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核电站三维动态仿真系统_阎光伟

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三维技术在核电站建设中应用

三维技术在核电站建设中应用

三维技术在核电站建设中的应用摘要：三维技术在被广泛用于设计的同时，作为设计成果的三维模型也包含了大量可用于项目管理的信息。

对于正在建设中的三代核电技术AP1000，利用SmartPlant Review（SPR）软件对AP1000三维模型进行可视化浏览和应用，给工程建设带来了很大的便利。

本文首先介绍了SPR软件的主要功能、特点；然后以AP1000核电建设为背景，从土建结构、设备、大宗物项、模块、现场技术问题解决等方面，总结了SPR在现场实际应用；最后结合项目需求，深入挖掘、开发了设备图册、模块手册和重大施工节点图册，并实现了工程进度在SPR 中的可视化。

相关总结和成果有效地推动了AP1000核电建设，对后续核电建设也有一定的借鉴意义。

1 引言三维工厂设计是在系统软硬件的辅助下，在一定规则的约束下，各专业根据设计和计算结果协同工作，在计算机上建立工厂的三维模型，并通过接口资料互提对其逐渐完善，最终完成工厂的三维建模。

工厂三维模型的建立极大地提高了后续工作的效率，为设计优化、施工图纸、材料表以及分析报告等方面提供了全新的视角和平台。

目前常用的三维工厂设计软件主要有INTERGRAPH公司的工厂设计系统PDS（Plant Design System）、AVEVA公司的工厂设计管理系统PDMS （Plant Design Management System）以及BENTLEY公司的PLANTSPACE。

我国引进AP1000三代核电技术后，采用标准化设计、工厂化预制、模块化施工、专业化管理。

设计方采用鹰图公司的PDS工厂设计系统开展核岛三维设计，模型包含了核岛各厂房内外部的土建轮廓、CV和RV、各系统设备、各系统管道桥架及支吊架、工艺或电气贯穿件、预埋件等几乎所有的实物部件和设计相关信息。

在AP1000三代核电建造的实践中，通过应用SPR（SmartPlant Review）三维交互式浏览器，检视、分析PDS文件，在项目管理和施工建造方面起到了辅助指导的作用，推进了项目的进程。

AP1000核电厂三维模型辅助工程进度管理应用探索

AP1000核电厂三维模型辅助工程进度管理应用探索

１ 引言
2007 年第三代 AP1000 核电技术被引入国内进行建设，西屋 公司提供的核岛工程建设进度三维动态模拟宣传片，形象地体 现了各个土建、模块、设备安装工程进度安排，以及核岛的土建 结构、模块位置、设备、工艺管道布置，对项目施工组织、进度管 理及施工逻辑交叉安排均起到辅助指导的作用，在常规岛工程 建设阶段推广使用三维辅助设计进行工程进度管理将对常规岛 工程管理起到积极的作用。
土浇筑的施工质量保证措施[1]。
图 ４ 示意图
该方案通过三维模型辅助的验证，更合理地应用到施工过程中。
４ 结语
Solidworks 软件的三维建模应用在 AP1000 核电厂常规岛现 场进度计划以来，能够直观、形象地反映厂房土建结构、主要管 道、设备的安装进度，为进度整体控制提供了决策依据，而且通过 模拟现场土建、工艺系统安装逻辑对工期优化研究起到积极的作
图 ３ 对比图
的两侧管道吊入阀门井内，再将电动蝶阀和金属波纹膨胀节吊入
阀门井内。吊入完成后，在阀门井内进行电动蝶阀等设备管道的
螺栓连接安装。
最后，在电动蝶阀、膨胀节、衬胶管道
完成安装并固定后对衬胶管道预留的土
建结构孔洞进行二次浇筑，如图 4 所示。
施工过程中需考虑钢筋预留、衬胶
管道（包括翼环）安装、模板支设和混凝
【Keywords】AP1000 nuclear power;schedule management;3D model
【中图分类号】F426.23
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2016）08-0242-01
【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2016.08.133
井混凝土结构这一特点，以及金
属波纹膨胀节厂家资料中明确

核电厂仪控系统三维建模设计方法研究

核电厂仪控系统三维建模设计方法研究

核电厂仪控系统三维建模设计方法研究摘要：台山核电厂首次采用三维建模的方法进行仪控系统的设计，具体阐述了国内第三代首堆核电站核岛内仪控系统在三维模型里的仪表架和仪表管系的布置设计过程，目的在于总结台山核电厂仪控系统优秀的设计方法和先进设计理念。

旨在为未来国内更高水平自主化核电厂的设计建造及运营中技术改造提供参考。

结果表明：三维建模方法的应用有利于提高数字化核电厂设计建造质量，升级优化改造，效果好。

关键词：核电厂；三维建模；压水堆；仪控系统；仪表架；仪表管系引言台山核电厂使用了全数字仪控平台[1]，仪控系统多,设计任务重,交叉专业多的特点[2]，首次采用了PDMS工厂三维设计软件进行设计，相比于其它核电站设计项目，设计者提高了工作效率和准确率，缩短了时间，降低了成本。

本文针对核电厂内仪控系统三维模型下仪表设备以及仪表管道的布置设计工作进行分析研究和总结，旨在为后期电厂运行中升级改造工作提供帮助和参考。

1 仪控系统设计输入文件台山核电站内仪控系统设计输入文件主要的文件主要包括PID文件、VPE文件、NPTJE DC 20007文件和交叉专业输入文件，PID文件、VPE文件和NPTJE DC 20007文件由法国AREVA负责提供。

参考PID文件的目的是为了核查设计过程中是否满足工艺要求，以及确定仪表设备布置的具体位置；VPE文件包含了每个仪控系统中仪表设备的种类，以及每个仪表设备的属性，例如工作压力、温度、安装位置、电气分区、安全等级等；而NPT JE DC 20007文件则是仪表设备安装参考设计标准图，此标准图可以为布置仪表设备和仪表管提供设计方案；交叉专业的设计输入文件则是在整个协同设计过程中更好的利用空间，避免碰撞而使用。

2 传感器与仪表架介绍台山核电站内传感器主要分为8类，分别可以对压力、流量、温度、液位的模拟量和开关量进行检测，出于安全等级的要求，大多数传感器都采用仪表架进行保护。

为了区分在核电站内数量繁多的仪表和仪表架，仪表和仪表架都有唯一编号，以DVW-Demineralization plant ventilation and air conditioning system（非控制区厂房通风系统）内传感器1DVW1141MPL为例，1表示1号核岛，1141是系统随机编码，MPL表示就地显示压力表。

核电三维仿真设备监控与维护培训系统

核电三维仿真设备监控与维护培训系统

核电三维仿真设备监控与维护培训系统石家庄晨曦万杰科技有限公司，是中国较早从事虚拟互动演示的制作服务型企业，也是目前中国最专业的数字体验综合服务提供商之一。

专业从事数字内容（CG）开发服务、虚拟现实(VR)技术及增强现实技术（AR）研究开发并提供整体解决方案和相关服务。

项目简介：随着中国经济的飞速发展对能源需求的不断扩大，促使核核电发电事业快速发展，中国的核电机组在未来五年的装机量将翻一番。

而核电生产最重要的一个环节就是安全，安全培训、安全生产已经成为核电生产的前提要素。

本软件系统设计的核心理念是利用自主研发的三维工业仿真引擎系统针对于核电生产过程对安全生产、安全教育的需要而进行有针对性的系统开发,在对核发电厂内部需要进行管理和维护的设备进行三维建模的基础上，根据行业需要实现对关键操作设备和操作过程的三维仿真，实现在计算机上完成更加直观、逼真且具有互动性的操作及维护培训，从而实现对现有视频教材及模拟器培训方式进行补充，在降低成本的同时也将大幅提高培训和管理的效率。

项目应用：项目所面对的行业领域为核电领域，替代传统二维及视频监控和培训技术，利用计算机三维VR技术结合传感器数据通讯技术在三维可视化环境内实现设备的仿真操作与维护。

从而对那些高温、高压、放射、有毒、深埋、内置不可见的关键设备实现直观的模拟操作。

利用三维VR仿真技术可以模拟各种事故和异常情况发生的状态的发生及对此种事故处理的操作方案、人员逃生方案等，从而实现低成本的模拟和演练。

本培训系统，可以简单明了的让学员见识“真正的”核电系统，这样比我们只在平面图或者书本上看到的更加准确，把握的更加的深刻，让我们对这个行业的认识更加透彻。

而且在这套培训系统中，我们可以模拟各种问题发生时的状况，在实战中，可以从容的化解各个难题。

基于虚拟现实技术的核电站三维视景仿真系统研究

基于虚拟现实技术的核电站三维视景仿真系统研究

开 发 应 用基于虚拟现实技术的核电站 三维视景仿真系统研究秦 政 袁玥吴勤勤吴金水程博昊（华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 １０２２０６） 摘 要：以大亚湾核电站为原型，运用虚拟现实技术建立了基于３ＤＳ Ｍａｘ的虚拟核电站三维模型。

利用３ＤＳ Ｍａｘ软件创建 了大亚湾核电站的三维模型，借助ＯｐｅｎＧＬ图形库编程生成核电站三维仿真系统，以期给核电站操作人员的培训工作带来 帮助。

关键词：３ＤＳ Ｍａｘ；虚拟核电站；三维建模；ＯｐｅｎＧＬ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２６．０２２ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ３－Ｄ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｖｉｅｗｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＱＩＮ Ｚｈｅｎｇ，ＹＵＡＮ Ｙｕｅ，ＷＵ Ｑｉｎｇ－ｑｉｎｇ，ＷＵ Ｊｉｎ－ｓｈｕｉ，ＣＨＥＮＧ Ｂｏ－ｈａｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ Ｄａｙａ Ｂａｙ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ａｓ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，ｔｈｅ ３－Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｖｉｒｔｕａｌ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｓｏｆｔｗａｒｅ ３ＤＳ Ｍａｘ ｗｉｔｈ ｖｉｒｔｕａｌ ｒｅａｌｉｔｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ３－Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ Ｄａｙａ Ｂａｙ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｓｅｔ ｕｐ ｂｙ ｓｏｆｔｗａｒｅ ３ＤＳ Ｍａｘ，ａｎｄ ｔｈｅ ３－Ｄ ｖｉｒｔｕａｌ ｖｉｅｗｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｂｙ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｗｉｔｈ ＯｐｅｎＧＬ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｌｉｂｒａｒｙ．Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｈｅｌｐ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｏｆ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｏｒｓ ｏｆ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：３ＤＳ Ｍａｘ；Ｖｉｒｔｕａｌ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔ；３－Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ＯｐｅｎＧＬ核电站是电力工业的重要组成部分。

哈尔滨工程大学科技成果——核电站虚拟现实教学系统

哈尔滨工程大学科技成果——核电站虚拟现实教学系统

哈尔滨工程大学科技成果——核电站虚拟现实教学系统项目概况核电站虚拟现实实验教学主要包括核电站系统与设备虚拟现实教学系统、核电站虚拟实时仿真系统、核动力装置辅助设计系统三个部分，可用于用于核工程与核技术专业本科生、核科学与技术学科研究生的实验教学，核电站新员工的岗前培训，以及面向全校学生的通识教育。

核电站虚拟现实教学系统包含压水堆核电站厂区及主要厂房（反应堆厂房、汽轮机厂房、泵房）的虚拟漫游环境，主要工艺系统（反应堆冷却剂系统、化学和容积控制系统、余热排出系统、安全注射系统、凝给水系统等）和主要设备（反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、汽轮发电机组等）的三维虚拟模型；钠冷快堆电站厂区虚拟漫游环境，主要工艺系统和设备的三维虚拟模型主要用于演示教学，可以展示核电站的整体概貌，包括厂区构筑物布局、各厂房内建筑结构、设备布置、管路连接情况，以及核电站系统的整体运行过程（工质流动和能量转换过程），使学生对核电站的总体组成、设备结构、工作流程有直观和感性的认识，加深对所学知识的理解。

核电站全范围实时仿真系统包括300MW压水堆核电站实时仿真系统和钠冷快堆电站实时仿真系统两部分，原理和架构类似于核电站全范围培训模拟器，可用于人员培训、设计验证、规程制定以及试验方案评估。

核动力装置辅助设计系统包括核动力装置热线图平衡计算程序和核动力装置概念设计软件。

核动力装置热线图平衡计算程序主要用于压水堆核动力装置二回路热力系统热线图方案设计、计算和分析；核动力装置概念设计软件主要用于对核动力装置主要设备如蒸汽发生器、稳压器、汽轮机、冷凝器、给水加热器、除氧器等的概念设计。

项目成熟概况技术成熟，可以应用，2014年获得全国多媒体课件大赛一等奖。

应用范围核电站虚拟现实系统可用高等学校核工程与核技术、反应堆工程等专业本科生、研究生的教学和学生创新，也可用于相关专业的虚拟实验教学。

三维变电站仿真培训系统中数据库的设计与实现

三维变电站仿真培训系统中数据库的设计与实现

三维变电站仿真培训系统中数据库的设计与实现
阎光伟;平红燕
【期刊名称】《电力科学与工程》
【年(卷),期】2009(025)012
【摘要】为了构建功能完善的三维变电站仿真培训系统,在实现变电站三维仿真的基础上,利用关系数据库技术,采用ADO技术作为数据库访问接口,SQL Server作为后台数据库,实现了仿真培训系统的操作票管理模块、事故处理模块、考试系统模块以及学员信息管理模块.
【总页数】4页(P19-22)
【作者】阎光伟;平红燕
【作者单位】华北电力大学,计算机科学与技术学院,北京,102206;华北电力大学,计算机科学与技术学院,北京,102206
【正文语种】中文
【中图分类】TM63
【相关文献】
1.数据库技术及其在变电站仿真培训系统的应用 [J], 张皎;汪贵平;诸文智
2.三维虚拟变电站仿真培训系统的设计与实现 [J], 钟立华;黄凤萍
3.数据库安全技术及其在变电站仿真培训系统中的具体实现 [J], 张皎;汪贵平;诸文智
4.三维虚拟变电站仿真培训系统的设计及实现 [J], 黄凤萍
5.变电站三维仿真培训系统 [J], 无
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核电站维修的三维数字化动态管理

核电站维修的三维数字化动态管理

核电站维修的三维数字化动态管理
王百众;罗亚林;方昊;马莉;张洁;王若冰;谢敏
【期刊名称】《核动力工程》
【年(卷),期】2005(26)2
【摘要】详细介绍了数字电厂技术在大亚湾核电站反应堆厂房内设备的转运和空间布置动态管理中应用的全过程,论述了大亚湾三维数字化动态管理的建立及其在核电站维修项目中应用的方法和主要步骤。

本项目利用外部数据库对电厂维修的模型状态进行保存,避免了对原有三维竣工模型的破坏和变动;紧密结合核电厂维修工作的主要进度步骤,对核电厂维修工作的空间布置和进度计划进行了全过程的仿真和优化,在核电厂维修工作中,较好地解决了在有限空间内进行维修空间计划安排和布置的仿真和优化问题。

并在大亚湾核电厂2号机组更换反应堆顶盖中成功地进行了应用,缩短关键路径工期16小时,总工期缩短92.5小时。

【总页数】4页(P196-198)
【关键词】数字电厂;核电站;反应堆顶盖更换;空间布置;动态管理
【作者】王百众;罗亚林;方昊;马莉;张洁;王若冰;谢敏
【作者单位】广东核电集团技术中心数字电厂工作组
【正文语种】中文
【中图分类】TL382
【相关文献】
1.区域三维数字化动态管理信息系统设计与实现 [J], 韩永;邱飞廷;毛丛丛
2.航空维修中的动态数字化绩效管理模型研究与应用 [J], 吴予斌;郑慧明;顾祝平
3.核电站三维数字化工程信息管理系统平台开发 [J], 周广超;杨晓亮
4.核电厂维修的数字化动态管理 [J], 张继玉;王海超
5.施耐德电气推出数字化资产管理平台升级客户服务体验数字化资产管理平台可及时提醒设备维修保养，最大限度提升电气可靠性，开启服务业务数字化升级之路[J],
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Ｔ Ｅ
自动拆装展示中的拆装间隔时间 标识拆装是否完成 （ 结束 ； 未结束 ） ０： １：
— １ ０ ８ —
· 工程应用 · 阎光伟 ， 等 核电站三维动态仿真系统
在Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ中将拆装设备部件及细节模 步骤 ２： 型设置为可控节点 ＤＯ 并设置表 ２ 中的 Ｎ Ｆ， ａ ｍ ｅ及 Ｆ ｓ ｔ Ｎ ａ ｍ ｅ参数 。 步骤 ３： 设 置 拆 装 步 骤 初 值： ｎ＝１。 连 接 数 据 库， 打开动画参数表 。 步骤 ４： 若为自动拆装 ， 执行步骤 ５， 否则执行步 骤 ６。 步骤 ５： 等待 Ｔ 时间 ， 读取 Ｎ ｏ值 为ｎ 的 一 条 动 若 Ｅ＝０， 则 画参数表记录 ， ｎ＝ ｎ＋１。 判 断 Ｅ 的 值 ， 结束 ， 否则执行步骤 ７。 步骤 ６： 等待用户键盘／鼠标输入 ， 读取 Ｎ ｏ 值为 ｎ 的一条动画参数表 记 录 ， ｎ＝ｎ＋１。 判 断 Ｅ 的 值 ， 若 Ｅ＝１， 则结束 ， 否则执行步骤 ７。 步骤 ７： 依据读取的数据 库 记 录 ， 得到各字段所 对应 的 动 画 参 数 。 在 三 维 场 景 树 中 查 找 名 称 为 进行高亮置红显示 。 Ｎ ａ ｍ ｅ字段值的节点 ， 步骤 ８： 若Ｆ 执 行 步 骤 ４； 否 ｓ ｔ Ｎ ａ ｍ ｅ字 段 为 空， 则按 Ｆ ｓ ｔ Ｎ ａ ｍ ｅ的值 向 三 维 场 景 中 调 入 细 节 设 备 模 型。根 据 Ｓ 的 值 对 细 节 设 备 模 型 进 行 缩 放 以 获 得 最佳展 示 尺 寸 ， 并 按 Ｍ 及 Ｖｘ／ Ｖｙ 的 值 进 行 静 止 或 水平／垂直的匀速旋 转 展 示 ， 并 根 据 Ｘ， Ｙ， Ｚ 的值将 视点移动至拆装最佳展示位置 。 步骤 ９： 返回步骤 ４ 继续执行 。 拆装效果图见附录 Ａ 图 Ａ １。 采用参数关联的时序动画生成方法实现设备的 虚拟拆装具有配 置 简 便 、 可 扩 展 性 强 的 特 点。由 于 设备的拆 装 时 序 等 参 数 保 存 于 相 对 独 立 的 数 据 库 中， 可根据需要对拆装过程进行控制 ， 增强了系统的 灵活性和可控性 。 ３． ３ 反应堆冷却系统动画 反应堆冷却系统由反应堆冷却剂泵 、 反应堆 、 蒸 汽发生器 及 其 相 应 的 管 道 组 成 。 在 正 常 功 率 运 行 时， 反应堆冷却剂泵使冷却剂强迫循环通过堆芯 ， 带 走燃料组件产生的热量 。 此模块采用纹理法模拟了冷却系统管道中的水 流效果 。 实现的主 要 步 骤 为 ： ①为管道内部设置包 含重叠面片的组节 点 ； ②重叠面赋予稍有差别的水 流纹理 ； ③ 将此 组 节 点 的 属 性 设 为 循 环 播 放 。 经 以 上设置 ， 能展现出水流在管道内的流动效果 ， 效果见 。 附录 Ａ 图 Ａ ２ 采用 纹 理 法 实 现 的 水 流 效 果 明 显 ， 且能展示出 水流的方向性 ， 适用 于 水 流 路 径 固 定 且 水 流 稳 定 的 场景 。 ３． ４ 堆芯控制模拟 控制 棒 驱 动 机 构 是 反 应 堆 的 重 要 动 作 部 件 ， 通 过它的动作带动控 制 棒 组 件 在 堆 芯 内 上 下 移 动 ， 以
第３ ６ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ２年１月１ ０日
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６ Ｎ ｏ ． １ Ｊ ａ ｎ ． １ ０， ２ ０ １ ２
： ／ ＤＯ Ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ １ ０ ２ ６． ２ ０ １ ２． ０ １． ０ ２ １ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ ０ － ｊ
核电站三维动态仿真系统
１ 系统框架
核电 站 三 维 动 态 仿 真 系 统 由 几 何 建 模 、 动画生 成和场景 漫 游 及 交 互 ３ 个 部 分 构 成 ， 系统框架如 设备和周围环境 图 １所示 。 首先 建 立 核 电 站 厂 房 、 的三维几何模型并 对 模 型 进 行 优 化 ； 然后生成虚拟 、 拆装 冷却系统及堆芯工作原理模拟等动画 ； 最后设
表 １ 模型压缩 Ｔ ａ ｂ ． １ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｃ ｏ ｍ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｐ
模型名称 反应堆模型 燃料束模型 控制棒驱动模型 热屏蔽模型 ／ ｆ ｌ ｔ Ｋ Ｂ ２ ４ ３ ７ ９ １ ８ ５ １ ８ ４ ６ ８ ８ ／ ｆ ｓ ｔ Ｋ Ｂ ５ ３ ０ １ ５ ７ ７ ２ ２ ８ １ １ 压缩比 ４ ． ６ ０∶１ ３ ． ２ １∶１ ２ ． ９ ５∶１ ８ ． ０ ０∶１
；修回日期 ： 。 收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ５ ０ ４ ２ ０ １ １ ０ ８ １ ６ － － － － ） 。 华北电力大学校内基金资助项目 （ ２ ０ ０ ６ ２ ２ ０ ２ ０
图 ２ 核电站模型系统 Ｆ ｉ ． ２ Ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｏ ｆ ｎ ｕ ｃ ｌ ｅ ａ ｒ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ａ ｎ ｔ ｇ ｙ ｐ ｐ
表 ２ 动画参数 ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ Ｔ ａ ｂ ． ２ Ａ ｎ ｉ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ
参数 Ｎ ｏ Ｎ ａ ｍ ｅ Ｆ ｓ ｔ Ｎ ａ ｍ ｅ 含义 部件拆装顺序 需拆装部件的 Ｄ Ｏ Ｆ 节点名称 指向细节模型文件 细节模型的缩放比例值 视点位置
Ｓ Ｘ， Ｙ， Ｚ
细节模型的展示方式 （ 静止 ； 水平旋转 ； 垂直旋转 ） Ｍ ０： １： ２： 水平旋转速度 ； 垂直旋转速度 ） Ｖｘ ， Ｖｙ 细节模型运动速度 （ Ｖｘ ： Ｖｙ ：
渲染场景并读取模型 ， 完成用户与 计场景驱动引擎 ， 系统的各种交互操作 。
图 １ 系统框架 Ｆ ｉ ． １ Ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｙ ｇ
２ 几何建模
几何建模是通过几何的方式对物理或数学物体 的形状进行描述 。 本文通过三维几何模型对核电站 的厂房及设备进行表示 。 ２． １ 核电站模型的创建 核电 站 由 核 岛 、 常规岛和辅助系统三大部分组 ７］ 。 本文 其中的实体部分是建筑物 、 系统和设备 ［ 成， 将核电站模型归纳为 ３ 类 ： 厂房类 、 设备类及附属物 其结构如图 ２ 所示 。 类，
阎光伟 ，王瑞华
（ ） 华北电力大学控制与计算机工程学院 ，北京市 １ ０ ２ ２ ０ ６
摘要 ：为提高核电站仿真培训系统的真 实 感 ， 设计了基于虚拟现实技术的核电站三维动态仿真系 通过三维场景交互技术实现对核电站 统 。 系统采用三维建模技术构建核电站的主要厂房和设备 ， 虚拟场景的自主和固定路径漫游 ， 采用三维动画技术对设备拆装 、 冷却系统和堆芯工作原理进行模 用以实现设备的虚拟拆装 ； 利用纹理法实现了冷却 拟 。 提出了基于参数关联的时序动画生成方法 ， 系统中的水流效果 ； 提出了模型叠加法 ， 用以表现反应堆 内 部 的 反 应 速 率 。 利 用 该 系 统 ， 受培训人 ， 。 员能够在核电站虚拟场景中直观了解核电站的构造和工作原理 从而增强了培训的效果 关键词 ：核电站 ；虚拟现实 ；仿真系统 ；三维动画 ；漫游
— １ ０ ７ —
（ ） Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ软 核电站厂房模型主要采用 Ｍ ｇ 件制作 。 在 Ｃ 并 ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ中 单 独 建 立 各 个 厂 房 模 型， 门窗等赋予材质和纹理 ， 使其能够较好地表 为墙体 、 现核电站真实场景 。 核电 站 某 些 设 备 模 型 结 构 比 较 复 杂 ， 且对细节 建 模 工 具 对 于 创 建结构 展现要求较高 。 而 Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ 较为复杂的设备细 节 效 果 并 不 理 想 ， 因此本系统引 入了 ３ ｄ ｓ Ｍ ａ ｘ 作 为 辅 助 建 模 软 件。 一 些 较 为 精 细 的模型在 ３ 保存为 ３ 然后导 ｄ ｓ Ｍ ａ ｘ 中完成 ， ｄ ｓ格式 ， ， 在Ｃ 入Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ下修正后以ｆ ｌ ｔ格式保存 。 ２． ２ 核电站模型的优化 本系 统 对 核 电 站 进 行 了 较 完 整 的 建 模 ， 因核电 ， ， 站的模型较 多 且 设 备 模 型 结 构 复 杂 模 型 文 件 较 漫游时对帧速会产生很大影响 ， 易导致漫游过程 大， 不流畅 。 为保证场景仿真系统在漫游过程中能够保 持实时性 ， 必须对模型进行优化 ， 以减少场景的总面 片数和纹理像素数 。 本文主要采用以下 ３ 种方法进 行模型优化 。 ） 实例化技术 。 一个实例是指模型数据库中某 １ 仅仅是一个指向模型数据 个对象的一个参考 副 本 ， 库中模型对象的指 针 ， 其并没有复制模型对象的几 ８］ 。 核电站 设 备 中 有 很 多 重 复 部 件 ， 可以将 何实体 ［ ） ， 此类部件模型设置为实例化节点 （ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ 其他重 旋转 、 缩放来实 复模型通过将此实例节点进行平移 、 现 。 在程序运行过 程 中 ， 重复的实例化模型中仅有 一份被导入内 存 。 实 例 化 技 术 大 大 减 少 了 数 据 量 ， 从而节省了计算机的运行开销 。 ） 简化纹 理 技 术 。 在 仿 真 系 统 中 ， 为提高虚拟 ２ 场景的真实感 ， 为 模 型 赋 予 了 较 多 的 纹 理。 在 不 影 响视觉效果的前提 下 ， 系统使用小尺寸的纹理图片 代替大尺寸纹理图片 ， 例如用 １ ６×１ ６ 像素的图片代 替１ ２ ８×１ ２ ８ 像 素 的 图 片。通 过 此 技 术 也 可 以 减 少 模型的数据量 。 ） （ 将模型转换成高效率的ｆ 格式 。 ３ ｓ ｔ Ｆ ａ ｓ ｔ文件 ） ， 通过 Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ构 建 的 模 型 文 件 为ｆ ｌ ｔ格 式 Ｖ ｅ ａ提 ｇ 供了 一 种 将 ｆ ｌ ｔ模 型 文 件 转 换 为 ｆ ｓ ｔ格 式 的 工 具。 Ｖ ｅ ａ 的ｆ ｓ ｔ文 件 格 式 可 以 保 证 模 型 文 件 在 不 失 真 ｇ 的情况下被大幅度 压 缩 ， 从而加快了模型文件的加 载速度 ， 提高了 程 序 运 行 效 率 。 部 分 模 型 转 换 前 后 的大小及压缩比如表 １ 所示 。
０ 引言
核电 在 全 球 能 源 战 略 中 发 挥 着 重 要 作 用 ， 然而 核电站的安 由于其生产对象及 生 产 过 程 的 特 殊 性 ， 全问题一 直 备 受 关 注 。２ 年 日 本 福 岛 核电站因 ０ １ １ 在地震中受损而出现的核泄漏事故再一次给人类敲 核电站的安全运行除了反应堆 响了警钟 。 实际上 ， 设计时引入的固有 安 全 性 外 ， 操作人员的技术水平 和熟 练 程 度 也 是 保 证 核 电 站 安 全 的 重 要 因 素 之 １］ 。 然而由于核 电 站 多 数 关 键 设 备 存 在 放 射 性 ， 一［ 待培训人员不可能 进 行 实 地 学 习 ， 因此大多数的培 各类核电站仿真 训都通过仿真系 统 来 实 现 。 目 前 ， 培训系统大多通过二维图形与文本显示相结合的方 ］ ２ ５ － ， 式进行仿真数据的可视化 ［ 无法逼真地展示核电 站的完整面貌 。 少数核电站三维仿真系统也只是实 ６］ 。 现了简单的漫游或设备展示 ［ 对此 ， 本文以 Ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｅ ｎ Ｃ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｒ和 Ｖ ｅ ａ 为开发 ｇ ｇ 平台 ， 采用 虚 拟 现 实 技 术 开 发 了 核 电 站 仿 真 系 统 。 系统主要实现了三 维 虚 拟 核 电 站 的 场 景 漫 游 ， 以及 、 关键设备的虚拟拆 装 冷 却 系 统 动 画 及 堆 芯 工 作 原 理模拟 。