基于数字孪生的港口供配电设备触电风险可视化管控平台

港口作为现代物流体系的核心枢纽，其供配电系统的安全、稳定运行是保障生产作业连续性的基石。其中，触电风险是威胁运维人员生命安全和设备正常工作的首要隐患。传统安全管理模式存在信息滞后、依赖人工、难以预见隐性风险等瓶颈。数字孪生技术通过构建物理实体与虚拟模型的深度交互，为实现风险的实时感知、精准预警与可视化管控提供了革命性路径。文章主要探讨基于数字孪生构建一套港口供配电设备触电风险可视化管控平台，以数字化手段提升港口本质安全水平，推动安全管理向智能化、前瞻性模式转型。

一、平台总体架构与技术体系

1.平台设计理念与核心业务逻辑

本平台遵循“虚实映射、数据驱动、智能管控”的设计理念。其核心业务逻辑在于通过数字孪生技术，构建一个与物理港口供配电系统完全对应的虚拟数字化模型。该模型作为核心载体，实时汇聚并融合来自物理实体的多源数据，并基于此进行风险仿真分析与可视化呈现，最终通过预警与指令下发形成“感知-分析-决策-控制”的业务闭环，从而实现从被动响应到主动预警的安全管理模式变革。

2.基于数字孪生的五维模型结构解析

平台架构基于数字孪生的经典五维模型构建，包括物理层、数据层、模型层、功能层和应用层。物理层由现场供配电设备与传感器构成；数据层完成多源异构数据的采集、传输与存储；模型层是核心，构建高保真的三维可视化设备模型及风险算法模型；功能层集成风险识别、预警、仿真等功能模块；应用层则面向用户提供可视化的交互界面，五层结构互联互通，共同支撑平台的协同运作与持续优化。

3.平台关键技术集成：物联网、BIM 与数据可视化

平台深度集成了三项关键技术。物联网技术通过部署各类智能传感器，实现了对电压、电流、温度、湿度及人员位置等安全数据的全面感知与实时采集。BIM 技术则提供了设备的高精度三维模型与空间信息，为风险的可视化定位与虚实交互提供了空间载体。数据可视化技术则将复杂的风险数据与模型数据转化为直观的图形、图表和三维动画，极大地提升了管理人员的态势感知与决策效率。

二、触电风险的全要素感知与辨识

1.港口供配电系统触电风险源全面梳理

港口供配电系统的触电风险源可分为设备自身状态、环境因素及人为因素三大类。设备状态风险包括绝缘老化、带电体裸露、接地失效及安全距离不足等；环境风险主要涵盖潮湿、积水、腐蚀性气体导致绝缘强度下降等；人为风险则涉及无票作业、误入带电间隔、安全措施遗漏等违规操作。本平台旨在通过对这三类风险源的系统性梳理，形成全面的风险知识库，为后续的精准辨识奠定基础。

2.多源异构安全数据的采集与融合策略

为实现全要素感知，平台制定了系统的数据采集与融合策略。通过物联网传感器实时采集设备的电气参数和状态数据，利用 UWB/BLE 定位技术获取人员实时位置，通过监控系统识别安全工器具使用情况。这些多源、异构的数据经由边缘网关进行初步处理后，统一上传至数据中台，采用时空对齐、数据清洗、特征提取等方法进行深度融合，形成统一的风险研判数据视图。

3.风险动态感知与实时数据驱动机制

平台建立了以实时数据为驱动的风险动态感知机制。融合后的数据流持续输入至风险研判引擎，该引擎内置基于规则和算法的风险识别模型。通过实时计算人员与带电体的距离、比对设备状态与操作规程、监测环境异常变化，动态评估当前触电风险等级。该机制确保了风险感知的即时性与准确性，一旦发现风险超阈值，即刻触发后续的预警与管控流程。

三、可视化管控与智能决策应用

1.风险态势多维度可视化呈现与虚实映射

平台利用三维可视化技术，在数字孪生体中实现风险态势的多维度直观呈现。在高精度 BIM 模型上，通过颜色编码（如红、黄、绿）、热力图、动态光束等方式，实时渲染和显示不同区域的静态与动态风险等级。人员位置以 avatar（虚拟化身）形式映射在虚拟空间中，当其接近高风险区域时，系统自动进行虚拟碰撞检测，实现风险的“所见即所得”，极大提升了管理人员对全局和局部风险的整体洞察力。

2.分级预警与智能报警的流程与规则设定

平台建立了“监测-研判-预警-响应”的分级预警流程。根据风险严重程度，设定“一般预警、中度预警、高度预警”三级警报。预警规则基于预设的逻辑条件，如“人员进入带电间隔且接地刀闸未合”、“环境湿度超限且设备有漏电报警”等复合事件触发。报警信息通过平台界面弹窗、声光、短信等多种方式，精准推送给相关运维及安全责任人，确保预警信息及时、有效传达。

3.安全指令下发与运维协同的闭环管理

平台构建了完整的管控闭环。当预警发出后，系统不仅止于报警，还可自动生成初步的安全处置建议，并支持管理员通过平台远程下发安全指令。指令可发送至现场移动终端、智能门禁或广播系统，指导人员避险或采取安全措施。同时，整个处置过程被记录与追踪，形成从风险发现、预警、处置到反馈的全程数字化闭环管理，显著提升运维协同效率与安全性。

四、结论与展望

文章系统阐述了基于数字孪生的港口供配电设备触电风险可视化管控平台的构建理念、技术体系与应用价值。平台通过数字孪生五维模型集成物联网、BIM 与数据可视化等关键技术，实现了对港口复杂供配电环境中触电风险的全要素感知、动态辨识与多维可视化呈现，并建立了分级预警与闭环管控的智能决策支持机制。其应用能有效转变传统被动应对的安全管理模式，前移风险防控关口，显著提升港口供电系统的本质安全水平与智能化运维管理效率，具有重要的实践推广价值。展望未来，该平台仍存在深化与拓展的空间。下一步可探索与港口作业管理系统的深度集成，实现安全与生产调度的协同优化。同时，随着人工智能技术的演进，引入知识图谱与强化学习算法，有望增强平台的风险自主推理与智能决策能力，实现从人机协同向智慧自主的更高阶形态演进，最终构建全天候、全自动的港口安全免疫体系。

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