基于數(shù)字孿生技術(shù)的平房倉通風(fēng)系統(tǒng)三維可視化運(yùn)維平臺構(gòu)建研究

摘要

平房倉機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)由地上通風(fēng)管道、地下通風(fēng)籠、風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備組成，是綠色儲糧的核心設(shè)施。傳統(tǒng)運(yùn)維模式依靠紙質(zhì)圖紙記錄通風(fēng)籠布局，圖紙丟失、地下設(shè)施隱蔽不可見，通風(fēng)故障排查、維修改造效率低。本文以北京鴻鷗成運(yùn)井下成像檢測數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，融合通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)測空間坐標(biāo)，搭建平房倉通風(fēng)系統(tǒng)2D?3D數(shù)字孿生運(yùn)維平臺；闡述平臺總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、三維建模、仿真模擬、遠(yuǎn)程可視化管控功能；分析數(shù)字孿生平臺在通風(fēng)故障溯源、通風(fēng)氣流仿真預(yù)判、老舊倉房通風(fēng)系統(tǒng)改造、全生命周期檔案管理方面的應(yīng)用價值；提出平臺建設(shè)實(shí)施路徑與糧倉落地推廣對策。結(jié)果表明，數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)糧倉地下隱蔽通風(fēng)設(shè)施可視化、數(shù)字化、智慧化管理，為平房倉通風(fēng)系統(tǒng)長效運(yùn)維提供新型技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；平房倉；地下通風(fēng)籠；通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)維；三維可視化；智慧糧庫；隱蔽工程管理

0 引言

機(jī)械通風(fēng)、環(huán)流熏蒸是我國平房倉綠色儲糧關(guān)鍵工藝。地下通風(fēng)籠埋藏于地坪之下，屬于隱蔽工程。經(jīng)過十幾年甚至幾十年運(yùn)行，很多老舊糧庫通風(fēng)系統(tǒng)原始施工圖紙遺失，地下通風(fēng)籠走向、分支位置、破損情況無從查證。通風(fēng)出現(xiàn)降溫不均、局部糧溫偏高、通風(fēng)阻力過大等故障時，管理人員只能依靠經(jīng)驗(yàn)推測故障位置，維修往往需要大面積開挖地坪，費(fèi)時費(fèi)力，嚴(yán)重影響糧食輪換計(jì)劃。

隨著智慧糧庫建設(shè)不斷升級，數(shù)字化、可視化成為糧倉運(yùn)維發(fā)展方向。數(shù)字孿生技術(shù)通過物理實(shí)體與虛擬三維模型一一映射，將地下隱蔽設(shè)施搬到線上三維平臺，管理人員在電腦端就可以直觀查看地下通風(fēng)籠布局、病害位置。本文依托井下360°旋轉(zhuǎn)成像實(shí)地勘查成果，采集通風(fēng)系統(tǒng)真實(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建平房倉通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)字孿生運(yùn)維平臺，探究平臺架構(gòu)、功能與工程應(yīng)用價值，為糧倉通風(fēng)系統(tǒng)智慧運(yùn)維提供新思路。

1 平房倉通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)維現(xiàn)存痛點(diǎn)

第一，地下通風(fēng)籠屬于隱蔽工程，看不見摸不著，病害發(fā)現(xiàn)滯后；

第二，老舊倉房圖紙缺失，地下管路位置不清，改造施工易挖壞原有通風(fēng)設(shè)施；

第三，通風(fēng)故障發(fā)生后，故障點(diǎn)定位慢，維修開挖范圍大，成本高；

第四，通風(fēng)設(shè)施檢測、維修記錄分散，沒有統(tǒng)一數(shù)字化檔案，全生命周期管理困難。

傳統(tǒng)的文字、二維圖紙管理模式，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化糧倉運(yùn)維管理需求，亟需建立一套三維可視化、可溯源、可仿真的數(shù)字化運(yùn)維管理平臺。

2 通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)字孿生平臺總體架構(gòu)

平房倉通風(fēng)系統(tǒng)數(shù)字孿生運(yùn)維平臺分為感知數(shù)據(jù)層、模型層、仿真分析層、應(yīng)用功能層、用戶終端層五大層級。

2.1 感知數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)源主要包括：電纜式360°旋轉(zhuǎn)井下成像系統(tǒng)現(xiàn)場檢測視頻與病害記錄、通風(fēng)籠空間坐標(biāo)測量數(shù)據(jù)、倉房建筑圖紙、風(fēng)機(jī)閥門設(shè)備參數(shù)、歷次通風(fēng)運(yùn)維維修記錄、糧溫監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)。井下成像檢測為地下隱蔽設(shè)施提供真實(shí)病害影像，是三維模型精準(zhǔn)構(gòu)建的核心實(shí)地?cái)?shù)據(jù)來源。

2.2 三維模型層

構(gòu)建倉房建筑模型、地上通風(fēng)管路模型、地下通風(fēng)籠三維實(shí)體模型、風(fēng)機(jī)閥門設(shè)備模型；將井下檢測發(fā)現(xiàn)的通風(fēng)籠堵塞、破損病害位置標(biāo)注在三維模型對應(yīng)點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)物理通風(fēng)設(shè)施病害信息與虛擬模型一一對應(yīng)。

2.3 仿真分析層

集成通風(fēng)氣流仿真模塊，可模擬風(fēng)機(jī)開啟后，氣流在地下通風(fēng)籠內(nèi)部、糧堆當(dāng)中流動路徑；預(yù)判通風(fēng)死角區(qū)域，輔助通風(fēng)工藝優(yōu)化調(diào)整。

2.4 平臺核心應(yīng)用功能層

1、三維可視化瀏覽：線上3D查看地下通風(fēng)籠走向、分支位置、病害點(diǎn)位；

2、病害臺賬管理：歷次檢測病害、維修記錄存入平臺，形成通風(fēng)設(shè)施全生命周期檔案；

3、通風(fēng)故障溯源分析：出現(xiàn)通風(fēng)阻力異常，結(jié)合三維模型快速定位疑似故障管段；

4、通風(fēng)改造方案仿真推演：通風(fēng)系統(tǒng)升級改造前，在孿生平臺上模擬改造管路布局，預(yù)判通風(fēng)效果，優(yōu)化改造方案；

5、多倉集中管理：一個平臺管理庫區(qū)多個平房倉通風(fēng)孿生模型，實(shí)現(xiàn)庫區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)集約化管控。

2.5 用戶終端層

電腦網(wǎng)頁端、糧庫智慧管理大屏、移動端小程序，管理人員隨時隨地查看通風(fēng)系統(tǒng)三維模型與運(yùn)維檔案。

3 平臺建設(shè)實(shí)施技術(shù)路線

第一步：現(xiàn)場勘查檢測。采用電纜式360°旋轉(zhuǎn)成像系統(tǒng)，從通風(fēng)口下入探頭，探查地下通風(fēng)籠實(shí)際走向、病害位置，同步采集空間坐標(biāo)；

第二步：三維建模?；趯?shí)測數(shù)據(jù)建立通風(fēng)系統(tǒng)精準(zhǔn)三維數(shù)字孿生模型；

第三步：歷史資料錄入。將倉房歷年通風(fēng)運(yùn)維、維修記錄上傳平臺；

第四步：仿真模塊配置，氣流仿真參數(shù)調(diào)試；

第五步：平臺上線試運(yùn)行，人員操作培訓(xùn)；

第六步：后期定期復(fù)測更新模型病害數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)模型動態(tài)更新。

4 工程應(yīng)用場景分析

4.1 通風(fēng)故障快速溯源

當(dāng)倉內(nèi)出現(xiàn)局部糧溫居高不下，通風(fēng)降溫效果差時，管理人員打開數(shù)字孿生平臺，查看地下通風(fēng)籠歷史病害點(diǎn)位，快速鎖定疑似堵塞管段，精準(zhǔn)制定開挖維修點(diǎn)位，縮小開挖范圍，節(jié)省維修時間與成本。

4.2 老舊倉房通風(fēng)系統(tǒng)改造仿真推演

老舊平房倉通風(fēng)系統(tǒng)升級改造，在施工之前，于孿生平臺上搭建改造方案三維模型，模擬通風(fēng)氣流效果，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，優(yōu)化管路布局，降低改造施工風(fēng)險。

4.3 地下隱蔽工程數(shù)字化檔案留存

解決老舊倉房圖紙遺失難題，通風(fēng)籠三維孿生模型保存在平臺，無論管理人員如何更替，地下通風(fēng)設(shè)施情況清晰可查，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)施全生命周期數(shù)字化管理。

4.4 庫區(qū)多倉通風(fēng)系統(tǒng)集中智慧管控

糧庫管理部門可在庫區(qū)智慧大屏，統(tǒng)一查看所有平房倉地下通風(fēng)籠病害狀態(tài)，統(tǒng)籌安排通風(fēng)系統(tǒng)維修維保計(jì)劃，提升庫區(qū)整體儲糧安全管理水平。

5 平臺落地現(xiàn)存難點(diǎn)與對策

難點(diǎn)一：部分糧倉地下通風(fēng)籠分支較多，現(xiàn)場勘查工作量大；對策：分區(qū)分批開展井下成像勘查，分倉逐步完成孿生模型建設(shè)。

難點(diǎn)二：通風(fēng)氣流仿真參數(shù)調(diào)試復(fù)雜；對策：結(jié)合糧倉歷史通風(fēng)實(shí)測數(shù)據(jù)，校正仿真模型參數(shù)，提升仿真準(zhǔn)確度。

難點(diǎn)三：基層糧庫數(shù)字化運(yùn)維人才不足；對策：配套簡單易上手操作界面，開展平臺運(yùn)維操作培訓(xùn)。

6 結(jié)論

本文構(gòu)建基于實(shí)地井下成像勘查數(shù)據(jù)的平房倉通風(fēng)系統(tǒng)2D?3D數(shù)字孿生運(yùn)維平臺，利用數(shù)字孿生技術(shù)把地下隱蔽通風(fēng)籠可視化線上呈現(xiàn)。平臺具備三維瀏覽、病害臺賬、故障溯源、改造仿真推演等多項(xiàng)功能，能夠有效解決老舊平房倉地下通風(fēng)設(shè)施圖紙缺失、故障排查難、改造風(fēng)險高的運(yùn)維痛點(diǎn)。數(shù)字孿生可視化運(yùn)維新模式，是平房倉通風(fēng)隱蔽工程智慧化管理重要發(fā)展方向，具備較高推廣價值。

全套分類關(guān)鍵詞匯總（可用于論文、標(biāo)書、宣傳推廣）

核心設(shè)備關(guān)鍵詞

LD200激光盤料系統(tǒng)；倉房數(shù)量在線監(jiān)測設(shè)備；懸掛式固定式激光雷達(dá)；棚頂懸掛盤料儀；糧倉三維盤點(diǎn)設(shè)備；非接觸3D光電測量多傳感平臺；倉外主控箱

技術(shù)原理關(guān)鍵詞

三維激光掃描；360°全域掃描；點(diǎn)云采集；糧堆三維重建；散糧體積測算；不規(guī)則糧面測量；多傳感器融合；點(diǎn)云去噪

糧倉工況性能關(guān)鍵詞

糧倉熏蒸氣密性；磷化氫防腐；糧倉粉塵穿透；全天候測量；厘米級精度；儲量測量誤差≤2%；無人值守全自動盤點(diǎn)；單次掃描≤5分鐘

行業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵詞

智慧糧庫；平房倉；淺圓倉；國家儲備糧；糧食庫存監(jiān)管；存量倉能化改造；糧食安全；在線盤點(diǎn)；散糧儲量監(jiān)測；倉房視頻?儲量一體化監(jiān)測

對比選型關(guān)鍵詞

軌道小車盤庫；人工盤點(diǎn)；懸掛固定式盤點(diǎn)；倉內(nèi)在線監(jiān)測；低成本倉房升級改造

糧庫行業(yè)關(guān)鍵詞匯總

一、核心產(chǎn)品詞（主搜詞，放標(biāo)題優(yōu)先）

智能化糧庫便攜式數(shù)量檢測儀、糧庫蟲害檢測系統(tǒng)、氣體取樣探桿誘捕器、糧食數(shù)量檢測設(shè)備、智慧糧庫管理系統(tǒng)、智能平倉機(jī)器人、糧倉糧食數(shù)量檢測儀、環(huán)流熏蒸系統(tǒng)、糧庫多參數(shù)監(jiān)測設(shè)備、糧庫可視化監(jiān)測平臺

二、行業(yè)場景詞（精準(zhǔn)匹配客戶搜索）

智慧糧庫、糧倉監(jiān)測、平房倉、糧庫倉儲、糧食儲備庫、中央儲備糧庫、地方糧庫、糧庫庫存監(jiān)測、糧庫蟲害監(jiān)測、糧庫熏蒸作業(yè)、糧庫庫存可視化、糧庫倉儲管控

三、功能技術(shù)詞（賣點(diǎn)）

庫存可視化、多參數(shù)監(jiān)測、實(shí)時監(jiān)測、三維可視監(jiān)管、大數(shù)據(jù)云計(jì)算、遠(yuǎn)程監(jiān)控、便攜式檢測、蟲情誘捕、氣體取樣、環(huán)流熏蒸、糧庫智能化改造、糧庫智慧管控

四、推廣長尾關(guān)鍵詞（愛采購商品標(biāo)題、短視頻標(biāo)簽）

1. 智慧糧庫管理系統(tǒng)平臺開發(fā)

2. 糧庫平房倉機(jī)器人巡檢設(shè)備

3. 便攜式糧庫蟲害數(shù)量檢測儀

4. 糧倉庫存可視化在線監(jiān)測系統(tǒng)

5. 環(huán)流熏蒸系統(tǒng) 糧庫倉儲配套設(shè)備

6. 智能化糧庫多參數(shù)實(shí)時監(jiān)測設(shè)備