数字孪生 3D 风电场：HT 海上风电智慧化解决方案

在全球 “碳中和” 战略推进与能源低碳转型的背景下，风电作为清洁能源主力军，需通过智能化突破海上风电复杂环境带来的运维难题。图扑软件（Hightopo）依托自主研发的 HTML5 2D、3D 图形渲染引擎 HT for Web，无需依赖第三方插件，构建起全场景覆盖的海上风电数字孪生可视化系统，实现从施工到运维的全生命周期智慧化管理，为提升风电能源利用率、降低运维成本提供技术支撑。

HT for Web 引擎是整个解决方案的技术核心，其核心优势在于原生支持 2D 与 3D 无缝融合，通过自主研发的图形渲染技术，实现对海上风电场物理场景的 1:1 数字化还原，同时具备高效的数据接入与实时交互能力。

•环境动态模拟：通过自定义材质算法，生成拟态化水面效果与动态天空球，支持水面纹理、波动方向、颜色、光照反射强度及角度、波浪大小等参数调节；同时内置 3 种天气模式与昼夜场景切换功能，精准还原海上风浪、阴晴等环境变化，提升场景视觉逼真度与三维层次感。

•全要素数字化建模：基于卫星图、CAD 图纸等原始数据，对风电场内风机、海缆、升压站、集控中心等核心设备及布局进行三维建模，同时接入传感器实时数据，使模型不仅具备 “形态还原” 能力，更能同步反映设备运行状态（如风机转速、海缆温度等）。

HT 引擎支持多源数据接口对接，包括传感器监测数据、设备运行数据、施工进度数据等，通过 2D 面板与 3D 场景的联动，将复杂数据转化为直观的可视化信息：

•实时数据接入：采用高速传输介质，实现环境参数（风速、能见度、潮汐等）、发电指标（日 / 月 / 累计发电量）、设备状态（风机并网 / 停机 / 故障数量）等数据的毫秒级更新。

•交互式操作：用户可通过自由视角漫游、固定路线巡检、场景放大 / 缩小 / 平移等操作，查看风电场全局或局部细节；点击设备模型可弹出详细参数面板，双击海缆、风机等关键部件可调取专项监测数据。

基于 HT 引擎构建的智慧风电监管平台，聚焦海上风电运维核心需求，从环境监测、发电管理、设备预警、安全防护等维度，打造全流程可视化监管体系。

•环境参数监测：针对海上台风、温差等恶劣环境，通过对接传感器网络，在 2D 面板实时展示波浪要素、风速（支持显示瞬时值与平均值）、能见度（如 15km）、降水量（如 60mm）、温度（如 18℃）等参数，实现全天候环境预警防范。

•发电统计分析：以柱状图、数字仪表盘等形式，展示单台风机及全场的日发电量（如 150 万 kWh）、月发电量（如 3750 万 kWh）、累计发电量（如 380000 万 kWh），并对比不同风机发电差异，辅助运维人员分析电量损失原因、识别低效设备。

•节能减排量化：实时显示节约标准煤（如 1520000t）、减排 CO₂（如 116900t）、SO₂（如 38000t）及 NOₓ（如 60800t）等数据，直观呈现风电项目的环保效益，为 “双碳” 目标考核提供数据支撑。

•风机全生命周期监管：通过颜色标记区分风机并网、停机、待机、维护、故障等状态（如并网 50 台、停机 2 台、故障 2 台），实时展示风机预警处理率（如 92%）与未处理预警数量；对接风机零部件故障接口，可预警转速异常、机舱控制柜温度过高、液压泵无反馈等问题，并支持预警信息的反馈与消缺跟踪，实现预防性维护。

•海缆安全监测：采用光纤分布式传感技术，在 3D 场景中绘制海缆分布走向，双击海缆可查看温度（平均值、最大值）、载流量（如 997.59A）、应变力（如 15N）等参数；支持自定义温度异常、锚害等告警类型，结合风机定位快速锁定受损海缆位置，减少因海缆故障导致的电量损失。

•升压站无人值守：对海上升压站与陆上开关站进行高精度建模，支持点击切换至设备内部结构视图，实时监测主变室、GIS 室等关键区域的电压（如 20.71kV-21.00kV）、电流（如 0.00A-84.70A）等指标；融合远程巡检机器人定位数据，在 3D 场景中还原机器人巡检路径与实时监控画面，替代人工巡检，降低高压环境作业风险。

•电子围栏监管：对接船事系统数据，在 3D 场景中划定风电水域电子围栏，实时显示入侵船舶（施工船、渔船、非法船只）的编号、入侵时间、离开时间及经纬度轨迹（如船舶 F1558 于 05.17 16:52:46 入侵，05.17 17:42:53 离开）；当船舶靠近围栏时触发告警，提醒管理人员及时处置，保护风电场设备安全。

•视频监控整合：根据现场摄像头实际点位，在 3D 场景中标记摄像头位置，点击即可调取实时视频画面，解决传统视频监控 “分散孤立、视角不完整” 的问题；支持历史视频回溯与应急场景视频联动，提升运维人员对现场态势的掌控能力。

海上风电场施工面临高空作业多、安全风险高、协调难度大等问题，HT 可视化系统覆盖施工全流程，实现进度、质量、安全的一体化管控。

•实时进度追踪：基于施工进度数据接口，在 3D 场景中动态展示风机、海缆的施工状态（已施工、施工中、计划施工、未计划施工），并通过时间轴功能还原风机从基础打桩、塔筒吊装到叶片安装的全过程。

•计划与资源管理：在 2D 面板展示施工计划，包含施工时间、施工对象（如风机 G1558-G1562）、投入船舶数量（如 2-10 艘）及人员数量（如 5-7 人），支持业务人员远程统筹协调施工资源，减少现场沟通成本。

•质量问题闭环管理：实时统计施工中发现的问题数量（如 26 个），按 “已整改”“待整改”“整改中”“待验收” 分类展示，明确问题责任人（如 “小树”“杨洋”）与整改进度，确保质量问题可追溯、可管控。

•安全风险预警：针对桩基础起吊、人员高空作业等高危环节，通过传感器监测施工设备运行状态与人员位置，在 3D 场景中标记安全隐患点，触发告警时同步推送至管理人员移动终端，降低安全事故发生率。

通过 HT 引擎实时反馈风机吊装角度、沉桩深度、升压站基础施工等技术指标，辅助工程团队复核施工方案；基于历史施工数据积累，优化吊装运输路径与基础打桩参数，为深水区海上风电施工提供技术支撑。

HT 驱动的数字孪生 3D 风电场解决方案，通过 “无第三方插件依赖” 的自主技术架构，实现了海上风电从 “传统运维” 向 “智慧运维” 的转型：在效率层面，预防性维护使风机故障率降低，发电效率提升；在成本层面，无人值守与远程巡检减少人工投入，运维成本下降；在安全层面，全场景预警与风险管控降低事故发生率。

未来，随着 “双碳” 目标推进，风电在能源结构中的占比将持续提升。HT 技术将进一步融合人工智能、大数据分析能力，实现风机故障智能诊断、发电负荷预测、施工风险自动评估等高级功能，为海上风电规模化发展提供更强大的技术保障，助力能源清洁低碳转型。

审核编辑 黄宇