数字孪生案例 | 某船舶重工集团研究所如何打造“节能减碳仿真可视化平台”

在绿色航运加速推进的今天，船舶节能减碳已从“可选项”变成“必选项”。但一个核心问题始终困扰着行业：装了节能设备，到底能省多少油？ 不同的航线、不同的船型、不同的设备组合，效果天差地别。

• 给理论值？客户不信。

• 拿实测数据？需要找船、找航线、跑一个航次，周期太长，成本太高。

• 用仿真软件？传统CFD仿真门槛高、周期长，业务人员用不了。

船舶重工集团某研究所，是国内船舶动力与绿色能源领域的核心研发机构，该研究所长期为各类船舶提供动力解决方案和节能装备，包括ORC余热回收、轴带发电机、消涡鳍、球鼻艏优化、气层减阻、旋筒帆、风罩等主流节能技术。

该所基于CIMPro孪大师数字孪生开发平台打造了一套船舶节能减碳数字孪生仿真可视化平台。船东可以在虚拟环境中自由搭配节能设备、规划航线、模拟可视化不同海况，系统实时呈现能耗对比——把“装了能省多少”这个问题，从“拍脑袋”变成“看数据、看场景”。

• 节能设备还原：1:1高精度三维还原（ORC、轴发、消涡鳍、球鼻艏优化、气层减阻、旋筒帆、风罩）

• 主流船型还原：散货船、油轮、集装箱船外观3D模型还原

• 自由航线规划：支持全球地图自由绘制航线，也可选择预置航线

• 节能效果呈现：基于风、浪、流等环境参数，实时呈现设备组合的节能率和能耗对比

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节能减碳数字孪生仿真可视化平台功能拆解

三维场景构建

内置海量船舶模型库：平台内置散货船、油轮、集装箱船等主流船型外观模型，也支持多种格式的船舶模型导入——无论是设计院输出的工业模型（SolidWorks、Catia、UG、Creo），还是手工建模的FBX、OBJ、GLB、GLTF、3ds Max、Blender文件，都能直接拖入场景使用，1:1高精度还原。可清晰展现船体外观、甲板布局、上层建筑等结构细节，支持360°旋转、缩放、拆解查看。

节能设备可视化：ORC、轴发、消涡鳍、球鼻艏优化、气层减阻、旋筒帆、风罩等环保设备全部三维可视化。船东可以直观查看设备安装位置、结构尺寸，一个旋筒帆装在哪、多大尺寸、对视野有没有影响——不再是图纸上的线条，而是可旋转、可缩放的三维模型。

宏观航线场景： 基于全球卫星影像构建离线地图服务，支持WGS84全球定位，可展示从中国沿海到全球主要航线的完整地理环境。支持全球范围的航线规划与展示。同时支持GIS数据接入——卫星影像、DEM高度图、倾斜摄影、点云数据、3DTiles，都可以作为航线底图的补充。

自由航线可视化规划

平台提供了灵活的航线规划功能，支持两种模式：

1. 预置航线动画

平台预置了4条典型的地理航线（如中国→欧洲、中国→中东、中国→东南亚等），支持一键选择。选定后，系统自动生成动态连线展示动画，直观呈现航线走向、途经海域和航程距离。

2. 自定义航线规划

用户可以在全球地图上自由绘制航线，系统支持两种交互方式：

• 自由拖拉：用户可直接在地图上点击并拖拽绘制由多个航路点组成的自定义航线。

• 网格航线优化：系统支持基于网格划分的地图自由航线规划功能。用户设定航线起点和终点后，将航线区域划分为网格，并结合网格内预置的风、浪、流等环境参数，呈现航线状态与能耗数据。

这种“网格化”的处理方式，意味着平台可以精细化模拟可视化不同航段的环境条件——比如在横跨太平洋的航线上，用户可以看到不同航段的风浪变化，并据此调整航行策略。

节能效果模拟可视化

1. 设备组合与参数调整

用户可以在三维场景中自由选择或取消选择任一节能设备，并可以调整设备的运行参数。例如：

• 对于旋筒帆，用户可以调节其旋转速度；
• 对于轴带发电机，用户可以设定其发电功率；
• 对于气层减阻系统，用户可以调节气流量大小。

每一次参数调整，系统都会根据实时数据驱动能耗状态变化。

2. 环境参数与能耗状态变化

平台接入风、浪、流等环境参数数据，并与船舶能耗模型进行对接。当用户在地图上绘制一条航线时，系统对接该航线沿途的环境参数数据，呈现出该航线在不同设备组合下的船舶能耗。

3. “有/无节能设备”能耗对比

用户只需一键切换“开启/关闭”某个或某几个节能设备，系统就会在三维场景中实时呈现能耗对比结果。对比维度包括：

• 总能耗对比

  ：相同航线、相同航速下，有/无节能设备的燃油消耗对比。

• 节能率

  ：每个设备或设备组合带来的节能百分比。

• 碳排放减少量

  ：基于能耗减少计算的CO₂减排量。

这种“所见即所得”的对比方式，让船东能够直观地理解：装了这套设备，跑这条航线，到底能省多少油？省多少钱？减多少碳？

沉浸式UI交互与展示

1. POI信息弹窗

在三维场景中，点击任意船舶或设备模型，即可弹出信息卡片，展示该对象的关键参数、技术说明、运行状态等信息。

2. 对象动画、航线动画

支持为环保设备制作交互动画。例如，点击“旋筒帆”时，模型自动开始旋转，并展示其工作原理动画；点击“气层减阻”时，船底微气泡生成效果动态呈现。

支持自定义航线动画，例如5条预置地理航线的动态连线展示；用户在地图上自由绘制航线生成动态连线动画。

3. 专题UI面板

平台支持针对不同业务场景设计专门的UI面板：

很多船舶行业的数字化项目，从立项到交付动辄数月，数字孪生3D可视化部分的开发周期往往是最不可控的变量。而本项目能在数天内够快速落地，核心在于选对了开发工具——CIMPro孪大师。

1. 零代码/低代码开发，大幅缩短交付周期

传统方式做三维可视化，需要专业三维开发团队、大量手写代码。CIMPro孪大师支持拖拽配置，内置海量模型库、特效库、UI组件库等现成资产与模板，平台内置的API接口也支持与React、Vue等主流前端框架集成，降低二次开发难度。

2. 多源数据融合，打通“模型-算法-业务”全链路

平台支持等多源数据一键导入。该研究所的算法模型可以通过API接入，前端业务逻辑在平台内配置完成——一个平台，串联了三维可视化、算法模型、业务交互三大模块。

3. 仿真动画与交互能力，让“节能效果”看得见

内置的动画编辑器支持通过关键帧或API控制实现机械仿真可视化、施工模拟动画、天气变化等动画效果。本案例中，设备工作原理动画、船舶航线动态航行、自定义航线绘制等功能，都是基于这一能力快速实现的。

4. 私有化部署与国产信创适配

平台支持私有化部署模式，满足研究所对数据安全的要求。基于自研图形引擎PICIMOS，完全自主可控，兼容国产软硬件环境。

这套平台的价值，正在于把“节能效果”这件事，从“理论估算”变成了“可交互、可验证、可输出的量化工具”。船东自己选、自己算、自己看——数据不会骗人，信任自然建立。

从销售展示到研发验证，从客户决策到内部协同，CIMPro孪大师正在成为船舶海洋数字化解决方案的“可视化基座”。

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