CN115404295A - 基于bim的高炉冷却水系统可视化监测平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，包括：数据采集模块，用于采集高炉冷却水系统中各个测点的实时数据；数据展示模块，所述数据展示模块包括实时数据查看模块以及历史数据查询模块；实时数据查看模块，用于将采集到的实时数据集成到高炉冷却水系统的BIM模型中，并在所述BIM模型上显示实时数据展示信息；历史数据查询模块，用于查询测点的历史数据信息，并依据历史数据信息绘制数据变化曲线；异常数据报警模块，用于将采集到的实时数据与预设的阈值进行对比，若实时数据超过预设的阈值，则进行预警并发出报警信息。本发明能够实现三维可视化运维管理，对高炉冷却水系统各点的运行状况进行在线监测。
Description
技术领域
本发明涉及高炉监测领域，具体涉及一种基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台。
背景技术
随着高炉控制技术的发展以及高炉大型化的工艺要求，延长高炉的使用寿命和充分提高生产效率是当今国内外各钢铁厂家十分重视的一项工作。在实际生产中，高炉冷却水温差过大反映了炉壁温度过高，高炉内壁侵蚀加剧，严重影响高炉寿命；但水温差过小会则导致高炉内壁结瘤，从而造成资源浪费，增加了生产成本。
准确及时地预报高炉各部位水温差和流量差的变化情况，能够为操作工人检修高炉冷却水系统提供有利参考，对稳定高炉生产，延长高炉使用寿命具有实际意义。目前，现有的高炉冷却水系统监测主要是利用计算机和传感器技术，实时在线监测高炉冷却水系统的运行状态。但是，缺少水温及流量监测数据的三维可视化显示，不利于操作工人在现场方便地实时查看高炉各点的状况。
因此，需要一种基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，能够解决以上问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，能够实现三维可视化运维管理，对高炉冷却水系统各点的运行状况进行在线监测。
本发明的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，包括：
数据采集模块，用于采集高炉冷却水系统中各个测点的实时数据；所述实时数据包括温度实时数据以及流量实时数据；
数据展示模块，所述数据展示模块包括实时数据查看模块以及历史数据查询模块；所述实时数据查看模块，用于将采集到的实时数据集成到高炉冷却水系统的BIM模型中，并在所述BIM模型上显示实时数据展示信息；所述历史数据查询模块，用于查询测点的历史数据信息，并依据历史数据信息绘制数据变化曲线；
异常数据报警模块，用于将采集到的实时数据与预设的阈值进行对比，若实时数据超过预设的阈值，则进行预警并发出报警信息。
进一步，所述实时数据展示信息包括采集时间、测点编号、测点位置以及测点的实时数据。
进一步，所述数据采集模块包括温度传感器以及流量计；
所述温度传感器，用于采集测点的冷却壁壁体温度以及冷却水管进出水口温度；
所述流量计，用于测点的冷却水管进出水口流量。
进一步，所述异常数据报警模块包括阈值设定模块以及异常数据显示模块；
所述阈值设定模块，用于设置实时数据对应的阈值；
所述异常数据显示模块，用于将各个测点的状态用不同的颜色在高炉冷却水系统的BIM模型上显示出来。
进一步，还包括：辅助数据分析模块；
所述辅助数据分析模块，用于在异常数据报警模块发出报警后，根据报警信息以及所述BIM模型信息，定位问题设备的具体位置，并分析问题原因。
进一步，还包括：维修记录管理模块；
所述维修记录管理模块包括维修记录填报模块以及维修记录查看模块；
所述维修记录填报模块，用于填报维修记录并将维修记录融合到所述BIM模型；
所述维修记录查看模块，用于查看所有的维修记录。
进一步，所述异常数据报警模块还包括模型轻量化模块；
所述模型轻量化模块，用于根据设计属性关系生成各类轻量化模型。
进一步，根据如下方法构建高炉冷却水系统的BIM模型：
使用无人机倾斜摄影和地面三维激光扫描，采集高炉冷却水系统所在的场景数据，建立高炉冷却壁复原模型；
将高炉冷却壁复原模型融入到BIM设计框架，得到高炉冷却壁和冷却水管的三维模型，并将所述三维模型作为高炉冷却水系统的BIM模型。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，通过将BIM技术与高炉水温及流量监测相结合，利用高炉冷却水系统的BIM模型，接入物理工厂高炉冷却水系统的进出水温度、流量等实时数据，用颜色直观展示设备实时状态和健康状况，实现了基于数字孪生的可视化监测，不仅能清晰展示高炉冷却水系统实时运行情况，还可准确定位状态异常的具体冷却壁或水管并报警，辅助人工检漏，保障了高炉的安全运行，延长了高炉的使用期限。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的监测平台逻辑框图；
图2为本发明的监测平台应用实施案例示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，包括：
数据采集模块，用于采集高炉冷却水系统中各个测点的实时数据；所述实时数据包括温度实时数据以及流量实时数据；其中，所述测点为目标检测位置，可以根据实际工况设置多个不同目标检测位置，从而形成多个测点；通过设置高炉冷却水系统测点，能够高效地监测高炉冷却水系统的运行状态；
数据展示模块，所述数据展示模块包括实时数据查看模块以及历史数据查询模块；所述实时数据查看模块，用于将采集到的实时数据集成到高炉冷却水系统的BIM模型中，并在所述BIM模型上显示实时数据展示信息；所述历史数据查询模块，用于查询测点的历史数据信息，并依据历史数据信息绘制数据变化曲线；其中，所述历史数据信息包括冷却壁壁体温度和冷却水管进出水口温度；所述数据变化曲线为历史数据信息随着时间变化的数据曲线。
异常数据报警模块，用于将采集到的实时数据与预设的阈值进行对比，若实时数据超过预设的阈值，则进行预警并发出报警信息。其中，所述温度实时数据以及流量实时数据分别对应有温度阈值以及流量阈值，在进行对比时，将实时数据与对应的阈值进行比较即可。
其中，BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型，其核心是通过建立虚拟的三维模型，利用数字化技术，为模型提供完整的、与实际情况一致的信息库，从而实现建筑设计和施工全生命周期的管理。BIM技术具有协同性、可视化和模拟性等优势，迎合了当前高炉冷却水监测系统的发展需求。
本发明以高炉冷却水系统的BIM模型作为一个直观有效的载体，无论是整体或是局部实时运行状态，都能够以特定的方式呈现在模型之上，以实镜虚，以虚控实，实现基于BIM的可视化监测。不仅能清晰展示冷却系统实时运行情况，还可准确报警并定位状态异常的具体冷却壁或水管，辅助人工检漏，保障了高炉的安全运行，延长了高炉的使用期限。
本实施例中，所述实时数据展示信息包括采集时间、测点编号、测点位置以及测点的实时数据。
本实施例中，所述数据采集模块包括温度传感器以及流量计；
所述温度传感器，用于采集测点的冷却壁壁体温度以及冷却水管进出水口温度；其中，所述温度传感器可以采用温度计、热电偶等现有设备；
所述流量计，用于测点的冷却水管进出水口流量。其中，所述流量计采用现有的流量检测设备。
本实施例中，所述异常数据报警模块包括阈值设定模块以及异常数据显示模块；
所述阈值设定模块，用于设置实时数据对应的阈值；其中，操作人员可以根据实际情况手动设置温度阈值以及流量阈值；通过设定阈值利于整个高炉冷却水系统的预警维护；
所述异常数据显示模块，用于将各个测点的状态用不同的颜色在高炉冷却水系统的BIM模型上显示出来。其中，绿色表示正常，黄色表示预警，红色表示报警。
本实施例中，所述可视化监测平台还包括：辅助数据分析模块；
所述辅助数据分析模块，用于在异常数据报警模块发出报警后，根据报警信息以及所述BIM模型信息，定位问题设备的具体位置，并分析问题原因。其中，可以通过web端或移动端查看报警信息，并及时查看所述BIM模型，通过在BIM模型中查找出现红色报警状态的测点，进而锁定出现问题的测点，通过查看测点对应的实时数据展示信息，可以得到测点的具体位置，而该具体位置也即是问题设备所在的具体位置。运维人员或操作人员达到具体位置后，可以采集问题设备的运行状态信息，为分析问题原因提供数据支持。
本实施例中，所述可视化监测平台还包括：维修记录管理模块；
所述维修记录管理模块包括维修记录填报模块以及维修记录查看模块；
所述维修记录填报模块，用于填报维修记录并将维修记录融合到所述BIM模型；其中，维修记录为维修高炉冷却水系统中问题设备的记录；所述维修记录包括问题设备故障信息、问题设备所在位置、维修时间、维修人员信息；
所述维修记录查看模块，用于查看所有的维修记录。其中，在查看过程中，通过点击维修记录信息，与所述BIM模型进行联动，从而实现结合BIM模型进行更为详细地查看维修记录。
本实施例中，所述异常数据报警模块还包括模型轻量化模块；
所述模型轻量化模块，用于根据设计属性关系生成各类轻量化模型。其中，通过借助设计软件进行二次开发实现批量生成轻量化模型。通过设置模型轻量化模块，能够快速地将所述BIM模型推送到移动端或网络信号较弱的网络Web端。
本实施例中，根据如下方法构建高炉冷却水系统的BIM模型：
使用无人机倾斜摄影和地面三维激光扫描，采集高炉冷却水系统所在的场景数据，建立高炉冷却壁复原模型；
将高炉冷却壁复原模型融入到BIM设计框架，得到高炉冷却壁和冷却水管的三维模型，并将所述三维模型作为高炉冷却水系统的BIM模型。
为了更好地理解本发明的可视化监测平台，以某钢铁厂高炉为例，对本发明进行举例说明如下：
该钢铁厂高炉于2005年8月投产，采用全炉体冷却壁结构，共19带冷却壁；冷却水系统采用一串到顶的配管方式，总共192个回路。在H1带冷却壁的每根进水支管以及对应炉身上部冷却壁的排水支管安装高精度的流量计，对高炉冷却壁实现全覆盖的实时监测每串冷却水的流量值，电磁流量计共计384台。
为了高精度和高效率地构建高炉的三维模型，采用无人机倾斜摄影和地面三维激光扫描采集场景数据，建立高炉冷却壁复原模型，其精度分别达到厘米和毫米级。经过一系列的标准化处理后，将复原的现状模型与BIM设计模型进行叠加融合，实现对高炉冷却壁和冷却水管三维模型重建，保证虚拟模型与物理工厂的一致性。
将高炉冷却水系统的BIM模型导入到本发明的可视化监测平台，首先由3D引擎将模型转换为平台可识别的数据，然后平台进行属性的解析和映射，形成数字对象信息，最终转换为数字资产对象。
引入3个应用场景，分别是联络管冷却水系统、风口中小套冷却水系统和冷却壁本体系统。其中，联络管冷却水系统的测点实时数据包括冷却水管进出水口水温和流量，风口中小套冷却水系统的测点实时数据包括水管进出水口水温和流量，冷却壁本体系统测点实时数据包括壁体热电偶的温度。
进水、排水流量差值以升/分钟为单位设置报警功能，流量检测采用进口品牌电磁流量计，精度等级0.3及以上更高等级，电磁流量计输出信号采用4～20mA及PA/DP总线方式。正常情况下采用PA/DP信号，当其异常时采用4-20mA信号。电磁流量计通过总线网关、普通4～20mA隔离器两种方式接入的PLC系统。
高炉冷却水系统可视化监测平台从PLC系统中读取实时数据，通过一系列的标准化处理后，将其集成至BIM模型上，高炉冷却水系统运行一段时间后如果出现偏离阈值，根据偏离程度在对应的BIM模型中区域用黄色或者红色亮显提示，表明操作人员需及时采取控制措施。
当测点较多时，三维可视化的优势更为明显，可以根据BIM模型更为直观的查看各处运行情况，每一次预警报警情况及处理情况相关的信息都储存在平台中，为后期进行分析总结提供参考。
由于仅仅只根据模型上显示的预警报警信息，难以精确定位高炉冷却壁出现破损漏水的具体位置。因此，同时通过辅助数据分析模块帮助操作人员精确定位问题设备的具体位置，并辅助分析问题原因，从而对高炉进行有效地维修，极大提升了高炉冷却水系统的运维管理水平。
通过数据采集模块可以实时采集高炉冷却水系统运行过程中各个测点的实时数据，异常数据报警模块对各个测点的数据进行实时监控，并在监测到数据超过设置的阈值时进行预警提醒，同时通过辅助数据分析模块帮助操作人员迅速定位问题设备的具体位置，并辅助分析问题原因。
通过举例，本发明的技术方案具有以下优势：
实时采集数据，动态掌握现场情况，为高炉冷却水系统的运维管理提供决策支持。
与BIM模型结合，每个测点的实时运行状况都在模型中对应位置直观可视，实现信息和物理空间数据的深度融合和在线交互。
计算机终端直接采集信息，保证数据准确有效、透明化，有效减少人为因素影响。
便于用户操作，支持在Web端和移动端通过Edge、Google Chrome、Firefox等主流浏览器无插件查看。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：包括：
数据采集模块，用于采集高炉冷却水系统中各个测点的实时数据；所述实时数据包括温度实时数据以及流量实时数据；
数据展示模块，所述数据展示模块包括实时数据查看模块以及历史数据查询模块；所述实时数据查看模块，用于将采集到的实时数据集成到高炉冷却水系统的BIM模型中，并在所述BIM模型上显示实时数据展示信息；所述历史数据查询模块，用于查询测点的历史数据信息，并依据历史数据信息绘制数据变化曲线；
异常数据报警模块，用于将采集到的实时数据与预设的阈值进行对比，若实时数据超过预设的阈值，则进行预警并发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：所述实时数据展示信息包括采集时间、测点编号、测点位置以及测点的实时数据。
3.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：所述数据采集模块包括温度传感器以及流量计；
所述温度传感器，用于采集测点的冷却壁壁体温度以及冷却水管进出水口温度；
所述流量计，用于测点的冷却水管进出水口流量。
4.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：所述异常数据报警模块包括阈值设定模块以及异常数据显示模块；
所述阈值设定模块，用于设置实时数据对应的阈值；
所述异常数据显示模块，用于将各个测点的状态用不同的颜色在高炉冷却水系统的BIM模型上显示出来。
5.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：还包括：辅助数据分析模块；
所述辅助数据分析模块，用于在异常数据报警模块发出报警后，根据报警信息以及所述BIM模型信息，定位问题设备的具体位置，并分析问题原因。
6.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：还包括：维修记录管理模块；
所述维修记录管理模块包括维修记录填报模块以及维修记录查看模块；
所述维修记录填报模块，用于填报维修记录并将维修记录融合到所述BIM模型；
所述维修记录查看模块，用于查看所有的维修记录。
7.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：所述异常数据报警模块还包括模型轻量化模块；
所述模型轻量化模块，用于根据设计属性关系生成各类轻量化模型。
8.根据权利要求1所述的基于BIM的高炉冷却水系统可视化监测平台，其特征在于：根据如下方法构建高炉冷却水系统的BIM模型：
使用无人机倾斜摄影和地面三维激光扫描，采集高炉冷却水系统所在的场景数据，建立高炉冷却壁复原模型；
将高炉冷却壁复原模型融入到BIM设计框架，得到高炉冷却壁和冷却水管的三维模型，并将所述三维模型作为高炉冷却水系统的BIM模型。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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