基于數字孿生技術的平房倉通風系統三維可視化運維平臺構建研究

摘要

平房倉機械通風系統由地上通風管道、地下通風籠、風機、閥門等設備組成，是綠色儲糧的核心設施。傳統運維模式依靠紙質圖紙記錄通風籠布局，圖紙丟失、地下設施隱蔽不可見，通風故障排查、維修改造效率低。本文以北京鴻鷗成運井下成像檢測數據為數據源，融合通風系統實測空間坐標，搭建平房倉通風系統2D?3D數字孿生運維平臺；闡述平臺總體架構、數據采集、三維建模、仿真模擬、遠程可視化管控功能；分析數字孿生平臺在通風故障溯源、通風氣流仿真預判、老舊倉房通風系統改造、全生命周期檔案管理方面的應用價值；提出平臺建設實施路徑與糧倉落地推廣對策。結果表明，數字孿生技術能夠實現糧倉地下隱蔽通風設施可視化、數字化、智慧化管理，為平房倉通風系統長效運維提供新型技術方案。

關鍵詞：數字孿生；平房倉；地下通風籠；通風系統運維；三維可視化；智慧糧庫；隱蔽工程管理

0 引言

機械通風、環流熏蒸是我國平房倉綠色儲糧關鍵工藝。地下通風籠埋藏于地坪之下，屬于隱蔽工程。經過十幾年甚至幾十年運行，很多老舊糧庫通風系統原始施工圖紙遺失，地下通風籠走向、分支位置、破損情況無從查證。通風出現降溫不均、局部糧溫偏高、通風阻力過大等故障時，管理人員只能依靠經驗推測故障位置，維修往往需要大面積開挖地坪，費時費力，嚴重影響糧食輪換計劃。

隨著智慧糧庫建設不斷升級，數字化、可視化成為糧倉運維發展方向。數字孿生技術通過物理實體與虛擬三維模型一一映射，將地下隱蔽設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籠布局、病害位置。本文依托井下360°旋轉成像實地勘查成果，采集通風系統真實數據，構建平房倉通風系統數字孿生運維平臺，探究平臺架構、功能與工程應用價值，為糧倉通風系統智慧運維提供新思路。

1 平房倉通風系統運維現存痛點

第一，地下通風籠屬于隱蔽工程，看不見摸不著，病害發現滯后；

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設施；

第三，通風故障發生后，故障點定位慢，維修開挖范圍大，成本高；

第四，通風設施檢測、維修記錄分散，沒有統一數字化檔案，全生命周期管理困難。

傳統的文字、二維圖紙管理模式，已經難以滿足現代化糧倉運維管理需求，亟需建立一套三維可視化、可溯源、可仿真的數字化運維管理平臺。

2 通風系統數字孿生平臺總體架構

平房倉通風系統數字孿生運維平臺分為感知數據層、模型層、仿真分析層、應用功能層、用戶終端層五大層級。

2.1 感知數據層

數據源主要包括：電纜式360°旋轉井下成像系統現場檢測視頻與病害記錄、通風籠空間坐標測量數據、倉房建筑圖紙、風機閥門設備參數、歷次通風運維維修記錄、糧溫監測歷史數據。井下成像檢測為地下隱蔽設施提供真實病害影像，是三維模型精準構建的核心實地數據來源。

2.2 三維模型層

構建倉房建筑模型、地上通風管路模型、地下通風籠三維實體模型、風機閥門設備模型；將井下檢測發現的通風籠堵塞、破損病害位置標注在三維模型對應點位，實現物理通風設施病害信息與虛擬模型一一對應。

2.3 仿真分析層

集成通風氣流仿真模塊，可模擬風機開啟后，氣流在地下通風籠內部、糧堆當中流動路徑；預判通風死角區域，輔助通風工藝優化調整。

2.4 平臺核心應用功能層

1、三維可視化瀏覽：線上3D查看地下通風籠走向、分支位置、病害點位；

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

3、通風故障溯源分析：出現通風阻力異常，結合三維模型快速定位疑似故障管段；

4、通風改造方案仿真推演：通風系統升級改造前，在孿生平臺上模擬改造管路布局，預判通風效果，優化改造方案；

5、多倉集中管理：一個平臺管理庫區多個平房倉通風孿生模型，實現庫區通風系統集約化管控。

2.5 用戶終端層

電腦網頁端、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系統三維模型與運維檔案。

3 平臺建設實施技術路線

第一步：現場勘查檢測。采用電纜式360°旋轉成像系統，從通風口下入探頭，探查地下通風籠實際走向、病害位置，同步采集空間坐標；

第二步：三維建模。基于實測數據建立通風系統精準三維數字孿生模型；

第三步：歷史資料錄入。將倉房歷年通風運維、維修記錄上傳平臺；

第四步：仿真模塊配置，氣流仿真參數調試；

第五步：平臺上線試運行，人員操作培訓；

第六步：后期定期復測更新模型病害數據，實現模型動態更新。

4 工程應用場景分析

4.1 通風故障快速溯源

當倉內出現局部糧溫居高不下，通風降溫效果差時，管理人員打開數字孿生平臺，查看地下通風籠歷史病害點位，快速鎖定疑似堵塞管段，精準制定開挖維修點位，縮小開挖范圍，節省維修時間與成本。

4.2 老舊倉房通風系統改造仿真推演

老舊平房倉通風系統升級改造，在施工之前，于孿生平臺上搭建改造方案三維模型，模擬通風氣流效果，提前發現設計缺陷，優化管路布局，降低改造施工風險。

4.3 地下隱蔽工程數字化檔案留存

解決老舊倉房圖紙遺失難題，通風籠三維孿生模型保存在平臺，無論管理人員如何更替，地下通風設施情況清晰可查，實現通風設施全生命周期數字化管理。

4.4 庫區多倉通風系統集中智慧管控

糧庫管理部門可在庫區智慧大屏，統一查看所有平房倉地下通風籠病害狀態，統籌安排通風系統維修維保計劃，提升庫區整體儲糧安全管理水平。

5 平臺落地現存難點與對策

難點一：部分糧倉地下通風籠分支較多，現場勘查工作量大；對策：分區分批開展井下成像勘查，分倉逐步完成孿生模型建設。

難點二：通風氣流仿真參數調試復雜；對策：結合糧倉歷史通風實測數據，校正仿真模型參數，提升仿真準確度。

難點三：基層糧庫數字化運維人才不足；對策：配套簡單易上手操作界面，開展平臺運維操作培訓。

6 結論

本文構建基于實地井下成像勘查數據的平房倉通風系統2D?3D數字孿生運維平臺，利用數字孿生技術把地下隱蔽通風籠可視化線上呈現。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功能，能夠有效解決老舊平房倉地下通風設施圖紙缺失、故障排查難、改造風險高的運維痛點。數字孿生可視化運維新模式，是平房倉通風隱蔽工程智慧化管理重要發展方向，具備較高推廣價值。

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

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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；單次掃描≤5分鐘

行業應用關鍵詞

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

對比選型關鍵詞

軌道小車盤庫；人工盤點；懸掛固定式盤點；倉內在線監測；低成本倉房升級改造

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三、功能技術詞（賣點）

庫存可視化、多參數監測、實時監測、三維可視監管、大數據云計算、遠程監控、便攜式檢測、蟲情誘捕、氣體取樣、環流熏蒸、糧庫智能化改造、糧庫智慧管控

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2. 糧庫平房倉機器人巡檢設備

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