数字孪生视觉案例1:智慧水利综合智治应用工程

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相比于传统的标准化设计,数字孪生项目设计要基于不同行业特性、客户需求和品牌基因灵活定制解决方案。将企业VI系统、色彩心理学、行业特色元素及品牌核心文化氛围与价值观融入大屏设计,既能提升客户的亲切感和归属感,又能向访客传递统一的品牌形象。定制设计能够精准对接业务场景,形成长期可持续的数据价值生态,不会因为流行趋势变化影响其核心竞争力。

定制化设计的基本流程可以涵盖为以下四步:

多渠道了解客户→特征元素提取整理→抽象概念故事化→抽象故事转化为具象设计。

我们今天就来介绍一下智慧水利综合智治应用工程,以下内容均来源于 [《数字孪生视觉语言白皮书》](易知微 - 数字孪生仿真渲染引擎与可视化应用 ,感兴趣的朋友可以点击下载完整版。 )

一、案例背景

在水利行业,大坝安全监测始终是关乎民生和生态安全的重大课题。然而,随着工程规模扩大与监测技术迭代,传统手段已难以应对日益复杂的数据挑战。存在多源异构数据分散管理导致信息割裂、隐蔽工程风险难以通过二维图表直观呈现、人工分析预警滞后延误关键决策等问题。导致传统监测方式在空间定位模糊、数据整合低效的桎梏下,已无法满足现代水利工程对实时性、精准性与协同性的迫切需求。

基于以上背景,空间数字孪生技术成为了破局的核心。数字孪生能够通过三维模型整合多维度数据、动态映射风险轨迹、实时驱动智能预警,以全新的技术路径实现水利行业从“被动响应”到“主动防控”的数字化转型。

二、解决方案

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1.设备安全监测:

这一模块的构建旨在提升大坝安全管理的实时性、精准性,提升监测效率和决策效率。

1) 传统数据展示方式:

依赖二维图表,分散于多份报告,无法直观定位仪器位置。

2) 可视化设计核心维度:

①视觉设计-UI:

  • 对场景进行降噪处理,去掉写实场景中不必要的装饰和贴图,使用全息材质以及单一背景;
  • 将设备进行三维化体现,在模型中进行空间映射与状态标注传感器位置;
  • 融入动态数据表达,根据异常数据进行自动定位,加入模型聚焦、红光脉冲提示等动效设计。

②交互设计-UX:

  • 多层级信息架构——从全局态势到单点设备穿透:

基于以上设计策略,不仅可以增强界面信息传达直观性和强交互性,也可以将专业水利数据转化为可感知的空间语言,降低决策认知门槛,更好的辅助相关人员制定科学维护策略,延长大坝生命周期。同时这一设计范式也可向能源、交通等不同基础设施领域延伸复用。

2.横缝变形分析:

横缝通常指大坝结构中横向的接缝或裂缝,这些接缝可能由于温度变化、材料收缩或外部荷载等原因产生。监测这些横缝的状态对于大坝安全至关重要,因为它们可能影响结构的整体稳定性。

1) 传统数据监测方式:

依赖人工巡检与二维报表,难以关联横缝状态与水位、温度等多维环境参数,无法直观的进行历史数据演变过程查看,对于关联的监测设备数据难以直接对比分析。

2) 可视化设计核心维度:

① 将大坝横缝按高程与平面坐标映射至BIM模型,通过半透明高亮的面积色块直观标注横缝分布;

② 基于横缝开合度、错动位移等参数,设计动态色阶(正值:黄色,负值:红色),色块面积代表开合数值大小,面积大的地方则表示扩张或者收缩程度较大,实时渲染于三维模型表面;

③ 考虑数据边界,开合数值大小可通过比例尺自定义夸张系数;

④ 将监测设备点位通过高程映射到模型表面,通过不同颜色映射不同的设备状态(绿色-正常,红色-异常),方便用户快速定位到监测值异常区域,进行检修或维护;

⑤ 点击设备可直接查看该设备历史数据,便于结合场景进行对比分析。

横缝微小变形(毫米级)的可视化表达难题,结合“比例夸张+细节放大镜”双模式设计,兼顾全局态势与微观精度。

3.谷幅监测:

谷幅监测是大坝安全评估的关键指标,指大坝两侧山谷在蓄水、地震等外力作用下的水平位移变化。

1) 传统数据监测方式:

依赖数值报表与二维曲线图,无法直观反映位移方向与坝体结构变形的空间关系,缺乏空间关联性。同时实时性不足,人工分析滞后,难以及时预警潜在风险。

2) 可视化设计核心维度: 通过箭头方向、速度、颜色复合设计,将抽象位移数据转化为可交互的空间语义符号。

① 方向: 箭头指向=变形方向(山谷内缩→箭头朝内,外扩→箭头朝外);

② 速度: 箭头流动速度与位移速度正比;

③ 颜色: 黄色-外扩,红色-内缩;

4.垂直位移:

1) 传统数据监测方式:

难以直观展示位移数据的空间分布,各图表之间对比需频繁切换,步骤繁琐,且方向感知弱,风险等级判断依赖经验。

2) 可视化设计核心维度: 空间、数据一体化映射。

① 方向语义:

  • 向上柱体(↑): 抬升位移,绿色渐变;
  • 向下柱体(↓): 沉降位移,蓝色渐变。

② 高度编码: 柱体高度 = 位移绝对值 × 缩放系数(如1mm位移→模型高度缩放100单位,如:用户数据示例中1.59mm可映射为159单位);

③ 动态标注: 柱顶浮动标签显示实时数据(如-1.29mm绿底文字,+1.29mm蓝底文字)。

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三、建设成果

  • 从抽象数字到空间直觉: 柱状图将位移数值转化为视觉可测量的高度差,降低专业认知门槛;

  • 从单点分析到全局洞察: 通过柱体集群分布,快速识别位移传播路径与诱因关联性;

  • 从被动响应到主动干预: 实时柱体变化驱动自动化巡检工单,实现“监测-预警-处置”闭环管理。

易知微基于多年在数字孪生及数据可视化领域丰富实践,沉淀了诸多经验成果,欢迎大家互相交流学习:

《数字孪生视觉语言白皮书》下载地址:easyv.cloud/references/…

《数字孪生世界白皮书》下载地址:easyv.cloud/references/…

《数字孪生行业方案白皮书》下载地址:easyv.cloud/references/…