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垃圾焚烧发电厂数字孪生应用

摘要：本文提出了一种基于可视化数字孪生技术的运维平台解决方案，通过

数字孪生技术建立虚拟工厂的数字孪生模型，采集工厂的生产运行数据并将其与

数字孪生模型进行同步和映射，通过可视化方式展示工厂各生产环节运行状态和

预警信息，可以直观地看到工厂各生产环节的运行状态，及时发现安全隐患，减

少事故发生的可能性。通过实时监测和预警，可以及时发现生产过程中的瓶颈和

问题，提高生产效率；通过数字孪生技术，可以提前发现和预测设备故障，减少

维修和更换成本，降低运维成本。实时数据分析和可视化展示，可以帮助管理者

更快地做出决策，提高决策效率，最终达到提高工厂的生产运行效率和安全性的

目的。

关键词：工业三维设计、数据整理、规则库、可视化引擎、数字孪生应用、

运维管控平台

摘要

一、研究难点

本案例依托于绍兴市清能环保有限公司的垃圾焚烧发电厂为参照，通过实地

现场调研发现了较多的生产运行问题如下：

1.SIS系统中的一些报表存在算法偏差，长时间的生产周期会导致生成的报

表数据与实际业务数据不匹配。因此，在现阶段，大量的数据需要通过人工统计

和计算来得到。

2.数据无法直观反馈到现场。此外，现场突发情况通常无法以数据形式展示。

再加上设备结构和管道繁多复杂，隐蔽工程多，检修难度大。因此，通过观察数

据及记录，并通过经验来判断业务、安全等问题，需要生产者和管理者付出极大

的精力。

3.现阶段DCS系统能反应单体的问题，但很难从全场景和多维度去寻找问题

根源。

4.耗材的管理基于需求，但缺乏使用情况、是否需要更换、耗材生命周期等

信息的支持，无法对耗材进行更好的管理和数据分析。因此，采购流程滞后且人

力消耗大。

1.1研究的解决办法

本文提出了一种运维智慧管理驾驶舱（IntelligentManagementCockpit）

即IMC运维平台，并将此平台应用在该项目中，旨在利用三维可视化技术，实现

设备、系统或场景的虚拟仿真和智能管理。此平台主要完成了以下工作：

1）设计了可视化数字孪生运维平台的总体架构，并分析了其功能需求和技

术难点。

2）开发了数据采集与整合模块，通过数据采集接口获取物联网传感器、厂

区MIS/SIS系统、视频监控等场景数据，并进行数据的结构化处理。

3）实现了三维可视化与交互模块，通过图形渲染、虚拟现实等技术将场景

在虚拟空间中还原，并提供多种交互方式。

4）开发了智能分析与优化模块，通过数据挖掘、人工智能等方法对场景进

行故障诊断、性能评估、优化建议等。

2项目主要做法及创新点

2.1研究的主要做法

1）设计IMC运维平台的总体架构

本案例基于数字孪生和大数据分析技术，提出了以下的系统构架，

总体架构包括云底座（数据采集、数据处理）。

数据中台层则是通过云计算平台对采集到的数据进行清洗、融合和存储，形

成统一的数据源。如：数据服务体系，包含服务创建、API网关、服务授权、调

用管理；数据资产管理，包含元数据、数据标准、数据质量、数据血缘、数据生

命周期、数据安全；数据资产体系，包含贴源数据、统一数仓、标签数据、应用

数据等，以数据运营体系、数据安全体系为两翼，为整个汇聚的数据平稳运行保

驾护航。数据应用层则以决策支持、应用创新为导向。

2）设计IMC运维平台的应用层解决方案。在总体设计架构的基础上，结合

现场存在的问题，进一步细化构架并丰富应用层内容，主要由数据采集层、数据

清洗及整合层、三维可视化与交互层、智能分析与优化应用层四个层次组成，各

层次之间通过数据接口进行连接和交互。

数据采集层：负责从物理场景中获取的数据信息，并进行预处理和融合，形

成统一的数据格式和结构，为上层提供数据支持。

数据清洗及整合层：负责根据数据信息，建立场景的动态数学模型，并进行

仿真计算，形成场景的数字孪生模型，为上层提供模型支持。

三维可视化与交互层：负责根据数字孪生模型，将场景在虚拟空间中还原，

并提供多种交互方式，使用户能够方便地观察、控制和管理场景，为上层提供可

视化支持。

智能分析与优化应用层：负责根据数字孪生模型和用户需求，对场景进行故

障诊断、性能评估、优化建议等智能分析和优化，为用户提供决策支持。

2.2研究的创新点

1）数据抓取采集