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摘要(系统识别):
其他
暖通空调HV心AC2023年第53卷增刊1
热源厂智能安全管控系统的建设探索
越
黄雪洁
(西安市热力集团有限责任公司,西安)
摘要:《数字中国建设整体布局规划》指出,推动数字技术和实体经济深度融合,在农业、工业、金融、教育、医
疗、交通、能源等重点领域,加快数字技术创新应用。西安市某热源厂将厂区三维模型、DCS系统、安全定位系统、
供热运行智慧预警系统进行一体化整合,建设热源厂智能安全管控系统。通过智能安全管控系统对热源厂人员、
设备、技术等各种资源进行优化管理,利用数字技术改变传统的风险管控模式,从源头上防范化解安全风险,提高
热源厂的本质安全水平,从而践行数字中国的发展理念。
关键词:热源厂;智慧供热;三维建模;安全定位;风险管控;本质安全
0引言
可视化共享。
党的二十大报告要求,要坚持安全第一、预防为主,推
2.2三维虚拟热源厂技术原理
动公共安全治理模式向事前预防转型。国务院2023年1
2.2.1三维建模技术
月11日召开的全国安全生产电视电话会议要求不断提升
三维建模技术是依据激光扫描点云数据、实景照片、实
本质安全水平。现代安全管理方式是完善风险防范和化解
地勘察及设计院图纸、设计模型等,完成热源厂在虚拟三维
机制,从源头上防范和化解重大安全风险四。本质安全的
空间的建立,将三维场景与真实热源厂环境一一对应。采
核心是将风险控制的重点转移到风险出现的前端源头,强
用激光扫描可以获取空间信息数据,激光方向强且不受天
化技术提升,从源头消除或降低生产过程中的风险。利
气影响,以非接触式采集物体的空间信息,获得物体表面模
用热源厂智能安全管控系统对热源厂生产运行情况进行管
型和地形模型)。这种方法得到的数据几何信息精度高,
控,改变传统的风险管控模式,将处理风险的模式从被动反
但对于狭小空间等扫描仪无法到达的位置,就无能为力。
应向以风险预防为主的主动管控模式转变,把风险控制在
结合现有各种建模方法的特点,本系统采用多种建模方法
隐患形成之前,提高热源厂的本质安全水平。
结合的方式完成热源厂环境三维场景,首先收集设计院图
1热源厂智能安全管控系统简介
纸和设计模型,利用三维可视化引擎自动生成初始场景,然
热源厂智能安全管控系统以现代信息技术、自动化技
后借助激光扫描仪获取与初始场景对应的原始场景数据点
术、三维可视化技术为支撑,以生产管控为主线,以安全管
云,将数据点云与初始场景进行对比,根据点云数据完成初
理为核心,实现“数据统一管理、业务数据驱动、管理智慧决
始场景,生成热源厂环境三维场景。对于无法采用扫描仪
策”的功能。热源厂智能安全管控系统是在三维虚拟热源
作业的地方,利用实景照片、实地勘察、倾斜摄影等手段完
厂中,通过安全定位系统对从业人员作业过程进行监控,提
善三维模型。利用上述技术手段,生成与真实环境一致的
醒从业人员按照规定的顺序流程和作业方案展开作业,避
三维虚拟热源厂,完成三维精细化建模工作,精细化模型生
免因为操作不当而诱发安全隐患,进而提升人的本质安全
成,对热源厂可视化管理至关重要,如图1所示。
水平。通过供热运行智慧预警系统在全负荷段动态监测主
要设备运行状态,根据设备运行规律或观测得到的可能性
前兆,在设备发生异常还未演变成故障时,即可预先报警,
提醒运行人员提前检修设备,进而提升本质安全水平。
2三维虚拟热源厂
2.1三维虚拟热源厂简介
图1三维虚拟热源厂与真实热源厂
三维虚拟热源厂是对物理形态的热源厂按真实尺寸建
立虚拟环境,在虚拟环境中,真实展现厂内设备设施物理分
2.2.2三维图形引擎技术
布情况、运行状态及厂区周边环境。以系统级、设备级、部
三维引擎是一组针对三维场景交互式应用的核心组件
件级分层描述实体关系和位置,提供全景式浏览,实现热源
程序,通常包括渲染器、光线编辑、几何图形、材质编辑、动
厂三维可视化展示、可视化运行监控、三维可视化智慧检修
态加载、纹理、声音、碰撞检测、动画编辑器、场景管理等组
等应用。通过系统集成,将虚拟环境与数据进行挂接,实现
件。主要功能包括三维场景、数据采集、数据显示、资源管
与外部各种数据源一体化应用,包括DCS等系统互联互
理、动画配置、粒子特效。三维场景能使得地形、模型、贴图
通,在虚拟环境中实时反映设备设施的实际运行状况,包括
☆延炜,男,1979年生,大学,工程师
飞行/漫游等多种视角切换、信息快速定位与查看、生产工
710016陕西省西安市未央区未央路111-1号西安市热力集团
有限责任公司
艺流程实时显示,以设备资产编码将虚拟环境与实时数据
E-mail:290654987@qq.com
关联,实现操作的二维和三维联动,达到热源厂数据融合与
收稿日期:2023一03-09
·452
暖通空调HV心AC2023年第53卷增刊1
其他
等元素同时集中表现,并进行实时光影渲染,根据显示终端
的实际硬件性能,以操作人员的配置参数为标准,还原虚拟
现实场景;数据采集可以根据集成环境接入实时数据并和
场景中的三维物体联动;数据显示可以通过三维空间绑定
与屏幕位置绑定2种方式在三维场景中实现数据显示;资
源管理可以将所有的资源文件,如模型、纹理贴图、文本、视
图3
虚拟环境中的设备模型与真实环境中的设备模型
频等,实现集中式管理:动画配置可以使用镜头和动作配置
的方式,高效制作动画,易于实现介质流动、设备运转等效
通过点击虚拟环境中的交互点,系统将对应系统或设备进
果:粒子特效可以实现逼真的火焰、水流、蒸汽、电流、烟气
行高亮显示,同步介绍该对象的结构组成和功能特点。运
等效果。
行人员可分专业将各个系统从热源厂模型中抽取出来,在
2.3三维虚拟热源厂的应用
一个全局视角中,看到系统中设备的空间分布,设备之间管
2.3.1三维可视化展示
道的布置,管道中介质的种类和流动方向,了解管道上阀门
三维可视化展示是通过构建模型建立虚拟环境,在虚
的位置、种类和作用。选择设备并将视角拉近,可看到设备
拟环境中快速对热源厂环境进行浏览,对热源厂办公楼、锅
进出管口的具体位置、介质的运动方向和状态变化,如图4
炉房等建筑、道路、绿植、路灯等环境,设备、管道和阀门仪
所示。
表等现场实际环境进行虚拟还原展示,同时显示设备的生
产运行信息,例如锅炉的负荷、出水温度、烟气温度等,并且
能够显示实时的工况曲线,包括台账信息等,能够使操作人
员全面掌握厂内状态,如图2所示。
图4工艺流程仿真
图2三维虚拟锅炉房与真实锅炉房
2.3.4二三维联动
2.3.2三维可视化智慧检修
二三维联动是利用分屏技术实现二维、三维监视联动,
三维可视化智慧检修是对热源厂主要设备进行高精度
如图5所示,将二维流程图中带有编号的设备、设施激活,
建模,通过键鼠操作,按照检修规程的拆装步骤,在三维引
作为信息导航的热点,在三维场景中实现二三维模型导航
擎软件中进行人机交互,实现设备检修拆装可视化。在三
及联动,三维监控画面会显示相应温度、压力等测点数据。
维可视化基础上,结合技术标准、检修文件包、检修历史文
档等资料,扩展培训系统功能及范围,除常规培训功能(运
行操作培训、策略优化调整测试等)外,具备工艺系统实景
培训、设备与系统检修培训、设备资料查询等功能。将检修
文件包导入模型数据库,对检修文件包、检修历史文档等结
合三维模型对资料进行存档、管理、查询,对于各种检修技
术标准和行业规范,通过各种多媒体形式(语音、文字、视频
等)与虚拟检修过程进行关联演示,对设备检修过程开发虚
拟培训,进一步掌握设备信息与结构、设备工作原理、设备
图5
二三维联动效果图
标准操作方法、设备故障状态分析等内容。在虚拟环境中,
3安全定位系统
通过点击虚拟环境中的设备零部件模型,达到对设备的虚
3.1安全定位系统简介
拟拆解和组装,实现模型“从整到零,从零到整”的展示过
安全定位系统是指通过厂区布置高精度定位基站覆盖
程,同时显示各零件名称,如图3所示。
厂内关键区域。区域人员佩戴定位标签,定位系统实时计
2.3.3三维可视化工艺流程仿真
算定位标签与基站的距离,通过定位算法运算后,最终显示
热源厂设备密度高,空间分布复杂,通过一个包含了供
在三维虚拟热源厂中。通过安全定位系统,安全管理人员
热设备和各专业管道的三维场景,能让操作人员对供热工
可以对从业人员作业情况进行全面监测,了解整体作业过
艺的全过程有一个概括性的认识,了解供热各系统的组成
程的进度和操作表现。根据当前现场作业环境下各项工艺
和相互关系、设备、管道与阀门等空间位置信息。操作人员
落实过程中存在的主要风险,提醒从业人员落实风险管控
可在场景中自由飞行,仿佛在虚拟世界中游览工艺流程。
措施,并按照一定的顺序流程和作业方案展开作业,避免因
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