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从设计评审到可视化施工——用 Unity 加速南非光伏发电厂项目建设

原创 2021-04-22

南非工程建设机构 Zutari 在其一项大规模太阳能光伏项目中,使用了 Unity 的实时 3D 开发平台来全面减少工程时间、降低成本。


Zutari 是一家南非的工程咨询机构,他们的企业目标是制定出创新性的可再生能源工程方案,为非洲环境、社会和经济作出实质性贡献,促进其繁荣发展。可持续能源是其核心专业领域,Zutari 参与了水力、太阳能、风能、混合动力及能源存储等方案设计,满足当地实际需求的同时,根据地形及其他限制条件打造出切实可行的方案。为此,Zutari 及其可视化团队在整个项目周期内广泛采用了新兴技术。


Zutari 新兴技术的核心便是 Unity 的实时 3D 开发平台,公司使用了 Unity 来改变南非大规模光伏项目的设计、制作和运营方式。


Zutari 互动可视化部门的负责人 Murray Walker 表示:“通过结合叙事性与创新型技术,我们可以制作出具备沉浸感、互动式的项目体验,更好地表达出基础设施的蓝图,让项目进程透明化。”



太阳轨道跟踪与阳光遮挡



承接一个太阳能项目绝非易事,发电厂的面积有时甚至可达 112 平方公里,约为旧金山的 2.5 倍大。为了在 Unity 中呈现整个场地,3D 模型仅在项目导出后生成,每个组件也都加上了坐标。团队还导入了 Autodesk Revit 与 AutoCAD 模型来制作一个沉浸、互动式的虚拟环境。


发电厂的太阳能电池板必须对应太阳放在正确的位置,才能将阳光尽可能多地转化成电力。而每个站点都有独特的地理条件,不同的地点(如巴西、马拉维、加拿大)会有不同的设计挑战。


在 Unity 中,Zutari 可以针对太阳能电池板进行太阳跟踪和阳光遮挡测试,比如团队可以观察电池板间距是否恰当,其影子是否会遮挡住其它电池板,从而找到最佳间距,因为夏天和冬天的太阳光照角度是完全不同的。


除了间距之外,地形因素也会让阳光遮挡问题更加复杂,电池板的位置可能会受到地理因素的限制。在分析太阳轨道和阳光遮挡情况后,Zutari 完全可以优化发电厂位置、安装尽可能多的电池板来最大化电力输出。


此类问题完全可以用传统的工程设计工具来解决,但 Zutari 沉浸互动式的可视化可以让工程师们模拟一年中所有可能出现的情况,快速审查设计可能产生的效果。



探索新的施工监测方式



施工监测可以帮助明确建筑组件安装的时机与地点。Unity 可生成一个支持多人同时使用的虚拟模型,让开发者在前期就洞悉项目周期各阶段的现场状况


Zutari 使用无人机来拍摄施工的各个阶段,团队会参考摄制影片在虚拟环境中放入对应的对象,再将更新后的可视化项目每周发给客户。


整个流程可生成一个互动式施工报告,让客户能“游览”不同阶段的施工场地,检查建筑是否符合自己的预期。Zutari 同时在不断改进这种报告流程。


Walker 说:“我们的最终目标是用 Unity 训练出一个机器学习算法,帮助我们确定施工现场的完成度,由无人机自动分辨出自然环境与人造设施,进行精确的完成度估算。”



一体化太阳光伏(PV)设计方案



为了进一步改进、加快设计流程,Zutari 在使用 Unity 的同时,还使用了 AutoPV:一款由 Zutari 及其顶级 PV 工程师开发的大型 PV 设施自动化设计解决方案。


太阳能设计通常耗时耗力,大型项目设计可跨数周甚至数月。为了优化逆变器、接线盒的摆放,以及线缆的走线、长短与粗细,项目需要经历无数次迭代。人工计算这些走线、摆放和参数不仅过于繁杂,一旦出错还会导致前功尽弃。有了 AutoPV 后,线缆、逆变器布局和工程参数仅需几秒便可计算完毕,近乎瞬间就能生成详细的材料需求、设备安装日程、线缆耗损及其它工程参数。再配合上 Unity 强大的实时技术,Zutari 的工程师与客户完全可以多次可视化、审查和优化项目,做到目前大部分项目都做不到的事。Unity 先进的可视化技术还能在开发初期就为相关人员提供丰富的互动材料



更广泛的用途


用 Unity 模拟大桥建造


用 Unity 模拟物流运输


Zutari 还在许多其它领域使用了 Unity,包括大桥的建造、建材的物流运输、风力涡轮机的设计建造等等。公司还在积极地开发虚拟现实(VR)培训方案,为高压电设施的操作工们提供安全作业培训,塑造员工培训的未来。





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