水电厂数字孪生平台利用数字孪生技术可将真实和虚拟两个维度的水电厂进行连接，结合传感器技术、物联网技术、虚拟仿真技术等实现两者的同步仿真运行和虚实交互，进而实现水电厂漫游、水电厂仿真运行、防洪“四预”、设备全生命周期管理、虚拟巡检、检修培训仿真等功能。
1. 水电厂数字孪生平台架构
水电厂数字孪生平台的技术架构主要由基础支撑层、数据互动层、数字孪生底座、数字孪生平台以及数字孪生应用等五大部分组成。
1.1 基础支撑层
基础支撑层提供数字孪生建模和运行的数据来源，包括水工建筑物、水电厂设备和智能传感器构成的数字化的感知体系和基础设施体系。
1.2 数据互动层
数据互动层负责数据的采集、传输及处理，采用多种方式混合组网的方式，构建水电厂通信网络，为数字化提供高质量的基础通信网络，实现孪生水电厂和物理水电厂双向数据互动传输。
1.3 数字孪生底座
数字孪生底座主要由实体感知数据、 GIS 空间信息和 BIM 模型组成，在此基础上对各种精度和来源的空间数据（矢量数据、地形数据、影像数据、倾斜摄影数据、激光点云数据等）和业务数据（图像数据、属性数据、监测数据等）进行融合，构建数据资源层级无缝转换、数据与地形无缝构建的可视化场景，以满足工程数据层级浏览应用需求。
1.4 数字孪生平台
数字孪生平台包括二三维 GIS 平台和三维实时仿真引擎（目前一般采用游戏引擎），在数字孪生平台之上，根据应用需求，进行各类场景可视化、业务应用仿真、设备的运行仿真培训与检修以及全寿命周期
管理等业务的数字孪生交互设计和业务实现。
1.5 数字孪生应用
通过包括三维 GIS、 BIM 数字建模、可视化渲染、轻量化技术等数字孪生技术的使用，动态、高性能地加载和渲染不同层级的场景，支撑数字孪生的模拟仿真功能，满足水电厂各种业务应用需求，实现数据驱动场景和仿真优化迭代的双向交互。
2. 水电厂数字孪生平台功能
水电厂数字孪生平台功能主要包括水电厂漫游、水电厂仿真运行、防洪“四预”、设备全生命周期管理、虚拟巡检、检修培训仿真及数字全景大屏等7大部分。
2.1 水电厂漫游
水电厂数字孪生平台的漫游功能集成流域 DOM 数据、DEM 数据、矢量图层、倾斜摄影数据、BIM 模型数据等，通过参数设定，实现流域和水电厂的自定义飞行，从宏观上掌控流域和工程全局，同时为流域防洪减灾、水电数字调配等提供交互场景支撑。
2.2 水电厂仿真运行
水电厂数字孪生平台的水电厂仿真运行功能通过与各种智能传感监测点的绑定，可在水电厂数字孪生体中实现水电厂的仿真运行，通过业务数据驱动模型的显示，包括实时水位的变化、闸门的启闭、水轮机的运转等，实现物理水电厂与孪生水电厂同步仿真运行。同时在孪生体中可统筹考虑耗水率和发电效益等多重目标仿真经济运行负荷最优分配表，及与其他电站联动运行的负荷联动调整策略等。
2.3 防洪“四预”
建设水动力模型、水库调度模型、安全监测模型、水质安全模型等水利水电专业模型，梳理水电厂业务逻辑，对海量数据进行结构化组织与重构，构建知识库，构建水电厂数字孪生“预报—预警—预演—预案”四预应用，结合实时运行状况、水利模型预测结果、人工智能分析结果等，在水电厂孪生体中进行可视化预演，迭代优化，形成最佳预案。
2.4 设备全生命周期管理
严格按照设备的位置、尺寸、结构建立的 BIM 模型，可清晰展示设备所处位置和设备的结构，关联设备运行参数、图纸资料、检修资料、保养信息等。设备信息可进行实时展示，设备运行状态异常、超寿命服役等信息可进行告警提示并差异化（高亮度等）显示，形成水电厂设备设施的全生命周期管理，能有效应对设备故障等突发事件。
2.5 虚拟巡检
水电厂数字孪生平台的虚拟巡检功能依据水电厂三维建模和 AR增强现实技术，可实现针对水轮机发电组、地下厂房、廊道等不同场景巡检任务的定制。路径规划可自定义，在三维场景中绘制行走路线，手动添加路线中的兴趣停留点。在虚拟巡检中，自动记录巡检路线、设备参数、监测数据等，生成巡检日志。尤其针对关键设备、报警设备、故障设备可实现快速巡检。虚拟巡检可增大巡检范围和频率，结合人工巡检方式，提高巡检工作效率。
2.6 检修培训仿真
采用 VR 技术（虚拟现实技术），通过视觉、听觉、触觉等感官的模拟，形成互动式运维检修仿真，进一步提高检修管理水平，提高员工应对事故及故障处理能力，仿真对象包括水轮机、水轮发电机、调速器等主要设备，依据检修规程、作业指导书、按设备图纸，建立局部和整体装配三维模型。通过快速聚焦、光学空间定位、惯性动作捕捉、二三维联动等关键技术的应用，准确定位检修员工及检修对象的位置及姿态，捕捉其在三维空间的运动状态。
2.7 数字全景大屏
通过大屏组态，综合应用 HTML5、 Hybrid、数据资源池、轻量化技术、可视化渲染、云渲染等技术，建设数字全景大屏，依托数据孪生底座，实现海量数据的汇聚和分析及面向多终端场景的可视化数据应用，提高智慧化水平。
水电厂数字孪生平台可实时地反应水电厂实体的全生命周期过程，实现真实、虚拟两个维度水电厂的同步仿真运行和虚实交互，进而为智能水电厂的运行和管理提供更加有力的技术支持，提升水电厂的运行管理水平和社会经济效益。
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