LNG智慧数字孪生平台

中煤航测遥感集团有限公司 中国石化青岛液化天然气有限责任公司

吴斌 孙作勇 郑元杰 王剑琨

1.项目背景及意义

为助力中国石化青岛液化天然气有限责任公司建设面向数字孪生空间的LNG运营中心，全面提升LNG接收站的精细化管理水平与数智化运营能力，紧密结合当前LNG接收站信息化建设实际需求，系统开展LNG接收站全域数字化模型构建工作，打造三维可视化应用平台。

项目致力于构建覆盖“地上至地下、整体到局部”的全要素管道数字孪生体，深度融合高精度场站模型、设备运行数据及设备管理台账，实现接收站“全景可视、全息可查、全程可控”的可视化智能管理。在日常运营中，平台显著提升管理效率与决策水平，为天然气场站的安全、高效、智能运行提供强有力的信息化支撑，有力推动油气企业加速实现“数字化转型”和“智慧管网”建设目标。

2.项目成果特点

2.1 系统架构设计

本项目数据架构设计满足技术架构要求，采用国产化电科金仓数据库，实现业务与模型数据的存储。在网络安全体系、数据治理和信息标准化体系和数字化管控体系的要求下，通过集成智慧运营平台设备管理模块设备数据及新建的三维模型成果，形成敏捷高效的平台服务，建立精益协调的业务应用。如下图所示：

图1 平台系统架构

2.2 功能设计

该平台分为“场景浏览”“智能生产管理”和“智能设备管理”等三大功能模块。“场景浏览”包括三维模型浏览、三维量测、场景漫游、图层管理、天气模拟等展示功能；“智能生产管理”包括方案管理、工程量核算、辅助作业等业务信息展示及分析；“智能设备管理”包括设备查询定位、属性信息查询、设备信息维护、PID图联动展示等功能。系统功能结构如下图所示：

图2 系统功能结构

2.3 数据库设计

根据场景浏览、智能生产管理、智能设备管理相关功能需求，所涉及到的数据库按照业务范围的不同划分为：

系统权限数据库：用于系统功能以及数据访问权限存储管理；

三维模型数据库：用于三维模型、模型材质、模型顶点、模型构件附属属性等信息的存储管理；

业务集成数据库：用于生产管理、设备管理等相关业务数据的存储管理。

按照数据库开发设计不同划分为：

文件数据库：存储各业务模块所涉及到的图片、文档等文件的存储；

空间数据库：存储LNG接收站内储罐、管线、仪表、阀门等设备的空间位置数据；

关系型数据库：存储系统功能、数据相关权限数据以及涉及第三方系统集成的相关业务数据。

2.4 系统功能

2.4.1场景浏览

用户可自然直观地浏览三维场景，自由调整视角，环绕观察LNG接收站的各个细节，轻松漫游于精细构建的三维场景之中。借助这一全局可视化系统，用户可全面、立体地把握LNG接收站的整体布局与空间关系，显著提升感知效率与决策体验。如下图所示：

图3 LNG接收站大门

图4 管道细节展示

“图层管理”模块采用树形结构，清晰梳理LNG接收站内各类设备的层级与归属关系。界面以直观的树状列表组织全部设备，点击任一设备名称可自动聚焦至场景中的精确位置。该设计不仅提升了复杂工业设施的可视化管理效率，更赋予用户高度灵活、流畅的交互体验，助力高效决策与精准操作。如下图所示：

图5 图层控制

系统可无缝切换至地下管线模式，在该模式下地表模型被智能隐藏，使埋设于地下的管线与地上设备在同一视图中协同呈现，实现地上与地下设施的一体化同步展示。用户可直观把握地下管线与地面设备之间的空间拓扑关系及水平布局关联，为规划布局及运维管理提供精准、高效的空间决策支持。如下图所示：

图6 地下管线加载

“三维量测”模块为用户提供了专业级的空间分析能力，将距离、角度与面积等核心量测功能集成于统一的交互式工具箱中，无缝嵌入三维可视化环境，实现高效、精准的几何信息提取。该模块将工程精度的量测逻辑深度融入沉浸式可视化体验，在提升空间数据获取效率的同时，为规划设计、施工校核及设施运维等关键环节提供坚实、可靠的空间决策依据。如下图所示：

图7 面积量测

“场景漫游”功能致力于为用户提供自由、流畅的三维空间探索体验。用户可从多维度深入观察LNG接收站内各类设备及其周边环境的空间布局与细节特征。同时，系统支持按需调用预设漫游路径，以空中航飞视角自动巡览整个接收站，实现对三维精细模型的全景式、立体化呈现，全面强化空间感知与整体态势把握能力。如下图所示：

图8 漫游路线制作

图9 场景漫游

“天气模拟”模块可无缝接入接收站所在地的实时气象数据，在虚拟环境中精准复现当前天气状态，确保可视化展示与现实环境的高度同步。同时，用户可根据实际需求自由选择阴、晴、雨、雪等多种典型天气模式，直观模拟LNG接收站在不同气候条件下的运行场景。该功能不仅增强了三维场景的沉浸感与真实感，更为评估设施在复杂气象环境中的性能表现、适应能力及运维策略优化提供有力支撑。如下图所示：

图10 实时天气模拟

图11 雪天天气模拟

2.4.2智能生产管理

“智能生产管理”模块实现了对生产运行方案、工艺处置方案及维修方案等核心业务文档的全生命周期管理，支持方案的新增、查询、编辑与删除等操作，同步上传相关文件附件及对应的PID图（管道仪表流程图），实现资料的结构化归档与在线浏览/下载。所有上传的附件与PID图亦可在图层控制模块中对应设备的详情页面中便捷查阅，确保方案信息与设备模型深度绑定，提升数据组织的一致性、可追溯性与协同效率。如下图所示：

图12 方案管理查询

图13 方案管理编辑

2.4.3智能设备管理

“设备维护”为用户提供直观、高效的设备全生命周期管理支持。依托三维可视化场景可实时查看设备详细信息，全面掌握其运行状态与基础属性，并支持对相关信息进行在线编辑与维护。该功能实现了设备数据与三维模型的深度联动，显著提升了信息获取效率与运维管理的精准度。如下图所示：

图14 设备维护

“设备查询定位””支持三维场景中快速定位并高亮指定设备，同时集中展示其基本信息与维修保养记录。用户可在线查阅或下载包括设备属性、现场照片及附属文档在内的各类资料，实现设备数据的一站式访问。通过切换标签页，系统清晰呈现完整的维护履历，涵盖设备当前状态、启用日期、最近维护时间、计划下次维护时间及具体维护内容等关键信息，为设备全生命周期管理提供结构化、可视化的数据支撑。

“PID图联动”实现三维模型与工艺仪表流程图（PID）之间的智能协同。系统依据当前设备位号自动定位至对应PID图并以高亮闪烁的方式突出显示，直观建立三维空间模型与二维工艺图纸之间的映射关系。该联动机制有效打通了三维可视化与工程图纸的数据壁垒，显著提升设备识别、工艺追溯与跨维度协同分析的效率。如下图所示：

图15  PID图联动

3.经济及社会效益

本项目的实施将显著提升青岛LNG接收站的运营效率与管理水平，带来切实的经济效益与广泛的社会价值。

在经济效益方面，通过构建高精度数字孪生模型与LNG智慧数字孪生平台，可大幅减少现场人工巡检频次和设备故障排查时间，降低运维成本；同时模型与设备属性数深度关联有助于优化设备管理、延长设备使用寿命，并为智能化调度与应急响应提供数据支撑，间接提升接收站整体运行效率和资源利用水平。

在社会效益方面，项目通过提升青岛LNG接收站安全水平，强化对高风险区域和关键设备的实时监控与预警能力，显著降低安全事故发生概率，保障员工生命安全和周边社区环境安全。LNG智慧数字孪生平台还可用于新员工沉浸式培训与应急演练，提升人员专业素养和应急处置能力。此外，作为“智慧能源”和“数字中国”战略在油气基础设施领域的落地实践，该项目为行业提供了可复制、可推广的数字化转型样板，对推动能源行业高质量发展、构建安全高效清洁的现代能源体系具有积极示范意义。