核电厂防异物数字博物馆第1部分：场景信息数据指南

3T/CEPPCXXXX—XXXX核电厂防异物管理场景信息数据规范本文件规定了核电厂典型的防异物场景信息数据的内容、模型分类与规格、防异物场景信息数据命名原则、建模基本要求、质量要求、数据更新和成果提交的要求。本文件适用于建立核电厂典型的防异物场景信息数据的获取、处理、使用，为各核电厂开展防异物管理数字化信息化工作提供参照依据。2规范性引用文件本标准没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1异物ForeignMaterial（FM）根据设计，任何不属于系统或设备组成部分的物项，如破碎或遗失的部件、灰尘、碎屑、油料、工具、抹布、化学品、机械尾渣、研磨剂(料)、钢丝磨光刷、扎线、溶剂、漆皮、密封补漏剂、个人劳保用品以及可能影响系统或设备正常运行、对设备及系统性能造成不利影响的任何其它物项。[来源：T/CNEA017-2021核电防异物管理指南]3.2防异物ForeignMaterialExclusion（FME）采取一定的措施和方法,包括管理措施和方法以及技术措施和方法,来预防由于人为疏忽而导致异物进入电厂系统或设备内部。[来源:INPO07-008追求卓越的防异物(FME)导则]3.3异物管理区域ForeignMaterialExclusionArea（FMEA）在执行维修、变更、试验或检查等工作活动中，用屏障和标志沿工作区周围建立起来的区域，用以控制工具设备、材料和人员等进入开放系统，减小由于疏忽而将任何物项遗留在系统内的可能性。[来源：T/CNEA017-2021核电防异物管理指南]3.4三维模型Three-dimensionalmodel在计算机中，反映产品外部几何形态、约束要素和属性及附属要素的模型。4T/CEPPCXXXX—XXXX[来源：CJJ/T157—2010城市三维建模技术规范]3.5几何模型Geometricmodel用点、线、面、体等基本几何元素描述现实世界，形成的建模对象的几何形态。[来源：CJJ/T157—2010城市三维建模技术规范]3.6核电三维模型Three-dimensionalmodelofnuclearpower核电厂建筑与设施的计算机三维图形表达，反映建筑与设施的空间位置、几何形态、纹理及属性等信息。[来源：CJJ/T157—2010城市三维建模技术规范]4缩略语下列缩略语适用于本文件。BIM：建筑信息模型（BuildingInformationModeling）IFC：工业基础类（IndustryFoundationClass）FBX：专有3D模型文件格式（Filmbox）OBJ：以文本形式存储数据的3D模型文件格式（WavefrontOBJ）5数据内容5.1概述防异物场景信息数据的内容包括BIM模型数据和三维模型数据，如表1所示。BIM模型通过建立核电厂、厂房/机组的三维模型，运用数字化技术，为核电厂区建筑模型提供符合实际情况的建筑信息，让人更容易了解核电厂区各厂房/机组功能与其它对象之间的相互关系。三维模型则侧重表达核电厂系统、设备的几何表达。表1模数据内容5.2BIM模型数据BIM模型数据以核电厂区、机组/厂房的信息数据作为模型的基础，通过数字信息仿真模拟厂区、机组/厂房真实状态，包括三维几何形状信息、建筑物结构、组件、空间、设备和系统等各个方面的信息，这些数据可以提供一个全面、准确、详细的建筑信息模型。5.3三维模型数据5T/CEPPCXXXX—XXXX三维模型数据内容主要包括核电系统模型数据与设备模型数据，如表2所示。三维模型主要表达核电系统、设备、零件的几何表达以及相关的属性。表2三维模型数据6模型分类与规定6.1多尺度防异物场景信息模型分类防异物场景信息的模型可以分为3大类，根据实际应用可分厂区级、机组/厂房级、系统级，具体如表3所示。表3多尺度防异物场景信息模型分类6.2防异物场景信息模型规定a)不同细节层次的核电厂区模型应符合下列规定：建筑信息模型：根据建筑基底和建筑高度生成平顶柱等比例尺的地形图建筑轮廓线为依据:平面尺寸精度不宜低于1.5m，高度精度不宜低于1.5m，对于高层建筑的高度精度可放宽至2m。b)不同细节层次的核电机组/厂房模型应符合下列规定：1)建筑信息模型：根据建筑基底和建筑高度生成平顶柱状模型，建筑物基底宜以1:100、1:200、1:500等比例尺的地形图建筑轮廓线为依据:平面尺寸精度不宜低于1.5m，高度精度不宜低于1.5m，对于高层建筑的高度精度可放宽至2m。2)精细模型：应精确反映房屋屋顶及外轮廓的详细特征，平面尺寸和高度精度不宜低于0.3m。c)不同细节层次的核电系统模型应符合下列规定：精细模型宜采用逼真的几何模型与纹理相结合的方式对核电设备整体进行建模，真实准确地反映核电设备的形态、尺寸、分布、位置、种类及色彩等特征，核电设备尺寸与实际误差宜在0.1m以内。d)不同细节层次的核电设备模型应符合下列规定：精细模型宜采用逼真的几何模型与纹理相结合的方式对核电设备整体进行建模，真实准确地反映核电设备的形态、尺寸、分布、位置、种类及色彩等特征，核电设备尺寸与实际误差宜在0.1m以内。6T/CEPPCXXXX—XXXX7防异物场景信息数据命名原则a)命名应包括:模型文件命名、模型命名、模型纹理命名、模型编码命名、辅助文件命名；b)命名应准确、合理、简明，便于文件的识别、管理、存储、发布、传递和更改等方面的要求；c)命名应便于数据的入库存储、分类组织和检索的要求；d)命名应便于追溯和版本(版次)的有效控制；e)所有模型名称及纹理命名应唯一；f)同一对象的不同类型文件名应具有相关性，例如同一对象的模型文件名与其纹理命名应具有相关性；g)命名规则应具有可扩充性；h)名称应使用字母、数字和下划线表示；i)模型命名应实行双重编号，由类型码和标识码两部分组成，类型码和标识码之间用下划线“_”j)标识码由四级编码组成，第一级编码用于区分基础模型、标准模型和精细模型，分别由B、S.P表示；第二级编码用于标注核电厂区，由T表示；第三级编码应根据机组/厂房首字母或编号进行区分，例如1号机组由1表示，燃料厂房由R表示；第四级编码应参照机组堆型系统命名规则进行具体命名，如表4所示。表4模型编码BT1SQPF8数据采集要求8.1三维模型制作的数据采集要求主要包括以下几个方面：a)高精度：数据采集应尽可能达到高精度，以确保三维模型的准确性和真实性。这对于需要精确测量和分析的应用非常重要。b)完整性：要采集到全面、完整的数据，包括物体的所有几何特征、纹理、颜色等信息，以避免模型出现缺失或不完整的情况。c)多角度：为了获取物体的完整形态和特征，需要从多个角度进行数据采集。这可以通过使用多个摄像机或扫描仪来实现。d)高分辨率：采集的数据应具有较高的分辨率，以便在建模过程中能够捕捉到更多的细节和纹理信息，提高模型的质量。e)一致性：在不同时间或不同位置进行的数据采集应保持一致性，以便能够将这些数据有效地整合到一个统一的三维模型中。f)标定和校准：对于扫描仪等设备，需要进行标定和校准，以确保采集到的数据具有准确的尺寸和比例关系。g)数据格式：采集的数据应采用合适的文件格式进行存储，以便于后续的处理和使用。常见的文件格式包括STL、OBJ、3MF等。h)元数据：除了实际的几何数据外，还应采集相关的元数据，如物体的名称、分类、位置等信息，以便更好地管理和使用模型。i)实时性：在一些应用场景中，如实时监控或实时仿真，数据采集需要具有实时性，能够及时反映物体的状态和变化。7T/CEPPCXXXX—XXXXj)环境考虑：在数据采集过程中，需要考虑环境因素的影响，如光照条件、背景干扰等，并采取相应的措施来减少这些影响。8.2这些要求可以根据具体的应用场景和项目需求进行适当调整和补充。数据采集的质量和准确性直接影响到数字孪生三维模型的质量和应用效果，因此在数据采集阶段需要格外注意。9建模基本要求9.1建模原则a)三维模型应能/准确表达对象的关键尺寸信息、主要属性信息，具有可识别性;三维模型应满足健壮性要求，即模型应具备稳定、健壮的信息表达，具备在保证设计意图的情况下能够被正确更新或修改的能力。b)不应有冗余元素或与建模无关的几何元素。c)三维建模应考虑数据间的链接和引用关系，如:模型的几何要素、纹理要素、属性要素、元数据和辅助文件之间的逻辑关系和引用关系，应满足模型各类信息实时更新的需要。d)由模型表现的几何要素应采用1:1比例建模。e)三维模型应以“毫米”为标准单位。f)对核电站5厘米以上事物进行建模。g)对于无需纹理的模型，其表达的对象材质相同时应采用同一色值。h)对于结构复杂或大型关键设备，可考虑模型分解的需求，按照装配组件建立其设备模型。i)BIM信息数据需要确保数据的准确性、完整性和一致性。9.2几何要求a)三维模型几何是指构成模型的边形的集合，几何应根据模型类别展现现场实际的外观或细节。b)每个设备部件模型应为独立的几何体。c)几何体应展现现场设备设施的外观和细节。d)几何体内相邻的点应合并。e)在确保三维模型完整性及精确性的情况下，应减少三维模型的点、线、面。f)不应采用镜像和缩放的方式建模。g)不应有漏面、漏缝、反面、共面、闪烁面和废点等现象。9.3模型误差要求a)模型尺寸、定位、倾斜程度应满足模型误差要求。b)精细模型应能提供已配准的点云数据，以校验其误差。c)误差的校验应从设备内部件尺寸、相对位置，设备间相对位置，设备与地面的贴合程度三方面进行。10场景模型优化质量要求a)模型简化：通过减少模型的面数和点数，降低模型的复杂度，提高渲染效率。b)纹理优化：合理使用纹理大小和压缩技术，减少纹理数据的大小，同时保证模型的视觉质量。c)法线和切线：正确生成和应用法线和切线，以提高光照效果和表面细节。d)LOD（层次细节）技术：根据不同的距离和视角，使用不同精度的模型，提高渲染性能。e)模型装配：对模型进行合理的装配和组织，减少不必要的重叠和交叉，提高模型的可读性和可维护性。f)碰撞检测：如果需要，为模型添加碰撞检测功能，确保模型在交互中的正确性和稳定性。g)动画优化：对于有动画需求的模型，优化动画关键帧、骨骼结构和权重等，以提高动画的流h)数据压缩：采用合适的数据压缩算法，减小模型文件的大小，便于存储和传输。8T/CEPPCXXXX—XXXXi)实时反射：对于需要实时反射的场景，使用适当的反射技术，如屏幕空间反射（SSR）或实时反射探针，提高反射效果的真实性和性能。j)性能测试和优化：通过性能测试工具和分析方法，评估模型的性能，并针对性地进行优化。k)多平台适应性：确保模型在不同的硬件平台和软件环境下都能良好运行，进行跨平台的优化。l)可视化效果：优化模型的可视化效果，使其更真实、更清晰，提高用户体验。这些优化技术要求可以帮助提高数字孪生三维模型的性能、质量和可维护性，从而更好地满足实际应用的需求。具体的优化方法和技术选择会根据项目的具体情况和目标而有所不同。11质量要求11.1完整性要求a)三维模型构成要素无缺项。b)各要素不应有遗漏，不同类型、不同比例尺数据的集成关系应完整正确。c)三维模型数据无冗余。11.2几何数据要求a)三维数字模型数据的坐杨值(X，Y，Z)应与实际测量值保持一致。b)模型数据各组成部分的相对位置应真实准确，无错位。11.3属性数据要求a)三维模型的数字属性应根据不同模型类别设置不同的属性字段。b)三维模型属性中定性的属性数据应采用字符、符号表示，定量的属性数据应采用数字形式表示。c)三维数字模型的属性信息描述应准确清晰。11.4时间数据要求a)应按需求定期或及时对数据进行更新，保持数据的实效性。b)元数据或要素属性中应包含时间标识，并与模型数据保持同步。11.5逻辑一致性要求a)三维数字模型数据在遵循的概念模式规则上应具有一致性。b)三维数字模型数据存储的数据格式应具有一致性。c)三维数字模型数据空间位置应具有拓扑一致性。12数据更新12.1应制定防异物场景数据更新机制，当要素发生变化时，及时进行数据更新。根据数据源不同，可基于工程测量、激光扫描等技术方法进行各专项数据更新。在数据更新过程中，应保持场景数据、属性数据和元数据的一致性，并做好历史数据的备份工作，数据更新要求如下：a)场景数据更新。当采用要素更新时，应保证更新后的数据与周边数据的拓扑关系正确；当采用区域更新时，应保证更新后的数据与周边数据的无缝接边。b)属性数据更新。可依据变化及时修改、删除或添加变化的数据项，更新属性数据库。c)元数据更新。应与模型数据更