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

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)字孿生場景。

綜合概覽

綜合概覽界面相當于水電站管理的“數(shù)據(jù)儀表盤”，提煉水電站日常運行所需的重要數(shù)據(jù)，展示于左右兩側看板中，如：電廠運維、流域信息、機組信息、作業(yè)信息、環(huán)境信息、人員信息、視頻監(jiān)控等，前端通過接口聯(lián)調(diào)，確保數(shù)據(jù)實時更新，為管理層提供了一個全面、即時的運營視角。

電廠運維

主要統(tǒng)計了電站當日累計發(fā)電、月累計發(fā)電、年累計發(fā)電的實時值。通過對比規(guī)劃發(fā)電量與實際發(fā)電量計算出月度計劃完成的百分比。此外，還呈現(xiàn)了全廠有功功率、全廠無功功率、機組頻率、電壓等關鍵性能指標，為運維決策提供了精確的數(shù)據(jù)支持。

流域信息

圖撲 HT 運用衛(wèi)星地圖作為底圖，疊加中心站、上下游水電站、水文站等關聯(lián)站點地理位置標識，以理解和掌握管理范圍內(nèi)的地理布局及各關鍵點的具體位置。

機組信息

選用“蜂巢”的設計樣式，精妙地展示了本站所有水力發(fā)電機組的概覽。每個蜂巢單元以不同顏色標識機組的運行狀態(tài)——包括運行中、停機、檢修和故障等狀態(tài)，為管理者提供了直觀的狀態(tài)識別。點選任一機組，即可訪問該機組的詳細單機信息，涵蓋實時有功功率、無功功率、機組轉速、導葉開度等關鍵性能參數(shù)。

本機組上導、下導、水導的 X、Y 向擺度，運用橫向棒圖的形式展示；上導瓦溫、下導瓦溫、推力瓦溫、水導瓦溫以曲線體積圖的形式展示。

作業(yè)/環(huán)境/人員信息

通過融合工作票和操作票的開票信息，系統(tǒng)內(nèi)接入兩票系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，全面統(tǒng)計出開票中、進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展概覽。同時，通過接入圖撲 HT 的豐富可視化圖表組件和儀表盤設計，能夠清楚地展示大壩周邊的氣壓、氣溫、水溫、風速、泄洪流速、落差水位等環(huán)境監(jiān)測相關數(shù)據(jù)。此外，還接入了人員定位系統(tǒng)或門禁系統(tǒng)，將主廠房、GIS 室、副廠房、主變洞、中控室等關鍵地點的室內(nèi)人員數(shù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)直觀地展示在面板中。

視頻監(jiān)控

將轉碼后的視頻流如 MP4、FlV 等格式嵌入到頁面上進行實時展示，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、水車室、上游、下游、配電間、發(fā)電機層等重點監(jiān)控位置。

圖撲軟件 HT 提供視頻融合解決方案，可以將 2D 圖像融合到場景的 3D 模型中，為操作員提供直觀的視頻圖像和簡單的視圖控制。HT 視頻融合技術采用 WebGL 技術，利用 GPU 高性能計算能力對視頻圖像進行實時處理，圖像處理不占用 CPU 資源，整個方案畫面流暢。

電子巡檢

點擊可視化界面底部模塊切換按鈕，進入電子巡檢，首先展示出預設好的多條可選電子巡檢路線。路線根據(jù)實際場地和設備的位置精準復現(xiàn)，旨在為巡檢人員提供清晰、高效的巡檢指引。

巡檢路線經(jīng)過大壩周邊的環(huán)境監(jiān)測點位，可展示出環(huán)境數(shù)據(jù)是否有異常；在穿過大壩本體時，利用透視線框圖效果模型，可以直觀地監(jiān)測內(nèi)部設施的運行狀況及是否有警報發(fā)出。電子巡檢系統(tǒng)主要應用于日常的站點例行檢查，通過遠程操作取代實地巡視，為用戶提供了一種高效便捷的管理工具。

主機監(jiān)測

切換至主機監(jiān)測功能模塊，單獨突出展示了主廠房中的水輪發(fā)電機組。圖撲 HT 針對用戶對于模型精度的不同需求，選擇性建模展示出水輪機組結構。本案例主要展示出機組頂蓋、發(fā)電機定子與轉子、水輪機與蝸殼、排水結構等核心部件。

圖撲也曾應用 HT 強大的渲染引擎技術三維仿真水輪機仿真拆解動畫，機組仿真場景模型精度高。數(shù)字孿生水輪機拆解過程實現(xiàn)了在數(shù)字世界對物理實體狀態(tài)和運行的全面精準呈現(xiàn)。場景中設備零件，浮現(xiàn)相應的屬性信息，準確掌握設備內(nèi)部業(yè)務流程、行為邏輯、狀態(tài)變化等。

告警系統(tǒng)

平臺內(nèi)接入機組內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)，能實時監(jiān)測到任何機組的異常停機情況。一旦監(jiān)測到異常，水輪機的運行動畫將會停止，并立即彈出異常提示，以及精準顯示故障所在位置，確保用戶能夠及時獲知，協(xié)助維修團隊進行初步的故障診斷。

配電方案

結合水電站圖紙，圖撲 HT 對傳統(tǒng)二維工藝系統(tǒng)圖重構設計，形成較為寫實的電站剖面發(fā)電工藝、配電規(guī)劃組態(tài)圖，以形象的動畫展示出上游引水、水輪機組運行、發(fā)電機發(fā)電、升壓站變電、電網(wǎng)配電等全過程。搭配對相關建設成就和未來發(fā)展規(guī)劃的文字闡述，為參觀者和內(nèi)部會議提供一個富有視覺沖擊力的介紹平臺，有效增強了信息的傳達效率和觀賞體驗。

圖撲軟件利用編輯器搭建的 Low-Code 大屏組態(tài)能提高產(chǎn)線設備、人員、現(xiàn)場的管控效率。相較于 InTouch/IFix/WinCC 這些傳統(tǒng)組態(tài)軟件，圖撲基于 Web 的平臺更適合 C/S 向 B/S 轉型的大趨勢，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。通過物聯(lián)組態(tài)直觀查看廠房內(nèi)每一條產(chǎn)線和對應設備，接入數(shù)據(jù)后可查看設備的運行狀態(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，在全球能源結構中占有重要地位。面臨全球氣候變遷和越發(fā)嚴峻的減排要求，水電行業(yè)在未來不僅迎來眾多機遇，也將面對一系列挑戰(zhàn)。技術革新、環(huán)境保護、政策引導以及市場需求等方面的變化，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)境保護之間的關系，成為了一項關鍵的未來任務。

圖撲軟件為智慧水壩領域提供了 B/S 架構的基于 WebGL 的圖形引擎，與 GIS、粒子仿真、虛擬現(xiàn)實、邊緣計算等技術相結合，融合多元業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成數(shù)字孿生界面，助力水利水電工程進一步提升數(shù)字化水平，乃至為整個工業(yè)領域添磚加瓦。

審核編輯 黃宇