随着“碳达峰、碳中和”工作的稳步进行，钢厂的新建步伐逐渐放缓，既有钢厂改造升级也在持续加速中。目前既有钢厂的电子地图系统均基于二维地图，无法真实还原位置信息和地图空间信息，仅停留在业务数据的简单叠加，缺少配套地图管理平台，缺乏地图信息迭代、保证地图时效性等功能，大部分业务系统地图能力与业务应用的深度结合有待进一步提高。
基于钢厂现有的数据采集基础，通过构建数字钢厂基础信息系统，对地理信息数据、业务数据、人车物定位数据等进行统一管理。在工业数据得到统一管理的同时，在应用层以数字孪生的方式进行三维可视化展示。
1.方案背景
为了更好地探索数字孪生及大数据分析技术在钢厂智能化发展中的应用，以国内某钢铁公司为例，创建全厂区三维可视化平台，助力企业加快推进数字化建设，通过对全厂区数字化项目各功能的分解及功能架构的设计，能更高效、有序的推进全厂区数字化项目的建设实施。本次项目符合全面贯彻国家工业化与信息化两化融合发展政策，以智能制造增强企业的核心竞争力为中心，加快企业数字化转型发展步伐，为该钢厂全面数字化打好坚实基础，实现全厂区的可视、可管，进而实现智能化厂区一体管控平台的建设。
- 系统设计
2.1系统技术架构
全厂区三维可视化平台首先基于三维模型进行拓展，对于既有钢厂地图的三维呈现多采用逆向建模的方式，通过倾斜摄影、无人机飞扫及图纸逆向翻模的方式进行，直观还原厂区内受关注区域的地理信息空间，满足各种对重点区域、重点场所、重点建筑的精细空间刻画及复杂业务应用的需求。
本系统通过Unreal Engine（UE）引擎进行构建，利用UE引擎实现3D建模、实时渲染和交互控制等技术，实现对物理对象的精准映射和实时监控，并采用C/S架构方式进行便捷化一键部署。由于全厂区范围较大，对模型精度要求较高，在本项目上使用了虚幻系统现如今最先进的Lumen、Nanite技术来对模型进行处理，使其能够达到模型精度高、细节多、加载迅速等有点。运用UE中的UMG功能技术，实现了更为智能化的人机交互功能，创新性的运用lumen动态全局光照技术，并结合了SSGI、SDF、Voxel Lighting等多种光线追踪技术，实现了软件光线追踪（Software Ray Tracing，SWRT）和 HWRT ，可以渲染出高级的全局光照与反射效果，给用户提供更加真实的视觉感官，提高用户的整体访问体验。
2.2系统功能
2.2.1三维地图展示系统
三维地图展示作为首先呈现在用户面前的功能，承担了系统的交互行为，能够真实有效地在系统内表达厂内资产的各项几何信息，包括：厂区概览、生产数据、能源环保、智慧物流、智慧安全及视频监控六大场景模式。
其中厂区概览模块是系统的核心功能，既包括公司简介及产品、厂区基本信息等展示。地物模型分为自动漫游和地图模式，可对厂区内各建筑、设备等进行单体化操作，使其变成可单独管理展示的模型，进行相关信息实时展示。
生产数据模块具有分厂选择功能，通过读取生产控制系统的相关数据，实时展示生产设备运行状态，结合订单信息及产量信息，直接生成生产相关图表，降低管理难度。通过多维数据融合，将厂区内重点区域的生产运行数据，以OPC、MODBUS等协议接入并以标签形式叠加至数字孪生场景之上，联合生产、设备数据实现主动预警，构建数字孪生智能产线。
2.2.2数据统一管理系统
数据统一管理系统包含数据源管理、数据分析，三维模型管理功能。
在前端感知系统及生产业务系统中接入数据，统一数据源管理，构架数字仓库，确保数据在信息空间中的准确性与完整性，完成实际物理系统到数字空间的基础数据转换。
通过数据接入，将重点数据进行分析和意义挖掘，生成同一模式的变化趋势图表。系统对全厂或重点区域内的生产数据、能耗情况、环保数据、故障数据等直观查看，具备趋势变化分析和故障报警能力，形成智能、高效、联动的全方位监控指挥系统，为工厂的决策提供依据。
2.3系统应用情况
全厂区三维可视化平台建设以来，已经初步实现了虚拟世界对现实世界的数字孪生，极大强化现有管理系统的功能，目前取得了如下成果：
1.提升了管理手段：
全厂区三维可视化平台能有效推进企业的精细化管理，从宏观、综合、实时、高效的管理视角，为管理者提供了点、面结合的支撑能力，既可以纵览全局，从广度上概览整体情况，又可以聚焦细节，从深度上把控具体落地。
2.提高了生产效率：
全厂区三维可视化平台能实时监测和分析生产过程中的数据，及时发现问题和瓶颈，并采取相应的措施进行优化，从而提高生产效率和质量。
3.提高了产品质量：
全厂区三维可视化平台能通过数字化建模和仿真技术，对关系到质量生产的全过程进行监测和推演，从而为质量优化提供依据，逐步提高产品的质量和可靠性。
4.提高了人员安全系数：
全厂区三维可视化平台通过对视频监控系统、闸机、门禁系统数据介入后进行统一分析处理，及时发现人员异常，并发出告警，及时对异常行为进行处理， 从而避免人员异常状况带来的安全隐患。
5.降低了风险成本：
全厂区三维可视化平台通过监测及时发现安全风险和隐患，尽早解决可能发生的故障；通过安全仿真和模拟实验来验证和优化生产过程，从而减少原材料浪 费和能源消耗，提高设备资产的利用率，降低生产成本投入。
3.结论
全厂区三维可视化平台是钢铁企业智能制造的重要组成部分，它的建设可以铺垫数据整合能力，促进智能制造的发展，推动制造业向数字化、网络化、智能化方向转型升级。从长期来看，全厂区三维可视化平台的建设能增强企业竞争力，促进企业的数字化转型和创新发展，帮助企业实现生产过程的可视化、可管性和可控性，进一步提高企业的管理水平和决策能力，从而提升钢铁产品的质量和竞争力。