广东阳江，一望无际的南海之上，数百台风机随风旋转，构成一片“风车”之海；上海长宁，三峡集团所属上海勘测设计研究院（以下简称“上海院”）智慧工程研究院内的智慧大屏上，可以看到三维海上风电场景，实时显示着装机容量、发电量、设备参数、风速等信息，数据与现实分毫不差……这是研究团队所开发的睿风海上风电数字孪生平台。

(资料图片)

数字孪生（Digital Twin）是基于现实世界中的物理本体的各项数据，在信息化平台上所创造出来的，一个数字化的、虚拟的“孪生体”。上海院的科学家们为何热衷于研发数字孪生技术？近期，记者来到他们身边一探究竟。

智能算法为设计提供“最优解”

登录睿风海上风电数字孪生平台，点击前期规划设计板块，地理位置、资源分析、机型模拟、风险预测等模块映入眼帘，“整个平台背后是上百万GB的数据处理量，这些也是数字孪生技术的基础。”上海院智慧工程院工程师金飞告诉记者，将相关的基础数据输入后，平台结合数据开始进行全面的分析和预测，仅需几分钟，数十套设计方案便“跃然纸上”，海域环境、建设需求、气象条件等各项数据转化为屏幕上活灵活现的可视化模型，风机和海缆按照平台综合计算所给出的规划方案，疏密有致地排列着，一目了然。

▲ 睿风平台提供的海上风机布局规划方案

▲ 睿风平台提供的风机海缆布线规划方案

“利用自研的智能算法，睿风平台能够输出超1000套规划方案，并在方案中为我们提供规划设计最优解，这大幅提高了项目规划的效率和精准度。在江苏沿海某风电场的实际应用中，平台计算出的设计方案相比人工设计方案，能够为项目整体节省近500万元的成本。”金飞说。

睿风数字孪生平台只是上海院在助力项目前期规划方面的一个缩影，上海院还基于海量数据专门打造了综合的可再生能源规划平台，集成了光伏、风电、抽蓄等多个规划模块，涵盖领域更为广泛，功能设置更为丰富。

打开平台，一张清晰直观的风资源图谱占据了屏幕的大半，在其左右两边分列着风资源的各项参数与宏观选址条件。“不同的颜色代表着不同的风速，颜色越深风速越高，除了风速，在这个平台上我们还可以查到气象数据、地理限制条件等，非常有利于我们进行项目规划选址。”金飞指着屏幕向记者介绍道。

该平台还对国内多家大型整机厂商已有的风机参数进行了收录整合，再结合平台的政策分析系统，可对项目提供全流程的规划设计，从资源分析、宏观选址到机位布局、机组选型等均能够提供科学的解决方案。

“有了这些平台的助力，我们在前期规划设计阶段的工作效率能提升近30%，大幅提高了项目前期开发、规划、决策的效率，同时能有效降低风险。”金飞说。

60余万个模型组成“数字升船机”

升船机是保障客船通行的重要通航设施，其结构安全问题至关重要。三峡升船机是世界上综合技术难度最高、规模最大的升船机，设备结构复杂，运维与检修面临巨大挑战。

自2016年9月试通航以来，三峡升船机已连续安全稳定运行近7年，积累了海量的工程资料与运行数据，为探索数字孪生在工程运维领域的实践打下了坚实的基础。今年3月，上海院打造的三峡升船机数字资产综合应用平台（以下简称“升船机数字平台”）上线试运行，推动升船机的运维工作进入数字化阶段。

“每一个设备、零件，在我们的平台上都有对应的数字化模型体现，每个构件都可以在屏幕上进行可视化呈现。”上海院智慧工程院工程师师会会说。

为实现升船机精确化运维管理，上海院研究团队运用数字孪生技术实现结构安全分析的可视化模拟，将升船机的机械设备在数字世界内进行了重新构建，60余万个构件数字模型在屏幕之内组成了一个“数字升船机”，每一个螺母、每一个垫片都做了数字建模，只需轻轻点击，便可尽览其材料、位置、尺寸、运行状态等信息。

师会会告诉记者：“哪怕现实中升船机上只是换一颗螺丝，在数字世界里对应该位置都会有数据变化。”

▲ 升船机数字资产综合应用平台

这个屏幕之内的“数字升船机”，让运维人员即便身处千里之外，也可以实时掌握升船机的各种状态，帮助他们在发现异常情况时进行快速搜索、定位、解析以及模拟处理等工作。

此外，升船机数字平台还以可交互三维动画的形式对核心部件运行原理与状态，以及设备维护检修全过程进行模拟还原，给运维人员提供一种身临其境的体验。

“点点鼠标，一个组装好的部件便在你面前层层拆解开来，小到零件的图纸、参数，大到整个设备的运行过程模拟，拆解后的每个零部件模型都可以360度无死角查看，还有详细的部件介绍、技术参数。”师会会一边操作升船机数字系统的VR建设模块一边向记者说道。

运维人员不仅可以借助这套系统加强对设备构件的认知，还可以通过交互操作进行模拟拆装，还原现实检修场景，快速且直观地获取信息、积累经验用以优化方案，在大幅提升检修效率降低运维成本的同时，有效规避了直接在升船机本体上操作的潜在风险。

对于设备检修以及检修方案的制订，依据现有的模型及资料成果，基于升船机数字平台可提高方案制订的准确性，减少检修方案的重复返工，辅助设备检修一步到位，提高检修和施工效率。

本文图片由三峡上海院提供

本文作者：程林

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