【技术前沿】数字孪生技术助推城市智慧供热：探讨换热站3D可视化的创新之路

换热站作为供热系统不可或缺的一部分，其能源消耗对城市环保至关重要。在双碳目标下，供热企业可通过搭建智慧供热系统，实现供热方式的低碳、高效、智能化，从而减少碳排放和能源浪费。

通过应用物联网、大数据等高新技术，对热源、管网等供热系统进行智慧化改造，实现从热源、管网到居民户内的数据互联互通与共享，构建数字化、智能化的智慧供热全流程管理体系。

图扑自主研发的 HT for Web 产品提供基于 Web 的数字孪生建模和可视化服务。支持对换热站内设备进行三维建模和渲染，提高供热系统的可视化程度，实现实时监测设备、预测告警、提前维护、数据分析，保障供热系统正常运行，优化系统运行，降低能源消耗。

基于图扑 HT 引擎，再搭配自动化技术、物联网技术、GIS（地理信息系统），实现对用热单位及室内温度、管网压力、流量、温度等参数的汇聚管理和可视化展示，辅助量化决策，以更精细动态的方式管理供热系统的整个生产、管理和服务流程，达到安全供热、平衡供热、精准供热、按需送热、降低漏损的目的。消除过热点和不热点，提高从热源—管网—用户的供热服务水平和业务管理制度。

社区供热可视化

初始页面场景以天津实际地图为背景，基于图扑 HT for Web GIS 技术，对换热站的三维标识进行手工建模，生成城市路网布局。结合物联网、人工智能、大数据等新 ICT 技术进行数据聚合和统计计算，以统计图表和图形形式展示在页面和场景上。图扑 HT 换热站可视化系统通过高亮渲染，在 GIS 底图上呈现出换热站社区供热范围。

图扑软件既可整合 SuperMap、ArcGIS 来实现空间位置标示，也可在 HT for Web 基础上实现轻量快捷的 GIS 解决方案，降低了实施成本也缩短了项目实施周期。HT for Web GIS 产品支持多种类型地图服务、航拍倾斜摄影实景的 3DTiles 格式数据以及城市建筑群等不同的 GIS 数据的加载。

数据监控

场景两侧 2D 面板整合社区供热量明细，重点展示设备温度、能效、告警等关键信息。通过供热量的明细展示，社区可深入了解供热需求，包括不同时间段的峰谷值和社区热负荷差异。也有助于居民和管理者更好地了解热能使用情况，优化供热系统运行。同时，鼓励居民参与节能环保，采取措施减少环境影响，提高能源利用效率。

图扑 HT 二三维结合，以多维数据的方式表达数据的各个属性值，用户能够从不同的维度观察数据，直观地了解数据和地理分布信息，进而实现对数据更深入的观察和分析。

换热站系统监控

图扑 HT 可视化平台制作动画效果，实现社区页面到换热站系统页面的过渡切换。展示散热器拆解组装和整个换热站系统搭建，底部按钮支持倍速选择和快进操作，方便用户高效定位所需查看的动画环节。

数据展现

故障信息以清晰的表单形式呈现，汇总了事故报送的次数和类型，使运维人员能够更直观地查看各热源厂的告警情况，分析变化趋势，并能够及时采取有效的干预措施。为决策维护计划和优化系统运行策略提供了强有力的支持。

此外，通过系统能耗情况的汇总和展示，能够有效协助企业管理能源和成本，为决策制定、问题诊断以及性能优化提供确切支持。推动企业的数字化、创新化、信息化的转型升级，促进人员、设备、环境因素的可持续发展。

板式散热器拆解组装

板式散热器是换热站中常用且最关键的设备之一。图扑 HT 数字孪生板式散热器 3D 模型，以及动态展示组装和拆解，呈现其内部结构和工作原理。

1.内部结构展示：包括金属板、密封垫片、连接螺栓等组件，清晰呈现板式散热器内部结构和相互关系。

2.材料和密封展示：展示板式散热器所使用的金属板的材质、密封垫片的位置和作用，有助于用户理解板式散热器的耐压和密封性能。

3.拆卸和维护演示：演示板式散热器的螺栓解开、板堆取出等常规拆卸过程，使运维人员在线上了解维修和更换部件的过程，降低培训成本，增加设备的可维护性。

拆解组合意在突显展示板式散热器在工业过程中的实际运作态势，帮助用户更好地理解其在换热站中的作用。降低其对于海量设备零件信息的认知负载，减轻维护负担。

换热站系统搭建

将板式散热器、除污器、水箱、补水泵、循环泵、软化装置、分/集水器等设备组件通过管网连接，与物联数采系统结合，形成一套兼顾数据和工艺流程可视化的一体化换热站系统，以满足日常运维需求，提高管理效率。

■除污器

在供热换热站系统中，水循环经过换热设备时携带污垢、沉积物、氧化物和其他杂质，附着在设备表面，导致热阻和能耗增加，容易引发设备腐蚀和故障。针对以上问题，除污器通过物理或化学方法将污垢和杂质从系统中去除，保持换热设备高效运行，延长使用寿命。通常有磁性除污器、粒状除污器、化学除垢剂物理清洗装置四类除污器。

■水箱

水箱是供热换热站系统中关键的组件，负责提供必要的补水功能。由于蒸发、泄漏或排放等原因，系统水位下降可能导致反流，水箱通过自动控制和反流防止装置，提供稳定的补水功能，为供热系统提供适量的水分，确保系统的安全性和可靠性。

图扑 HT 可视化系统中，通过三维模型绑定物联数据，结合水位信号实现自动补水，满足系统的水量使用要求。可通过 2D 弹窗查看 pH 值、浊度、溶解氧含量、供水压力、温度等参数变化，以及水位补水情况的三维实时动画。

■补水泵

补水泵通常位于补水箱旁或主管道附近，通过电动或液压驱动，自动调节水流量和水压，将水从箱中抽送到换热站系统，确保供热换热系统稳定运行，为任何高度的用户提供正常循环供暖热水。

■循环泵

在换热站系统中的换热阶段，通过电动或液压驱动，将热介质（如水或蒸汽）从热源抽取，并通过管道输送到供热系统的热用户处。循环泵实现了热能传递，满足系统热负荷需求，同时提供足够的水压以克服管道阻力和高低差，确保热介质在系统中顺利循环。

在换热站系统的供热阶段，循环泵通过调节流量阀门或变频器来控制输出流量，以满足不同热用户的需求，实现有效的能量供应，一定程度地减少能源消耗，提高系统能效。

■软化装置

供热换热站中的软化装置属于水处理设备，通过软化装置内部构件相互作用，去除系统水源中的硬度离子，防止水垢积聚、管道堵塞和设备腐蚀，提高热交换效率和设备寿命。其中，离子交换树脂床是核心部件，包括阴离子和阳离子交换树脂，配有高效过滤器使用石英砂、活性炭过滤悬浮颗粒物和杂质，防止对离子交换树脂的污染。

在图扑 HT 换热站可视化监控系统中，通过监测软化硬度、水压、水流量等属性信息，判断软化装置实时监控情况。能够帮助运维人员及时判断软化装置是否需要修理、确定软化剂的添加时间以及如何合理分配软化剂等管理决策。

■分/集水器

分/集水器主要分为两部分功能：

• 一、分配热介质：分水器将从热源方向流入的热介质分配到不同的管道或热用户上。可根据需求通过多个出口将流量分配到多个热用户或不同的热区；
• 二、收集热介质：集水器将热介质从不同的热用户或热区收集回来，以便重新送回热源进行热能的再循环或再利用。

数字孪生场景中的 2D 弹窗展示分/集水器各分路水温、水流、水压信息，直观获取分/集水器在分配和收集热介质的过程中的运转工况，确保换热站在供热过程中的安全性和可靠性。

■管网

管网负责连接换热站系统各单体设备以及供热管道，根据功能分为主干和支线。就如同人体血管脉络，串联心、肝、肺、脾、肾重要器官，构建功能高效强大的换热供热系统。主干管道负责高流量和压力，将热介质从热源输送至热用户；支线管道较小，从主干分支，输送热介质至热用户，但流量较小；回水管道与供水管道对应，实现热源循环作用。同时，管网上会配阀门和绝热保护，用于控制流量和节约能量。

远程控制

图扑换热站监控系统结合 PLC 平台或通过远程 IO，实现远程访问并实时监控整个换热站补水压力、用户数、供热总面积、供热总能量等参数运转情况。可视化监控帮助提高设备监测效率、降低企业运营成本、优化运行效果，确保系统高效稳定运行。

图扑软件支持跨平台操作，移动终端均可轻松打开场景，实现触屏设备的单指旋转、双指缩放、三指平移等操作，用户无需再为跨平台交互模式而烦恼。

该平台支持设置用户权限控制、设备状态指示、报表和日志记录等多维度监控功能，以供增强系统安全性和可管理性。换热站可视化监控系统通过直观图形界面和实时数据展示，为用户提供系统状态信息，包括实时数据、设备拓扑图、趋势分析图和能耗统计等功能，对其进行趋势分析和能耗优化。预警告警功能则确保在关键参数异常变化时得以及时提醒，即使远程监管也能清晰知晓当前工况的实时状态。

智慧换热站可视化优势

1. 在运行效率提升方面：图扑 HT 平台支持 7*24h 监测和优化关键参数，监测和优化关键参数提高运行效率，降低能源浪费，降低成本，提升整个换热站的可持续性。
2. 在故障预警和预防方面：HT 可视化监控系统实时监测设备状态，迅速生成告警列表。帮助预测潜在故障，采取预防性维护，减少停机时间，提高系统可靠性。
3. 在远程管理和维护方面：允许操作人员远程访问系统，提高工作灵活性，降低维护成本，无需亲临现场监控和管理整个系统。
4. 在数据分析和优化方面：提供历史数据的趋势分析和能耗统计，支持运营团队数据驱动决策，助力系统长期优化和性能提升。
5. 在安全性和合规性方面：具备严格的用户权限控制和安全特性，确保系统数据机密性和完整性，满足法规要求，确保系统安全。

图扑软件 HT 强大的渲染引擎，加之稳定的建模技术，以创意科技的风格呈现供热换热站的设备和场景，营造出充满科技未来感的场景，给予观众强烈的视觉冲击。此外，系统还能准确显示各供热源头和供热终点的温度信息，帮助运营人员实时监测、诊断故障、优化能效。通过应用 GIS、2D/3D 组态、BIM 等可视化应用，实现换热站的智慧供热和减排的目标。