智慧火电厂合集 | 图扑数字孪生助推能源革命

火电厂在发电领域中扮演着举足轻重的角色。主要通过燃烧如煤、石油或天然气等化石燃料来产生电力。尽管随着可再生能源技术的进步导致其比重有所减少，但直至 2023 年，火电依然是全球主要的电力来源之一。

效果展示

通过图扑软件自主研发 HT for Web 产品，采用可视化与数字孪生技术，打造多样化设计风格和业务视角下的火电厂数字孪生方案。为智慧电厂综合“一张图”管理提供了上层展示技术支撑，助力企业增强对火电厂的信息化和数字化管理水平。

系统分析

写实火电厂

图扑软件 HT 支持多种方式的模型渲染，采用轻量化三维建模技术，高度还原电厂全貌。以三维场景为基础，搭配 2D 数据面板展示，数字化展现火电厂的智慧生产、智慧安防、工艺流程等日常管理模块。

图扑软件 HT 引擎强大的渲染能力，打造出昼夜两种氛围，实现从白昼写实具象风格到黑夜宏观科幻炫酷风格的完美切换。通过对厂内设备运行情况、安全配备、周边动态环境等进行三维建模，360 度仿真还原火电厂全景空间。

智慧生产

触发智慧生产功能后，系统首先会引导用户进行全厂关键设施设备的轮巡。依据电厂的核心运作工艺顺序，以鸟瞰视角精确定位至关键节点，结合 3D 动画和 2D 实时数据面板进行全面展示。重点关注设备有：卸煤机、输煤皮带、煤场、斗轮机、碎煤机、给煤机、磨煤机、锅炉、汽轮机、发电机等，通过前端对接后端 Http、WebSocket 等协议接口，实现前端页面实时数据的渲染展示。

大屏左侧厂区信息面板展示了本项目主要信息，涵盖厂区信息和经营概况。其中经营概况提供查看实时的成本、收入、利润动态趋势图。右侧展现安全生产天数，记录了厂区安全投产累计时间。同时，设备运行效率和生产数据密切监控着锅炉及汽轮发电机组的实时效率和参数。

智慧安防

在构建智慧电厂的过程中，智慧安防可视化建设是不可或缺的核心环节，功能通常包括人员定位、电子围栏、智能视频。其目的在于提高安全水平、优化生产管理、节约运维成本。

人员定位：本案例基于 UWB 定位基站和定位卡片为硬件支撑，在三维场景中实现厂内员工实时定位可视化功能。用户通过场景交互可以直观查看或检索员工信息、联系方式、行动轨迹等数据。配备的定位卡还支持手动触发 SOS 报警信息。现场遇急情况时，报警信号将及时反馈在安防界面的报警记录中，并通知集控中心，以便快速响应。

电子围栏：是目前较为先进的周界防护报警系统，能通过人员定位联动，识别围栏区域入侵事件，同步呈现在三维场景中。围栏通常分为永久性围栏和临时性围栏，其中永久性围栏通常设于汽轮机、变压器、升压站等关键区域；而临时性围栏则用于标识厂区的临时施工或“两票”维修区。

智能监控：厂区三维场景中，室内外的视频监控点选以醒目图标标示。本案例使用的监控设备能识别人员行为，可对安全帽穿戴、工作服着装、接打电话等违规行为进行捕捉与告警，并记录在报警图表中。存在报警信息的监控点位会出现明显的告警效果，以便管理者及时点击查看实时监控影像和抓拍记录。

工艺流程

采用三维组态的简化方式实现电厂关键工艺流程上的设备连接。一方面可监控重要设备运行信息；另一方面，以清晰的直线流程图直观展现燃煤发电厂主要发电工艺，依次为：输煤皮带→碎煤机→给煤机→磨煤机→锅炉→汽轮机→发电机→主变→升压站→电网。

科幻火电厂

相较于写实建模风格，科幻风格火电厂场景渲染效果，更能凸显未来科技感。

图扑软件 HT 科幻风格以科技蓝为主色调，次要模型采用线框形式展现，方便透视查看内部要素。而内部重点设备则保留写实风格建模，使之在大场景中更加突出。

本案例实际适配了现场超长屏幕，整个界面分为左、中、右三大板块，中央展示火电厂全局三维场景，两侧呈现电厂日常运维信息，旨在通过“一张图”形式呈现关键数据，实现电厂管理的目标。

左侧看板集中展示了电厂概况、场区运行情况、生产效率趋势、实时告警信息列表等数据；右侧看板专注展示脱硫塔净烟气数据、锅炉机组煤耗预测数据、机组负荷对比曲线。

GIS 火电厂

HT 同样支持以 GIS 地图作为基础场景，叠加渲染 3D Tiles 格式的倾斜摄影模型文件以及 OBJ 格式的人工建模模型文件。通过 HT 实现可交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，场景内各种模型、标签可以响应交互事件。

倾斜摄影，即通过从一个垂直、四个倾斜、五个不同的视角同步采集影像，以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，获取到丰富的建筑物顶面及侧视的高分辨率纹理。不仅能真实反映地物信息，还能通过定位、融合、建模等技术，生成具有地理坐标系信息的三维厂区模型。

人工建模，即使用 3ds Max、Maya、C4D 等建模软件，基于影像数据、CAD 平面图或者拍摄图片估算建筑物轮廓与高度等信息进行人工建模。人工模型在倾斜影像中对比，材质纹理会有所差异。人工建模和 GIS 相匹配需要人工进行空间矫正配准。所以在 GIS 场景中，建议局部、必要的内容，采取人工建模处理，根据自身需求选择合适的方式。

火灾预演

通过动态箭头展示逃生路线，指向逃生出口方向，可直观地查看全厂视角，有助于电厂消防演练工作。

门禁管理

门禁管理能的实施能精准识别并记录进出人员与车辆的信息详情。通过对接门禁管理系统数据接口，在图扑可视化大屏中可实时查看门禁分布点位、当日通过门禁的人数、拦截人数及拦截原因等关键信息。如此构筑起的网格化安防体系，显著提升了用户对各种事故、案件及突发事件的预防能力和应急响应效率。

安全四色图

安全四色图作为一种创新的安全管理工具，旨在通过颜色的直观区分，帮助员工轻松识别电厂内各区域的安全等级及相关的注意事项，增强安全意识有效预防潜在事故的发生。通常将电厂区域分为四种颜色，每种颜色代表该区域的安全级别以及该区域所需遵循的特定安全指导原则。

红色区域（高危险区域）：代表电厂中最危险的部分，比如高压设备区、变电站等，需要特殊权限才能进入。红色警告意味着员工在进入这些区域前必须进行特殊的安全培训和保护措施。

黄色区域（警告区域）：代表具有一定风险但并非最高危险的区域，如工作台周围、维护区等。在这些区域内作业的员工需要按照安全规程操作，并佩戴适当的个人防护装备。

蓝色区域（注意区域）：这个区域需要员工留意安全，但相对于红色和黄色区域，风险较低。包括一些机械设备、轻微化学物质处理等区域。

绿色区域（安全区域）：代表最安全的区域，一般为生活区、休息区等，这些区域的安全风险非常低。

环保模块

火力发电厂火电厂对环境的污染主要涵盖空气污染、废水释放、工业固体废物排放、工业噪声污染、电磁污染等多个方面。特别是锅炉的烟气通过高烟囱排入大气，这些排放物对环境造成不小的压力。

为有效监管和管理这些环境负担，通过图扑可视化系统清晰展示统计监测点位的烟尘、NO₂、汞排放、PM10、PM2.5、SO₂ 等指标的实时数值，以区分正常与异常的数据。加强指标异常区域的环境管理，致力于构建一个更加绿色与环保的工厂环境。

用 AQI 云图表示空气污染的轻重程度，加强重污染区域的环境治理和人员准入。

HT 不仅支持全厂级的数字孪生展示，还支持局部机组、设备的运行可视化。

锅炉数字孪生

锅炉是火力发电厂中的关键设施，负责将燃烧燃料产生的热能转换为蒸汽或高温水。根据需要产生的蒸汽压力和温度，锅炉可以分为不同的类型，如亚临界锅炉、超临界锅炉等。使用的燃料包括煤、天然气和油等多种。

图扑软件构造轻量化的 3D 可视化智慧锅炉监控场景，数字孪生锅炉运作流程，帮助用户清晰直观呈现设备的部件组成及动态运作全流程。

依托物联网、大数据、云计算等技术，采集锅炉机组主要运行数据，如：锅炉温度、气压、脱销、预警事件等。通过搭载设备感知元件，对接设备管理系统数据接口，将锅炉重点观测数据展示在前端页面，辅助用户进行日常的生产和安全管理，提高电厂的数字化管理效率。

空冷岛

空冷岛主要是火力发电厂中重要一环，用于通过空气冷却的方式来降低循环冷却水温度，代替或部分代替传统的水冷系统。在环境干燥、缺水的地区，或者为了环保节水的考虑，空冷技术逐渐获得广泛应用。

利用图扑软件自主研发的 HT for Web 强大的渲染引擎，数字孪生空冷岛内运作场景，无缝融合 2D、3D 可视化技术，对其展开立体化监控管理。整体场景多方位直观展示蒸汽分配、通风系统、冷凝过程、蒸汽凝结、冷凝排出等重点流程的运行态势。

蒸汽分配

三维监控场景能形象还原该环节工况运作全流程。用户点击关键设备，展开多视角切换查看，方便运维人员通过不同角度，查看各凝气器单元、管束等设备内部的实时工况

通风系统

将风机运转状态和场站情况信息进行高度关联，实现对空冷风机平台、轴流风机等设备主体运行态势远程监测，实时关注风机运行状态，确保冷却效率的稳定性。

冷凝过程

所谓冷凝过程是指运行过程中，汽轮机做功后的高温蒸汽进入空冷岛冷凝，冷凝后形成的冷凝水进入凝结水收集联箱储存。

HT 引擎强大的渲染功能，可高精度模拟仿真蒸汽在翅片管内流动以及周围空气对蒸汽冷却的实际工况。

最后，高温蒸汽在冷凝管束中被冷却成液态水回收，未冷却部分被抽气器抽出。

变压器

火电厂行业中，变压器设备地位尤为重要。变压器绕组的温度分布，特别是热点温度，是制约变压器运行安全和使用寿命的重要因素。

本案例中通过体绘制的方式展示变压器绕组温度场。首先，利用有限元仿真技术模拟变压器内部的热传导过程，从而揭示变压器内部温度的分布规律。接下来，通过对有限元仿真结果中的温度数据进行插值处理，即可获取整个绕组的温度分布切片。

体绘制

体绘制是一种将三维空间中的体数据，渲染到二维图形上的技术。体绘制可以在二维平面上展示出三维空间中的数据，可直观窥探物体内部细节，因此可应用于各种电、热、磁场的仿真，水污染扩散仿真、海洋遥感三维可视化、医学影像（CT） 展示等。

总结

通过图扑软件（Hightopo）数字孪生技术,我们能够在火力发电厂的复杂环境中，实现全方位无盲区的可视化场景构建。深度结合生产管理系统和安防管理系统，提升电厂智慧管控、运行、分析与远程诊断等综合能力，为未来智慧电厂的创新管理和运营模式奠定了基础。