这才是图扑数字孪生污水处理厂该有的样子

来源：开云下载    发布时间：2024-08-24 22:14:07

  图扑软件依托自主研发的 HT for Web 产品，并结合视频融合、BIM、5G、物联网、云计算及大数据等先进的技术，围绕水质达标、安全生产、高效率节约能源等生产、运营和管理目标，搭建了集污水处理厂区建筑及生产设备、管线等设施的三维场景，将污水厂实时运行信息、日常管理信息进行智慧管控，确保其科学、高效、安全、智慧运行。

  本次智慧污水处理厂可视化项目，基于 PBR 物理渲染的材质而开发，使渲染的结果很具有真实感。直观、高效、精准地展示污水处理厂的空间数据、实时的监控与管理等信息。

  整体场景采用航拍方式获取园区建模所需资料，利用飞机或无人机搭载多台传感器，对污水处理厂进行拍摄采集，快速高效获取真实反映厂区情况的数据信息，结合手工建模进行模型搭建、场景渲染等工作，最终获得三维模型。

  传统污水处理厂生产及配套系统最重要的包含污水处理系统、污泥处理系统、加药系统等。图扑智慧污水处理厂解决方案通过自主研发的 2D、3D 图形渲染引擎勾勒精准数据模型，多维动态展示污水处理厂外景，高频次刷新设备实时数据，一站式呈现全厂运营态势。

  综合监视系统可以通过图扑软件的可视化引擎以及地理信息系统（Geographic Information System，GIS）有关技术，对污水处理厂进行全方位的数字化建设，全方位掌握所有站点的整体运维状况。可通过鼠标和键盘的常规交互操作，实现对场景的旋转、平移、缩放。

  画面两侧数据面板展示厂区设备运维的能耗、经营成本、实时报警、街道供水量等关键指标参数，将采集的数据信息转化为相应的图形信息，直观的展示全厂各工艺流程段的实时设备工况，使管理人员及时掌握水厂运行情况。

  图扑软件数字孪生污水处理厂管理系统，基于工业物联网网关实时采集现场内多个设备的数据，对设备的运作时的状态、故障信息进行可视化展示；另外系统可扩展支持设备使用状态查询、实时数据查看、实时报警管理等功能，也可针对特定种类设备做特色管理。

  污水处理厂是能耗大户，能耗管理模块通过大数据采集、录入、计算，将污水处理厂内的每个工艺段及设备的能耗成本做综合统计展示，辅以实时动态的二维折线图图形，将本周耗水量、耗电量、耗药量数据与上周作对比分析，形象直观、精准呈现，方便用户及时洞察关键能源的使用成本。

  污水处理厂据此还可实施避峰就谷生产用电管理模式，在完成生产任务的前提下，通过合理组织安排生产时间，降低电费平均价格，以此来实现降低生产用电成本。

  结合图扑软件 Web 2D 组态功能，再通过数据采集，实现设备报警监测可视化，对阀门开/关到位故障、污水液位过低、药剂量不足、设备工况异常等故障报警信息进行展示。并按照突发事件发生的紧急程度以及会造成的危害程度来进行响应级别分级，并通过不一样的颜色进行标示，帮助管理者提前预判也许会出现的各种意外风险，进行有关事件预警和报警信息的及时推送和发布。

  图扑软件同样支持通过 HT for WebGIS 实现火灾位置的精准定位，当发生火灾时，智能烟感能准确探测到明火带来的烟雾，并将准确位置传达给管理员，实现快速救援。

  污水厂不同的处理工艺会产生不同的运营效果，经营成本也会有差别。图扑软件 HT 2D 面板实时展示管理成本、经营成本、财务成本等各项参数，使管理人员及时了解运营情况，并依据相应数据变化调整污水处理工艺，来提升企业的经济效益。

  图扑软件 HT 街道供水量统计模块展示污水厂对主要几个负责的街道供水量统计情况，通过二维柱状图图表，将中山路、和平路等街道的供水量以实时动态的形式直观精准呈现，方便用户及时了解各街道供水情况。

  污染物削减量监测系统对各工艺段中主要的污染物指标进行实时动态监测，及时了解CODcr、NH3-H、BOD5、TP、SS、TN 污染物的削减量和削减率指标参数。

  污水处理按处理程度不同可分为三级处理流程，即一级预处理（物理处理）、二级处理（生物处理）以及三级处理（化学处理或深度处理）。图扑软件 HT 引擎可根据 CAD 图、鸟瞰图、设备三视图等资料实现高精度建模还原，真实模拟了污水进行层层处理，最终作为饮用水水源的全过程。

  一级处理系统又称为物理处理系统，物理处理作为净化水厂水处理的第一道工序，可以截留污水中的漂浮物如纤维、纸浆等细小悬浮物。

  粗格栅就是物理处理的“守门大将”，有效的栅渣拦截可以提高水泵等重要设备的使用效率和使用年限。通过图扑软件 3D 的高仿真模型效果，对格栅机的组装部件和拆解进行数字孪生，融合智能传感器，2D 面板可显示格栅机运行功率、液位及状态。

  方便运营人员定期进行巡视检查，观察粗格栅前后的液位差是否符合设计值，检查设定的运行时间内有无正常运行。防止液位过低、过栅流速过快导致大型漂浮物撞击栅条和刮渣设备，造成粗格栅的损毁。

  调节池是一种用于调节进出口流量的结构，为了使管道和结构正常工作，不受废水高峰流量或浓度变化的影响，一般需要在污水处理设施前设置调节池。图扑软件运用丰富的可视化图表和动画效果，实时统计进水调节池的设备监测数据，数据涵盖液位、搅拌机的启停、功率、状态、转速等多个关键指标，协助作业管理人员进行水量调节，使流出的水质比较均匀，确保进水调节池水量控制在有效水深范围内（2~3m），以避免后续处理设施承受过大的冲击负荷。

  提升泵房是把污水提升进入厂区的水处理构筑物。提升泵站一般由水泵、集水池和泵房组成。运用图扑软件 HT 丰富的 2D、3D 组态可视化技术数字孪生提升泵房，建立动态的数字化提升泵房可视化平台。2D 面板联动三维场景，动态实时更新泵房流量、扬程和功率等关键指标，解决管理人员需要进行 24 小时不间断的运营管理等问题，保证泵站安全稳定运行。

  细格栅的栅条间距为 5-10mm，设在提升泵房后沉砂池之前，细格栅拦截细小的漂浮物，保护后续工序设备正常运转和减轻处理负荷。细格栅的运行中受到污水原水的影响较大，设备机件出现故障的频率高于其他后续设备。图扑软件 HT 系统可实时展示细格栅当前的运行状态情况，进一步减轻其处理负荷，加强维护保养能力，对出现的问题及时发现并采取措施进行维护。

  接着，污水就进入到了第一级水处理构筑物沉砂池。旋流沉砂池主要去除污水中相对密度大于 2.65，粒径大于 0.2mm 的砂粒，使无机砂粒与有机砂粒分离开来，便于后续生物处理正常运行。

  旋流沉砂池的搅拌机转速决定了砂粒在旋流沉砂池内能否沉淀下来。图扑软件通过搭载智能转动传感器，对除砂器、砂水分离器的运行数据进行实时采集监控，并同步上传至 2D 可视化面板中直观展示呈现。运行人员点击沉砂池内对应设备，即可查阅旋流沉砂池转速，并进行合理的调整，使其适应相应污水中的砂粒，保证旋流沉砂池除砂效果。

  二级处理系统又称为生物处理系统。污水中最重要的一些污染物质，都是溶解态的，要去除这部分污染物质，就需要利用生物处理的方法：把污水中溶解性的污染物质，当做微生物的食物，在微生物生长繁殖的过程中，污水也就自然得到净化。其工艺构成多种多样，可分成生物膜法和活性污泥法（AB 法、A/O 法、A2/O 法、SBR 法、氧化沟法）稳定塘法、土地处理法等多种处理方法。

  水解酸化池在调试阶段的重要阶段就是污泥的培养。水解酸化-好氧生物处理工艺中的水解目的主要是将原有废水中的非溶解性有机物转变为溶解性有机物，特别是工业废水，主要将其中难生物降解的有机物转变为易生物降解的有机物，提高废水的可生化性，以利于后续的好氧处理。

  图扑软件通过搭载智能水质监测传感器，在线监测 COD、氨氮、总磷的含量，工作人员可在低于要求值时及时投加营养剂，避免因为检测不及时使得池内营养物匮乏造成微生物不能适应新环境或饿死。

  生化池内通过对缺氧、厌氧、好氧三个工艺段的调控，使释磷菌、聚磷菌、硝化菌、反硝化菌等微生物得以生存繁殖，从而充分利用各类微生物降解污水中的 BOD5、NH3-H、CODcr、TN、TP 等污染物。传统的生化池碳源投加完全由人工控制，系统无法做到精细化加药。

  利用图扑软件 0 代码平台构建的生化池孪生体，实现对药剂投加环节的实时监测，按需分配各控制区域的供气量或加药量，实现精细化控制，确保生产过程安全稳定和出水水质更好。

  曝气池的作用是让活性污泥进行有氧呼吸，进一步把有机物分解成无机物，去除污染物的功能。图扑软件通过轻量化 3D 建模技术，将曝气池的外观以及设备进行数字孪生，并辅以 2D 面板展示除臭、PH 值等相关数据信息。辅助作业人员控制好含氧量及微生物的其他各需条件，使微生物具有更大效益的进行有氧呼吸。

  通过图扑软件 HT 3D 的高仿真模型效果，对污水厂的二沉池以及生物反应池进行数字孪生：经过生物反应池处理后，污水中就存在大量的生物，都是絮状体的物质，经过二次沉淀池的处理，把絮状物从水中分离出来。第二沉淀池底部沉积的大量污泥，除了一部分需要回流外，大部分的剩余污泥，需要外排做脱水处理。

  图扑软件通过对接刮吸泥机数据接口，实现场景内二沉池处理工艺的实时状态展示，数据涵盖水深、功率、状态、运行时长、TP 等，管理人员发现异常后可及时采取针对措施解决，以免影响水质。

  常用的生物法有厌氧生化、活性污泥法、生物膜法、自然生物处理等方法，一般二级处理工艺选用活性污泥法，通过鼓风或机械曝气，利用好氧菌将有机物去除。在污水处理上因为氧化池、好氧池、曝气池需要通过高压气体将其进行搅拌，所以对于风机的出气压力要求比较高。

  然而，夏季高温或雷雨天气很可能会造成风机设备故障，影响正常的运作流程，使得出气压力难以达标。图扑软件 3D 可视化系统中将鼓风机的空间分布进行高度集中。时刻关注着设备的启停、转速、内部水温、主机压差、电机线圈温度的运作形态，实现对设备主体运行态势的远程遥控监测。以此确保鼓风机房内通风正常、转动设备散热风扇运行正常，以及冷却风道的畅通。

  三级处理又成为化学处理系统。化学处理系统是城市污水处理的最后一环，是污水高级处理措施。三级处理一般会在消毒池中进行处理。

  高效絮凝沉淀池是废水处理中沉淀池的一种，通过投加聚合氯化铝、ClO2 等混凝剂和氧化剂，让水中杂质絮凝反应并进行预氧化。废水中投加混凝剂后形成的矾花，生活污水中的有机悬浮物，活性污泥在沉淀过程中都会出现絮凝沉淀的现象。

  图扑软件将 BIM 技术应用到高效絮凝池中，BIM 技术将模型进行细化及深化之后，配合图扑软件 HT 引擎，进行贴近现实的三维渲染动画。将混凝絮凝的全过程信息监控。

  系统可实时显示慢速搅拌机的转移速度，保证矾花不会发生破损（速度限制在 0.056 米/秒）或堆积在推流反应区。

  图扑软件 HT 具有轻量化、低成本的优点，企业无需再购置笨重昂贵的 GIS 和 BIM 软件；而且上手门槛低、效果好，传统 Web 开发人员可轻松上手，借力 HT 强大的 3D渲染效果即可做出高仿真场景。

  纤维束滤池是一种结构先进、性能优良的重力式过滤技术，作为深度处理手段，采用一种新型的纤维束软填料作为滤元，其滤料直径可达几十微米甚至几微米，属微米级过滤技术。

  图扑软件通过搭载水厂在线监测设备，对纤维束滤池水质（ COD、BOD5、SS、TN、TP 等污染物指标） 24 小时不间断监测，并实时显示在水厂控制室大屏上，使工作人员随时掌握水质最新情况，有效提升水质监督自控能力，使出水达到一级 A 标准。

  污水经过滤后，病毒及大肠杆菌指标仍末达到排放标准。紫外线消毒在水处理和灭菌要求较高的医院污水处理一直有较多的应用。图扑软件通过搭载智能传感器，实时采集紫外线消毒灯管强度及使用时间，管理人员可根据告警及时更换辐射强度不足的紫外线灯管，有效解决细菌杀灭不彻底，细菌复活等问题。

  污泥处理是对污泥进行减量化、稳定化和无害化处理的过程。对现代化的污水处理厂而言，污泥的处理与处置已成为污水处理系统运行中最复杂、且花费最高的一部分。一般情况，污水处理厂主要采用污泥浓缩和污泥脱水两步工艺对污泥减容减量。

  污泥浓缩池主要用来处理一些浓度较低的固液混合料浆，以提高底流中污泥的含量，为后续污泥处理流程做准备。

  图扑软件（Hightopo）三维污泥浓缩机监控场景，整合 2D 组态与 3D 仿真形态呈现。通过匹配智能传感器，对污泥浓缩机部署 3D 可视化动态监测。运维人员可借助刮吸泥机水深、功率、运行时长的参数变化情况对气流组织展开评测和调控，确保经污泥浓缩机浓缩后流出浓度在 3% 以上，便于后续的机械脱水，提高机械脱水的工作效率和使用效果。

  污泥脱水处理是生活污水和工业废水处理中的重要环节，经浓缩脱水处理后的污泥，体积和含水率大幅降低，不但实现了污染“减量化”，也降低了后续污泥干化焚烧或填埋等处置方法的难度和成本。通过污泥脱水机处理后的污泥水分含量特别低，呈现疏松的松懈状况。

  图扑软件 3D 污泥脱水池场景内的板框和空间结构与实际物理场景一一对应。通过搭载智能传感设备，对进泥累积流量和进泥瞬时流量等数据同步监测，为工作人员提供强有力的数据支撑，实现污泥脱水系统高效、稳定的运行。

  应用图扑软件（Hightopo）自主研发的 HT 产品上的 Web 组态，结合 2.5D 轻量化设计形式，将污水处理厂各个工艺段的单体进行绘制，并连接地下管网系统进行动态示意呈现，便于使用者了解到各个工艺段之间污泥、污水、生产等管道的连接关系。丰富的图形组件和界面设计，将枯燥繁琐的数据进行图形化、场景化展现。

  整体设计以写实风格为主基调。满足运维人员端到端的 IT 可视性，清晰快速掌握各类设备所处位置和资产信息，精准的审视污水厂全局景象。实时网页监控污水处理工艺，统计分析污水处理数据，提升污水处理工艺效率、厂区安防水平。

  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，多元素丰富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平台。

  通过图扑软件 HT 打造的视频监控系统，支持根据现场摄像头实际点位，实现场景还原、在线监测数据的融合分析。管理人员可通过摄像机查看重要工位、工艺环节的实时图像，支持数据和视频在同一屏幕展示。

  图扑软件 HT 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。

  污水厂水质监测是实现污染源监测的重要一环，准确的水质监测数据关乎到污水的有效处理，从而保证出厂水排放品质，防止污染水源对于居民的生产生活产生恶劣的影响。

  图扑软件 HT 水质数据可视化版块，围绕进水水质、出水水质（磷、氮、PH、SS、COD、余氯）进行协同分析和可视化图表展示，给用户以简洁、方便的使用体验。为污水厂实现水质稳定达标、节能降耗的目标保驾护航。

  图扑软件根据各地水务管理需求，搭载智能传感器，对街道供水量、近四年内用水量等信息进行实时采集，对进/出水的瞬时、累计流量等远程监控，做到心中有尺，有的放矢地调控生产动态，进一步提升生产管理水平。

  图扑软件通过搭载智能传感器，对接区域内所需监控的日污泥处理量（处理量、含水量）、药剂统计（聚铁、PAM、工业盐、三氯化铁、氧化钙）等信息，实时监控污泥处理进度、脱水进度、耗能等一系列处理系统，方便后台人员实时感知并及时处理故障问题。

  设备详情页面，是对水厂重点工艺段的建设参数、功能描述、风险等级等数据进行展现。

  污水处理厂在实际运转过程中，通常需要强大且完善的管网能力来进行大量污水的收集与稳定处理。一旦排污管网不完善，将会严重影响自身纳污能力，同时对自身的污水处理也会造成严重的干扰。

  图扑软件针对污水厂各类工艺管线布局，采用 HT 引擎逼线 呈现污水处理厂管道分布的 3D渲染模型。对污水处理管道实时感知，在线监测。系统将管网按类型选用不同颜色标识，与实际物理场景一一对应，清晰的标注出污水处理的各种管线流向，有污水管线、污泥管线、空气管线、加药管线等。帮助厂内工作人员熟悉和认知厂内管线，提升污水厂管理水平。

  该页面选用夜景效果进行展示，精准绘制出设施完整、拓扑清晰、位置准确的排水管路“一张图”。当面临暴雨等极端天气、管道位置偏移、排水管道渗漏等事故时，场景内会产生高亮报警，并提供最直接、最准确的实测初始资料，提醒监管人员快速处理，提高管线管理水平和故障解决效率。

  净水系统作业中主要是对污水厂设备日常巡检和运维，以保证污水处理，供水和使用的安全稳定。随着污水厂设备自动化和信息化建设升级，净水系统巡检工作量、难度增大，时效性难以保障。

  基于 Web 3D 开发技术搭建的净水系统虚拟漫游巡检，将污水厂中的各种设备、零部件、传感器及数据信息进行原比例 3D 建模渲染还原，实时加载净水设备运维数据，模拟现实世界污水厂的设备运行状态。

  虚拟现实漫游系统所创造的平台，通过 3D 建模根据实际场景进行等比例的建模，然后结合 PBR 材质系统，通过高级材质球，打造逼真的场景还原。例如：太阳光和阴影的实时更新、以及模拟 24 小时天气效果。

  利用鼠标、键盘等通用交互设备，操作者可以在虚拟场景内按特定路线进行漫游浏览，操作简单直观。管理人员可以轻松上手，进行方向控制、观测角度调整、高度控制等操作，并且可通过右侧时间轴节点展示场景早午晚效果变化，使操作者产生身临其境的感受。

  在固定路线的全场景漫游中，可对漫游路线进行暂停、播放和跳过的操作，暂停后可以 360 度环视场景，也可对特定景物进行细节聚焦、360 度展看，并可拓展漫游速度功能，支持对漫游速度进行调节。

  在本次的案例规划中，我们图扑软件的设计师和开发人员独具匠心的尝试加入了第三人称漫游模式，通过加载虚拟人物的动作库，可实现虚拟人物站立、四周探查、行走、奔跑、跳跃、落地翻滚等不同动作效果模拟，赋予常规巡检漫游过程中，可玩性更高的体验效果。

  污水厂运维人员仅需线上进入三维仿真净水系统虚拟漫游，即可自主查看 3D 可视化的设备，调取对应节点视频，核验数据、事件及周期，远程控制净水设备运行状态，更便捷精准化地对设备巡检、排故及远程指导，及时安排人员就近检修，提升巡检和维修效率。

  区别于全场景漫游是按规划好的特定路线进行浏览体验，在自由漫游模式中，操作者可控的自由度更高。同样是第一人称视角，该模式下，滑动鼠标即可自由控制视角朝向，通过键盘 WASD 按键控制视角移动，按下 SPACE 空格按键，即可提升视角高度，按住则可持续升高。另外加入了对视角旋转和移动控制的步进程度功能，可通过方向键进行自由调节，按下 ESC 键则可退出该模式。

  图扑软件 HT 可视化技术采用 B/S 架构，通过对传统二维的水厂组态图进行重构设计，对再生水厂厂区内的主要工艺流程进行 2D/2.5D 可视化设计，根据业务单元“消化池系统”、“絮凝剂系统”、“外来污泥接收系统”进行分类设计，结合接入测点后监测到的实时数据，直观呈现工艺流程和工艺设备的运行状态。

  图扑软件还搭建了以厦门区域为载体的 2D 智慧水务可视化解决方案。界面摒弃了以往传统的地图模式，采用更加简洁的六边形色块拼接出湖泊水库等地形，河流分支则运用更加简化的线条予以展现，再选用不同颜色标明泵站、自来水厂、污水处理厂、非饮用水、饮用水水源及水源保护区域位置。

  针对水务行业市场需求，图扑软件打造了一个污水处理厂泵站自控系统。该系统基于物联网理念，采用信息化手段，实现对管网运行指标的实时监测，保证管网安全高效地发挥作用，通过构建安全预警平台，提高应急指挥及快速处置能力，保障城市排水管线的安全运行。

  图扑软件搭建的污水处理厂可视化项目，对现场设备设施及工艺流程中的实际运行采集的数据进行可视化展示，当发生异常情况可以即时、准确地将报警，调度中心的管理运行人员根据工艺段、设备等的报警情况进行统计和智能报警综合分析，为管理决策提供支持，实现远程掌控污水厂运行情况，提高工作效率。

  图扑软件采用无人机、全景 AR 以及可视化大屏的形式，按需布点，实现对整个污水厂的全高清、全网络化的监控管理。HT 污水处理厂可视化信息系统加强了各部门之间的信息沟通，打通了污水厂运行中可能存在的信息壁垒，具化了污水厂生产、维修工作量，突出了污水厂运行期间工作重点及具体着力点。将污水厂日常安全巡视、设备养护信息、维修作业内容直观显示，使员工及外来参观人员通过可视化信息系统实现任何时间自助了解污水厂运行情况。

  图扑软件依托数字孪生技术打造三维场景，实时展示工艺单元、电气设备、管网等数据，形成及时发现、及时处置的业务全流程远程线上处理模式。打破传统污水厂在管理过程中各系统相对孤立的固有约束，将控制系统、监控系统、运维管理系统等融为一体化平台，从而使污水厂的智慧化运营、管理、服务能够更为系统完整。

  PBR 的全称是“基于物理的渲染”（Physically Based Rendering），指的是基于物理原理与微平面理论的光照模型，以及从现实中测量的表面参数来表示真实世界材质的理念。相较于传统方式的手绘光影，PBR 材质的重点在于物体本身的真实光照的物理属性。

  图扑软件选用 PBR 材质，通过单一模型的多张贴图，结合算法读取图片信息配合光照信息渲染出更为贴近真实的模型材质效果。

  当前，AI、5G、IOT、云计算、可视化、GIS、BIM 等新技术正在重构整个社会的经济结构，在商业模式重建、新的核心能力塑造过程中，越来越多旧时代延续下来的传统行业，都在积极谋求数字化、智能化转型，拥抱新时代。新一代污水厂也将向高效率、高可靠、智能化的方向发展。图扑软件搭建的污水处理厂智能化生产与管理系统，实现少人化/无人化以及远程管理的目标，帮助污水厂实现污水处理企业先进、高效的信息化管理模式，降低运营成本，提高污水排放达标率，提升公司核心竞争力。未来，图扑软件将继续用数实结合的赋能引擎，不断创造价值，为企业高质量发展注入科技力量。

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