1、 三维数字化概述 华东院三维数字化解决方案 华东院工程全生命周期解决方案工程数字化是将工程的模拟量信息转变为计算机可以处理的数字信息，从而实现计算机对工程资源的控制、运行和管理。工程数字化的业务范围工程数字化的业务范围工程数字化工程数字化数字采集三维设计模拟仿真安全监测建造管理应急管理资产管理智能运维工程数字化适用的行业领域工程数字化适用的行业领域水电水利、市政、轨道交通、工民建、新能源、电力、石油化工、机械制造、电气自动化等什么是工程数字化？什么是工程数字化？目前国内外工程数字化应用及发展趋势主要体现在三个方面：目前国内外工程数字化应用及发展趋势主要体现在三个方面：1 1、三维数字化协同设计
2、、三维数字化协同设计2 2、设计施工一体化、设计施工一体化3 3、工程全生命周期管理、工程全生命周期管理三维数字化三维数字化协同设计协同设计设计施工一设计施工一体化体化工程全生命周期管理 显著提升工程设计效率，设计流程和设计周期得到有效控制显著提升工程设计效率，设计流程和设计周期得到有效控制打破设计阶段与施工阶段之间的数字墙，使设计成果更好服务打破设计阶段与施工阶段之间的数字墙，使设计成果更好服务于现场施工于现场施工数字化施工管理在技术上为施工质量提供了有效保障数字化施工管理在技术上为施工质量提供了有效保障动态的工程进度数字化模型，为施工进度提供数字化依据动态的工程进度数字化模型，为施工进度提
3、供数字化依据数字化安全监控及应急处理技术，为工程安全运行保驾护航数字化安全监控及应急处理技术，为工程安全运行保驾护航把瞬息万变的生产数据信息传递给企业管理层，实现把瞬息万变的生产数据信息传递给企业管理层，实现“在线管理在线管理”，降低管理成本和劳动力成本，提高经济效益降低管理成本和劳动力成本，提高经济效益工程数字化工程数字化 以以“总体规划、分步实施、统筹安排、协调发展总体规划、分步实施、统筹安排、协调发展”的原则开展工程三的原则开展工程三维数字化研究工作，在维数字化研究工作，在“一个平台、一个数据架构、一个模型一个平台、一个数据架构、一个模型”的总体构的总体构想下，采用三维设计软件、协同设计
4、管理软件和数据库服务软件等为基础，想下，采用三维设计软件、协同设计管理软件和数据库服务软件等为基础，各专业的生产需求为导向，坚持自主开发，致力打造符合中国工程设计行各专业的生产需求为导向，坚持自主开发，致力打造符合中国工程设计行业一流的三维数字化设计平台。业一流的三维数字化设计平台。建设指导思想建设指导思想总体规划、分步实施、统筹安排、协调发展一个平台、一个数据架构、一个模型软件产品软件产品n ELM，即Engineering Lifecycle Management（工程生命周期管理），指工程项目从勘测、设计、建造、数字交付以及工程营运、报废的全过程的数字化管理。其核心要素为：n 基础标准I
5、SO-15926（GB/T18975）n 核心数据库工程数据中心n 核心功能智能化管理与分析数字工程设计、建造、运营生命周期数字工程设计、建造、运营生命周期 虚拟资产的建立虚拟资产的建立电站投产后，得到两个资产电站投产后，得到两个资产一个是实物电站（物理资产）一个是实物电站（物理资产）一个是数字电站（虚拟资产）一个是数字电站（虚拟资产）创建一项物理资产的同时，也有一项相关的创建一项物理资产的同时，也有一项相关的虚拟资产被创建。虚拟资产被创建。 数字化模型和实物资数字化模型和实物资产一一对应产一一对应 数字化模型是行为信数字化模型是行为信息与实物资产的联系息与实物资产的联系纽带纽带 数字化模型是
6、一切虚数字化模型是一切虚拟化仿真的基础拟化仿真的基础运行期资运行期资产管理产管理现有系统现有系统工程数据中心工程数据中心业务流程管理业务流程管理 & 变更控制变更控制数据质量管理数据质量管理(DQM)数据映射、数据映射、 转换以及数据验证转换以及数据验证工程内容工程内容时间时间, 费用费用, 编码编码, 材料材料, 关系模型关系模型, EIM, 文档文档持续性数字化移交持续性数字化移交/接收服务接收服务数据发布及应用集成框架数据发布及应用集成框架数据发布及应用集成框架数据发布及应用集成框架数据发布及应用集成框架数据发布及应用集成框架设备全生命周期智能管理设备全生命周期智能管理数字化档案管理数字
7、化档案管理主要业务子系统主要业务子系统如虚拟巡检如虚拟巡检数字化仪表盘数字化仪表盘三维可视化应用三维可视化应用全信息三维模型 全生命周期管理系统通过工程数据中心的数据发布、应用集成框架来与全生命周期管理系统通过工程数据中心的数据发布、应用集成框架来与电厂相关业务系统进行集成，打破信息孤岛，实现工程信息在应用系统以及电厂相关业务系统进行集成，打破信息孤岛，实现工程信息在应用系统以及不同岗位工作人员之间无缝流转。不同岗位工作人员之间无缝流转。工程数据中心用户用户管理管理权限权限管理管理数字数字化移化移交交数据数据质量质量控制控制工作工作流管流管理理变更变更管理管理编码编码规则规则关系关系模型模型数
8、据数据标准标准数据数据模板模板数据数据检索检索报表报表管理管理偏差偏差管理管理数据数据接口接口影响影响分析分析知识知识管理管理数据数据发布发布事件事件管理管理项目项目管理管理文档文档管理管理大坝大坝安全安全监测监测三维三维可视可视化化虚拟虚拟现实现实设备设备性能性能管理管理地质地质灾害灾害数字数字化档化档案案虚拟虚拟检修检修虚拟虚拟巡检巡检资产资产管理管理物料物料管理管理运行运行管理管理灾害灾害模拟模拟专家专家系统系统核心层核心层管理层管理层应用层应用层 全生命周期管理系统逻辑结构分为三层，核心层、管理全生命周期管理系统逻辑结构分为三层，核心层、管理层以及应用层；层以及应用层； 工程数据中心是
9、核心，为管理层和应用层提供统一的信工程数据中心是核心，为管理层和应用层提供统一的信息服务。息服务。 政策要求及现状 整体框架 系统功能 软件优势及已获得认可 软件部分成果成功预测风电功率，可为电网制定调度计划提供可靠的成功预测风电功率，可为电网制定调度计划提供可靠的依据，在风电经济并网方面有举足轻重的作用依据，在风电经济并网方面有举足轻重的作用风电功率预测及在线监测软件系统风电功率预测及在线监测软件系统 是集风电功率预测、实时在线监测、数据统计分析于一是集风电功率预测、实时在线监测、数据统计分析于一体的软件系统。体的软件系统。系统包括两部分：系统包括两部分： 每个风电场安装一套硬件设备每个风电
10、场安装一套硬件设备负责数据采集、传送负责数据采集、传送设立一个软件系统中心平台（类似于大坝安全检测系统）设立一个软件系统中心平台（类似于大坝安全检测系统）汇总数据、进行风功率预测、统计分析汇总数据、进行风功率预测、统计分析上报成果并在网站显示上报成果并在网站显示风电场测风塔能源局电网调度中心数值气象预报风功率预测风机运行效率评估其他统计分析风资源评估实时运行监测风电功率预测及在线风电功率预测及在线监测软件系统监测软件系统(1) 实时采集并分析统计风电场运行的情况实时采集并分析统计风电场运行的情况实时采集风电场运行数据实时采集风电场运行数据通过安装在每个风电场的硬件设备采集数据通过安装在每个风电
11、场的硬件设备采集数据采集数据包括：采集数据包括： 风机实际出力、实际风速、开机容量等运行数据风机实际出力、实际风速、开机容量等运行数据 测风塔风速、风向、温度、湿度、气压测风塔风速、风向、温度、湿度、气压等气象要素等气象要素采集数据间隔：采集数据间隔：5min最小采集单位：单台风机最小采集单位：单台风机通过网络自动传送至软件系统中心平台通过网络自动传送至软件系统中心平台系统中心平台及时汇总采集的数据，并在网站显示系统中心平台及时汇总采集的数据，并在网站显示系统中心平台可同时接入多个风电场，在线监测覆盖面广，系统中心平台可同时接入多个风电场，在线监测覆盖面广，乃至可覆盖至全国范围风电数据乃至可覆
12、盖至全国范围风电数据监测信息获取准确、真实、快速监测信息获取准确、真实、快速用户可直接登录网站查看监测数据，或自定义需求、接收用户可直接登录网站查看监测数据，或自定义需求、接收网站自动推送的分析成果（类似于微信）。网站自动推送的分析成果（类似于微信）。(2) 实现区域性风电场群的功率预测实现区域性风电场群的功率预测现有的风电功率预测系统多数包括两个步骤：现有的风电功率预测系统多数包括两个步骤：本软件系统的功率预测同样包括上述两个步骤，但自主开本软件系统的功率预测同样包括上述两个步骤，但自主开发，拥有自主知识产权，利用我院在风电场风资源评估上发，拥有自主知识产权，利用我院在风电场风资源评估上的经
13、验，提高了预测精度。的经验，提高了预测精度。第一步：预测风速。系统自行进行模式计算，完成区域数第一步：预测风速。系统自行进行模式计算，完成区域数值气象预报值气象预报采用国际主流的数值预报模式采用国际主流的数值预报模式(WRF)进行计算进行计算无需向第三方购买数值气象预报成果无需向第三方购买数值气象预报成果能同时预报多个风电场范围的气象要素，并可整合区域内能同时预报多个风电场范围的气象要素，并可整合区域内多个风电场的运行及气象数据，优化调整模式参数，提高多个风电场的运行及气象数据，优化调整模式参数，提高预报精度预报精度模式预报精度满足功率预测的需要模式预报精度满足功率预测的需要第二步：风速推算功
14、率。第二步：风速推算功率。在风电场资源评估、发电量计算模型的基础上，自主在风电场资源评估、发电量计算模型的基础上，自主研发风电功率计算模型，主要采用流体力学模型方案研发风电功率计算模型，主要采用流体力学模型方案最小预测单位：单台风机最小预测单位：单台风机本系统能实现单台风机、风机群组、单个风电场、风本系统能实现单台风机、风机群组、单个风电场、风电场群、整个区域风电场的风功率同步预测电场群、整个区域风电场的风功率同步预测根据区域内多个风电场的运行及气象数据，调整模型根据区域内多个风电场的运行及气象数据，调整模型方案，提高功率预测精度方案，提高功率预测精度本系统功率预测精度满足规范要求，其中针对复
15、杂地本系统功率预测精度满足规范要求，其中针对复杂地形风电场，精度明显高于同类软件形风电场，精度明显高于同类软件(3) 提供监测信息分析成果提供监测信息分析成果风电场群运行进行仿真模拟风电场群运行进行仿真模拟累积数据分析各区域风电场的运行特性累积数据分析各区域风电场的运行特性总结各地区风电场运行的负荷特性总结各地区风电场运行的负荷特性准确计算准确计算“限电限电”损失损失可模拟各区域风电场群实时运行可模拟各区域风电场群实时运行评估各类机型的运行效率评估各类机型的运行效率 风电场建设方面后评价风电场建设方面后评价 累积数据分析各风机运行的实际风速、测风塔风况累积数据分析各风机运行的实际风速、测风塔风
16、况 评估各地区的风资源水平评估各地区的风资源水平 分析风电场的风资源分布特点分析风电场的风资源分布特点 对于复杂地形风电场，对微观选址成果进行后评估，对于复杂地形风电场，对微观选址成果进行后评估，累积经验累积经验 为风电基地发展规划提供依据为风电基地发展规划提供依据 系统预测精度高，特别是在复杂山地地形有明显的优势。系统预测精度高，特别是在复杂山地地形有明显的优势。 风速和功率预测的最小预测单位为单台风机。风速和功率预测的最小预测单位为单台风机。 本系统能实现单台风机、风机群组、单个风电场、风电场本系统能实现单台风机、风机群组、单个风电场、风电场群、整个区域风电场的风功率同步预测。群、整个区域
17、风电场的风功率同步预测。 预测时间跨度更大。预测时间跨度更大。 无需向第三方购买数值气象预报成果。无需向第三方购买数值气象预报成果。“风电场群出力实测时预风电场群出力实测时预测系统测系统” 技术技术获中国电力规划设计协会获中国电力规划设计协会2013年电力工程年电力工程设计专有技术设计专有技术网站登录界面网站登录界面风电场运行实时监控界面风电场运行实时监控界面三门峡鞍子山风电场短期预测日准确率统计三门峡鞍子山风电场短期预测日准确率统计 生产运行人员（值班员） 检修人员 采购人员 各级生产部门管理人员 各级生产部门经理 风电场决策层 生产运行管理系统为风电场的生产、运行和管理人员提供统一的平台，
18、主要实现以下目标： 掌握风电场的综合信息； 生产运行实时状态监视； 运行管理的流程化追踪控制； 生产运行状态综合评价； 统计数据的生成、比较； 风电场的设备管理； 风电场的安全管理； 风电场的文件管理； 精细化管理的目的。 实现对风电场的生产运行的全过程监控，采用实时数据、历史数据和统计数据结合的方式，自动生成规范化的文件，减少人为干预，保证数据的真实性。 标准化管理的目的。 规范风电场的生产运行管理行为，采用标准化的流程对整个管理行为进行规范、跟踪和修改，保证一个管理行为的有始有终。 辅助决策的目的。 为决策层的决策提供辅助参考数据，例如统计数据为制定生产计划提供依据；对比数据为改进生产管理
19、制度提供依据；设备故障率为检修计划提供依据等。 5.1 综合信息 5.2 生产管理 5.3 运行管理 5.4 报表管理 5.5 设备管理 5.6 安全管理 5.7 文件管理 信息汇总 风电场综合信息汇总 布置图 风电场风机分布图1 风电场风机分布图2 风电场风机分布图30网络架构网络架构0升压站网络拓扑图升压站网络拓扑图0风机网络拓扑图风机网络拓扑图0电气接线电气接线0电气主接线图电气主接线图0#1主变接线图主变接线图 为整个风电场的信息汇总表，由3部分信息表组成： （1）风电场基本信息，包括； 风机总台数，总装机容量； 每台主变下的风机台数，主变的容量等； 单台风机的装机容量，出口电压，额定
20、转速等； 线路电压等级，投运的风机数等。 （2）风电场的瞬时信息，包括； 风电场总发电功率，上网功率，线路功率等； 风电场以及每台主变下风机的运行台数，待机台数和故障台数等； 母线和变压器的有功和无功功率等 风电场的瞬时风速，年月日的平均风速等。 （3）风电场电量信息，包括： 日发电量，上网电量，上网率，设备可利用率等； 月发电量，上网电量，上网率，设备可利用率等； 年发电量，上网电量，上网率，设备可利用率等； 以风电场所在地的地形图为底图，标记各个风机所在的位置，包括： 风机位置； 风机光纤网络布置； 电气网络，升压站位置； 测控网络布置等。 显示风电场的信息，包括； 风速； 发点总功率，上
21、网总功率； 运行台数，待机台数，故障台数 以图标的方式显示每台风机的状态。 点击相应的风机，显示风机的实时信息，包括： 风机实时状态； 风机的实时电气参数； 风机的转速和角度； 显示各个网络架构之间的关系，包括； 风机SCADA系统网络； 监控SCADA系统网络； 视频监控网络； 对外网络等。 显示各个网络中的设备组成以及IP地址，包括； 各类服务器； 各类操作员工作站； 各类通讯工作站； 对网络中的各个设备的通讯状态进行监视。 风机网络拓扑图 显示每条链路上的风机网络布置； 实时信息 风机实时信息 主变实时信息 测风塔实时信息 110kV线路实时信息 SVG实时信息 风功率预测实时信息0运行
22、指标运行指标0风电场运行指标风电场运行指标0运行指标日报表运行指标日报表0运行指标月报表运行指标月报表0运行指标年报表运行指标年报表0评价指标评价指标0运行维护评价运行维护评价0电量评价电量评价 风机箱变实时信息 实时信息分为以下几个部分： （1）风机基本数据，包括； 风机型号，转轮直径，额定功率，额定风速等信息； （2）风机实时数据，包括： 风机实时风速，风向，温度等信息； （3）风机实时电气参数，包括： 风机电压，电流，功率等。 （4）风机箱变的报警信息； （5）风机箱变的电气接线图； （6）风机箱变的外形图； 主变实时信息 实时信息分为以下几个部分： （1）主变基本数据，包括； 主变型号
23、，接线等信息； （2）主变高压侧实时电气数据，包括： 主变高压电气参数电压，电流，功率等； （3）主变高压侧实时电气数据，包括： 主变低压电气参数电压，电流，功率等。 （4）主变的报警信息； （5）主变的电气接线图； （6）主变的外形图； 110kV线路实时信息 实时信息分为以下几个部分： （1）110kV线路基本数据，包括； 保护型号等信息； （2）110kV线路实时电气数据，包括： 110kV线路电气参数电压，电流，功率等； （3）110kV线路的报警信息； （4）110kV线路的电气接线图； SVG实时信息 实时信息分为以下几个部分： （1）SVG基本数据，包括； SVG的额定容量，电压
24、等信息； （2）SVG实时数据，包括： SVG的电气参数等； （3）SVG报警光字牌信息： （4）SVG电气模拟接线图； （5）SVG的外形图； 日常运行管理记录 运行日志 缺陷申报 缺陷申报单追踪 操作票工作票管理 工作任务单追踪 完成工作任务单查询0操作票工作票填写操作票工作票填写0工作任务单工作任务单0电气操作票电气操作票0机械操作票机械操作票0电气第一种工作票电气第一种工作票0电气第二种工作票电气第二种工作票0机械工作票机械工作票0自控工作票自控工作票 工作任务单 工作任务单追踪 设计有工作任务单标准工作流程。 每一个工作任务单具有唯一的编号，需要经过编制，审核和批准三个环节： 工作任
25、务单批准后的流向有三个 （1）快速说明结单； （2）进入操作票流程； （3）进入工作票流程； 操作票流程，唯一编号，需要经过编制，审核，接单，执行和确认等环节； 工作票流程，唯一编号，需要经过编制，审核，接单，执行和确认等环节； 采用图形化的方式显示工作任务单的进行状况； 所以的流程单都在流程上的按钮继续执行； 每一个进行完的流程都有执行人名称和日期，便于追述。 缺陷单追踪 设计有缺陷单标准工作流程。 每一个缺陷单具有唯一的编号，需要经过编制，审核和批准三个环节： 缺陷单批准后的流向有三个 （1）快速说明结单； （2）进入工作任务单流程； 采用图形化的方式显示缺陷单的进行状况； 所以的流程单都
26、在流程上的按钮继续执行； 每一个进行完的流程都有执行人名称和日期，便于追述。 各类标准工作票操作票 电量报表查询 风机电量报表 主变电量报表 风电场电量报表 故障报表查询 风机箱变故障报表 主变故障报表 线路故障报表 故障统计报表0运行时间查询运行时间查询0风机运行时间风机运行时间0风电场运行时间风电场运行时间0统计报表查询统计报表查询0日电量统计报表日电量统计报表0月电量统计报表月电量统计报表0年电量统计报表年电量统计报表0比对统计报表比对统计报表 主设备参数查询 风机基础参数 箱变基础参数 主变基础参数 测风塔基础参数 保护设备参数查询 箱变保护基础参数 主变保护基础参数 线路保护基础参数
27、0自控设备参数查询自控设备参数查询0服务器基础参数服务器基础参数0工作站基础参数工作站基础参数0通讯管理机基础参数通讯管理机基础参数0风功率预测基础参数风功率预测基础参数0设备管理设备管理0设备更新录入设备更新录入0设备更新查询设备更新查询 安全管理 安全工器具表 安全检查记录表 安全规章制度 安全应急预案 设备说明书 风机产品说明书 箱变产品说明书 保护装置产品说明书 规程规范 风电场运行管理规程 运行指标及评价指标0操作手册操作手册0风机风机SCADA系统系统0监控监控SCADA系统系统0风功率预测风功率预测0生产运行管理系统生产运行管理系统2020/7/23 Thursday海缆在线综合
28、监测系统海缆在线综合监测系统海缆温度监测海缆温度监测海缆扰动监测海缆扰动监测海缆故障监测海缆故障监测海缆应力监测海缆应力监测 扰动监测系统扰动监测系统船舶锚害监控船舶锚害监控 应力监测系统应力监测系统海缆张力监测及海底地质变动监控海缆张力监测及海底地质变动监控 温度监测系统温度监测系统海缆温度实时监控海缆温度实时监控 故障监测系统故障监测系统光纤及海缆故障监控光纤及海缆故障监控 海事船只信息系统海事船只信息系统船只信息监测船只信息监测海事船只信息系统海事船只信息系统联动视频，聚焦录像，采集证据联动视频，聚焦录像，采集证据联动海事模块，获取船只详细信息联动海事模块，获取船只详细信息实时报警界面实时报警界面灌浆管路灌浆管路
