数字孪生水电站，水力发电可视化运维

自水轮机的早期发明被用于农业灌溉，到 18 世纪末期的工业革命促使水轮机技术的改良，再到 19 世纪末水利发电的崛起，直至今日，智慧水电站数字孪生技术正处于蓬勃发展之中。通过整合物联网、大数据、云计算等现代信息技术，水电站数字孪生可用于设计、建造、运行和维护等各个环节。能实时直观地反映实际水电站的物理状态和运行状况等信息，为数字电厂平台提供数字化信息技术支持。

图扑软件基于自研 HT for Web 产品，融合 GIS（Geographic Information System,地理信息系统），搭建出轻量化智慧水电站 Web 可视化界面，3D 图层展示出大坝主体、内部设备以及周边地理环境全貌，2D 图层则展示多样化的业务数据看板，二三维完美融合形成高度完整的水电站数字孪生场景。

综合概览

综合概览界面相当于水电站管理的“数据仪表盘”，提炼水电站日常运行所需的重要数据，展示于左右两侧看板中，如：电厂运维、流域信息、机组信息、作业信息、环境信息、人员信息、视频监控等，前端通过接口联调，确保数据实时更新，为管理层提供了一个全面、即时的运营视角。

电厂运维

主要统计了电站当日累计发电、月累计发电、年累计发电的实时值。通过对比规划发电量与实际发电量计算出月度计划完成的百分比。此外，还呈现了全厂有功功率、全厂无功功率、机组频率、电压等关键性能指标，为运维决策提供了精确的数据支持。

 

流域信息

图扑 HT 运用卫星地图作为底图，叠加中心站、上下游水电站、水文站等关联站点地理位置标识，以理解和掌握管理范围内的地理布局及各关键点的具体位置。

机组信息

选用“蜂巢”的设计样式，精妙地展示了本站所有水力发电机组的概览。每个蜂巢单元以不同颜色标识机组的运行状态——包括运行中、停机、检修和故障等状态，为管理者提供了直观的状态识别。点选任一机组，即可访问该机组的详细单机信息，涵盖实时有功功率、无功功率、机组转速、导叶开度等关键性能参数。

本机组上导、下导、水导的 X、Y 向摆度，运用横向棒图的形式展示；上导瓦温、下导瓦温、推力瓦温、水导瓦温以曲线体积图的形式展示。

作业/环境/人员信息

通过融合工作票和操作票的开票信息，系统内接入两票系统数据接口，全面统计出开票中、进行中以及已完成的票据数量，为管理层提供清晰的工作进展概览。同时，通过接入图扑 HT 的丰富可视化图表组件和仪表盘设计，能够清楚地展示大坝周边的气压、气温、水温、风速、泄洪流速、落差水位等环境监测相关数据。此外，还接入了人员定位系统或门禁系统，将主厂房、GIS 室、副厂房、主变洞、中控室等关键地点的室内人员数量统计数据直观地展示在面板中。

视频监控

将转码后的视频流如 MP4、FlV 等格式嵌入到页面上进行实时展示，自带的视频插件支持全屏窗口查看，本站主要展示了中控室、水车室、上游、下游、配电间、发电机层等重点监控位置。

图扑软件 HT 提供视频融合解决方案，可以将 2D 图像融合到场景的 3D 模型中，为操作员提供直观的视频图像和简单的视图控制。HT 视频融合技术采用 WebGL 技术，利用 GPU 高性能计算能力对视频图像进行实时处理，图像处理不占用 CPU 资源，整个方案画面流畅。

电子巡检

点击可视化界面底部模块切换按钮，进入电子巡检，首先展示出预设好的多条可选电子巡检路线。路线根据实际场地和设备的位置精准复现，旨在为巡检人员提供清晰、高效的巡检指引。

巡检路线经过大坝周边的环境监测点位，可展示出环境数据是否有异常；在穿过大坝本体时，利用透视线框图效果模型，可以直观地监测内部设施的运行状况及是否有警报发出。电子巡检系统主要应用于日常的站点例行检查，通过远程操作取代实地巡视，为用户提供了一种高效便捷的管理工具。

主机监测

切换至主机监测功能模块，单独突出展示了主厂房中的水轮发电机组。图扑 HT 针对用户对于模型精度的不同需求，选择性建模展示出水轮机组结构。本案例主要展示出机组顶盖、发电机定子与转子、水轮机与蜗壳、排水结构等核心部件。

图扑也曾应用 HT 强大的渲染引擎技术三维仿真水轮机仿真拆解动画，机组仿真场景模型精度高。数字孪生水轮机拆解过程实现了在数字世界对物理实体状态和运行的全面精准呈现。场景中设备零件，浮现相应的属性信息，准确掌握设备内部业务流程、行为逻辑、状态变化等。

告警系统

平台内接入机组内传感器数据，能实时监测到任何机组的异常停机情况。一旦监测到异常，水轮机的运行动画将会停止，并立即弹出异常提示，以及精准显示故障所在位置，确保用户能够及时获知，协助维修团队进行初步的故障诊断。

配电方案

结合水电站图纸，图扑 HT 对传统二维工艺系统图重构设计，形成较为写实的电站剖面发电工艺、配电规划组态图，以形象的动画展示出上游引水、水轮机组运行、发电机发电、升压站变电、电网配电等全过程。搭配对相关建设成就和未来发展规划的文字阐述，为参观者和内部会议提供一个富有视觉冲击力的介绍平台，有效增强了信息的传达效率和观赏体验。

图扑软件利用编辑器搭建的 Low-Code 大屏组态能提高产线设备、人员、现场的管控效率。相较于 InTouch/IFix/WinCC 这些传统组态软件，图扑基于 Web 的平台更适合 C/S 向 B/S 转型的大趋势，多元素的可视化组件和支持快捷的数据绑定方式，可用于快速创建和部署。通过物联组态直观查看厂房内每一条产线和对应设备，接入数据后可查看设备的运行状态。

水电站作为一种成熟、可靠且清洁的可再生能源发电方式，在全球能源结构中占有重要地位。面临全球气候变迁和越发严峻的减排要求，水电行业在未来不仅迎来众多机遇，也将面对一系列挑战。技术革新、环境保护、政策引导以及市场需求等方面的变化，都将深刻影响着水电行业的发展走向。在全球能源体系中促进水电的可持续发展，并妥善平衡水电发展与环境保护之间的关系，成为了一项关键的未来任务。

图扑软件为智慧水坝领域提供了 B/S 架构的基于 WebGL 的图形引擎，与 GIS、粒子仿真、虚拟现实、边缘计算等技术相结合，融合多元业务系统数据，形成数字孪生界面，助力水利水电工程进一步提升数字化水平，乃至为整个工业领域添砖加瓦。

审核编辑 黄宇