界的一種手段，是數字孿生的前提。它能夠利用大量數據，檢查資料的連續性，辨認資料真偽，發現和提出有用異常，為分析、理解及重復數據提供了有用工具，對多學科的交流協作起到橋梁作用。三維可視化既是一種解釋工具，也是一種成果表達工具。項目根據熱現場和現有數據情況，采用多種建模手段，融合多種數據成果，構建與現實物理世界等比例、且具有高精度的數字孿生工廠。

（2）基于數字孿生熱工廠實現設備全生命周期管理

針對傳統工廠運營管理和設備資產管理相對獨立、跨部門數據集成度和利用度低等問題，研究基于數字孿生熱工廠的智慧工廠設備全生命周期管理技術，利用三維模型語義化、屬性語義擴展，完成設備幾何信息、業務信息的信息融合，實現設備安裝、運行巡檢過程中的三維仿真和實時互動功能。在智能工廠的各個層級實現針對全廠設備的全生命周期管理，

實現全程可視化和全生命周期管理透明化。運行管理人員可以在三維虛擬平臺中用直觀高效的一體化方式綜合瀏覽工廠各類信息，包括熱工廠本體、接線邏輯以及運行、檢修狀態等，同時可利用這些信息對工廠設備的實時狀態和歷史狀態進行對比分析，預測設備運行趨勢。

（3）基于數字孿生編碼技術，構建現實工廠搜索引擎

以數字孿生熱工廠為基礎，索引并歸檔物理工廠中的對象，并以知識圖譜為基礎構建對象之間的邏輯關系，從而提供便捷完善的搜索方式，包括關鍵字搜索、編碼搜索、空間關系搜索、時序關系搜索和邏輯關系搜索等，實現快速定位和精準獲取所需內容。

（3）實現高精度人員定位，滿足安全管控要求

結合對人員管理的實際工作要求，在高精度數字孿生工廠基礎上，實現全廠工作人員的精準定位，采用UWB 精準定位技術、圖像識別、人臉識別、大數據分析等新技術，打造工業復雜環境下分米級定位的三維安全管控系統。高精度人員定位模塊通過PC 端和移動端APP 相結合方式，實現對整個廠區人員活動軌跡的監控，并以此功能深入拓展，實現智能點巡檢、智能兩票管理系統等，一方面能降低由人為原因造成的安全事故，另一方面也可大大提高生產管理安全，實現有效管控，實現智慧工廠全方位安全生產管理。

（4）實時視頻監控，加強廠內安全監管

在數字孿生熱工廠環境下，接入并融合監控視頻，可實時調用并查看視頻。同時，可針對攝像頭位置進行分析，保障重點區域實現監控全覆蓋，從而加強對重點監控區域的監察管理。

5、成效和意義

工廠通過將數字孿生和新一代信息技術融入工廠全過程管理，構建數字化、信息化、智能化的管理平臺，全面提升了發電生產、管理、運營的信息化、數字化、智能化水平。通過全面的信息感知、互聯，以及智能分析模型，智能判斷工廠設備運行工況，實現一、二類故障全覆蓋，早期預警預判達到85% 以上，提高了設備的可靠性，實現了促進機組經濟運行，促進安全生產，減員增效，為管理提升、高品質綠色工業、高效清潔近零排放廠房建設提供技術支撐。