核電三維仿真系統虛擬現實解決方案

隨著中國經濟的飛速發展對能源需求的不斷擴大，促使核電發電事業快速發展，中國的核電機組在未來五年的裝機量將翻一番。而核電生產最重要的一個環節就是安全，安全培訓、安全生產已經成為核電生產的前提要素。

本系統設計的核心理念是利用自主研發的三維工業仿真引擎系統針對于核電生產過程對安全生產、安全教育的需要而進行有針對性的系統開發,在對核發電廠內部需要進行管理和維護的設備進行三維建模的基礎上，根據行業需要實現對關鍵操作設備和操作過程的三維仿真，實現在計算機上完成更加直觀、逼真且具有互動性的操作及維護培訓，從而實現對現有視頻教材及模擬器培訓方式進行補充，在降低成本的同時也將大幅提高培訓和管理的效率。

方案核心

核電三維虛擬現實仿真系統是以微型計算機作為工作平臺，通過仿真數學模型模擬核電站物理、工藝和控制過程，以計算機圖形界面作為人機界面的仿真系統。該實驗系統可實現對核電站的運行、控制、管理、維護、狀態監測、故障診斷等過程進行計算機模擬和仿真。

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百萬千瓦典型壓水堆反應堆組件虛擬模型
（1）反應堆組件結構瀏覽：含壓力容器及進出水口、燃料組件、控制棒驅動機構外形、堆內構件、堆內支撐板、下部測量儀表套管等；（2）設備屬性信息查詢；（3）物體操作，含選擇、移動、隱藏。

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百萬千瓦典型壓水堆核電站主泵裝配虛擬模型
（1) 主泵拆卸過程；（2) 主泵裝配過程；（3) 主泵零件信息查詢；（4) 主泵結構瀏覽。

重要設備操作培訓

壓水堆驅動機構虛擬模型
真實反映模擬設備內部結構及各部分組成，用戶可任意角度瀏覽設備結構，還可對零部件屬性信息進行查詢、零部件的單獨演示、工程圖關聯調用等操作。同時模擬控制棒驅動機構的提棒和插棒的詳細機構運動，支持屏幕截屏和視頻錄制。

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系統組成

整個虛擬現實軟件系統通過Unity或Virtools等虛擬現實應用開發引擎定制開發，采用立體投影系統、頭戴式顯示器、立體顯示等顯示系統呈現核電站廠房反應堆、蒸汽發生器、主泵等核設備及演示操作過程，使操作人員有身臨其境的感覺，采用3D鼠標或數據手套可對虛擬設備進行“拆解”和“安裝”，實現操作人員對虛擬現實環境中設備的操作。

輕點鼠標（或采用數據手套），可以對感興趣的設備進行“拆解”，了解其內部結構，還可將其重新裝配，了解設備的裝配過程，

核電三維虛擬現實仿真系統依托先進的計算機技術、仿真建模技術和虛擬現實技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，讓學生可以在虛擬環境中開展實驗，進行傳統實驗室難以涉及的高危或極端環境實驗，并能節約大量資源，避免實驗臺架規模有限、設備運行維護費用高、不能同時兼顧教學和科研，涉核系統和設備不宜參觀等問題。學生通過仿真模擬的系統來了解整個系統的原理、組成、相互間關系、運行參數變化、設備間動態響應等，加深對所學知識的理解。

應用領域

系統所面對的行業領域為核電領域，替代傳統二維及視頻監控和培訓技術，利用計算機三維VR技術結合傳感器數據通訊技術在三維可視化環境內實現設備的仿真操作與維護。從而對那些高溫、高壓、放射、有毒、深埋、內置不可見的關鍵設備實現直觀的模擬操作。利用三維VR仿真技術可以模擬各種事故和異常情況發生的狀態的發生及對此種事故處理的操作方案、人員逃生方案等，從而實現低成本的模擬和演練。