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湖南惟楚科教股份限公司

机场排水

虚实结合仿真平台项目

汇报日期：2022年05月22日

目 录

CONTENTS

02 质量保证

01 项目实施

03 保密措施

04 项目参与人员

05 企业案例

项目实施

01

底座部分

整体呈梯形，面积约47平方米，底座高700mm， 底座主材采用40mm×25mm×1.5mm镀锌方管焊接制作，底座四周

采用铝塑板饰面，平台侧面采用夹板打底、铝塑板饰面、采用玻璃胶勾填缝，平台边沿采用耐刮花金属线条包边装饰；设有

可拆卸式检修门。

硬件实施-沙盘

水箱部分

整体呈梯形，面积约47平方米，底座主材采用

40mm×25mm×1.5mm镀锌方管焊接制作，底座四周采用

铝塑板饰面，平台侧面采用夹板打底、铝塑板饰面、采用

玻璃胶勾填缝，平台边沿采用耐刮花金属线条包边装饰；

设有可拆卸式检修门。

模型部分

面积约45平方米，河流深90mm，山体高850mm地形地貌展示元素为高山、平原、河道等机场附近地形地貌；地形采

用高密度挤塑板堆砌切削制作，表面铺设三层纤维布，刷涂三层防真石漆，平台绿植采用仿真树木、草皮、花卉等乔灌木进

行绿化点缀。该模型主要展示机场排水系统，所以排水系统比例适当放大，浆砌明沟、盖板明沟等排水沟宽度均为40mm。

排水沟区分：可在排水沟的旁边安装防水灯带，灯带上方采用透光PVC材料，如图2所示。不同的排水沟用不同颜色

的灯光，浆砌明沟用红色，盖板明沟用绿色，盖板暗沟用白色。通过动态灯光演示流水效果，灯光会随着水口方向流动。

硬件实施-沙盘

沙盘示意图

灯带

图2

透光防水亚克力材料

浆砌明沟

沙盘平面图

硬件实施-沙盘

沙盘机场平面

图以齐齐哈尔

机场为原型，

结合高山机场

与平原机场排

水的特点设计。

人工降雨系统

降雨系统制总面积约为25平方，尺寸为8.36m*3m；人工降雨由人工降雨支

架、PE管、喷头、水泵、电动球阀、吊装配件及饰面板等组件组成。喷头均匀喷

洒，可通过控制系统可对雨量大小调节和控制，可模拟三种不同雨量模式；喷头间

距为200mm*180mm。

硬件实施-人工降雨系统

人工降雨内部示意图 人工降雨系统案例示意图

200mm

180mm

8360mm

3000mm

供排水系统

由蓄水池、供水泵、pvc给水管、pvc排水管道、pvc控制阀门、水位控制器、滤网等组成自循环供水系统；蓄水池灰

塑板焊接制作而成，防水防漏；供排水系统给水管路和排水管路做预埋处理。供排水管道各加装1个电磁阀，可通过电控进

行给水和排水操作。

硬件实施-供排水系统

出水

回水

潜水泵 350升水箱

自循环供水系统示意图

电器系统

一、硬件

（1）由PLC配电柜、电源模块、空气开关、交流接触器、可编程序控制器、中间继电器、接线端子、电源线及线标等内容组成。所有模块由

电缆连接到电控柜，通过可编程控制器对各电路进行控制；

（2）连接仿真平台各用电元器件、线槽等按电路系统图或者电路表进行规范化布线连线，并做好标准的电路标识。

二、软件

1.使用C语言来进行控制系统的开发；

2.控制程序软件UI界面进行个性化定制设计，按钮功能

简洁明了，控制分区逻辑布局清晰合理；

3.系统功能包括下述控制功能：

（1）实现对水泵的启闭控制功能；

（2）实现对河道灯带、设施灯光、不同机场排水系统等的开控制功能；

（3）实现对机场助航灯光的控制功能；

（4）实现对人工模拟降雨系统的开闭及雨量大小调节的控制功能。

硬件实施-供排水系统

拆装模型

拆装模型包括：跌水、陡槽、盖板明沟、盖板暗沟、蓄渗池、泵站、消力池、涵洞等可拆装模型各1个；模型采用轻

质有机玻璃板制作，可拆装模型大小适宜，展示出主要结构，采用小字贴注明各结构名称，方便辨识，各结构主体采用不同

颜色的以示区分。

硬件实施-拆装模型

泵站拆装模型示意图 跌水模型示意图 盖板暗沟模型示意图 盖板明沟模型示意图

消力池模型示意图 蓄渗池模型示意图 陡槽模型示意图

传感器设备

硬件实施-传感器设备

平台上布置各类传感器（含模拟传感器及传感模拟显示屏），包括布置水位、流量、压力、温度

等监测传感器数量各1个，支持接入虚拟仿真软件系统中进行监测数据展示，实现对水位、流量、压力

、温度等数据内容的实时展示；平台搭载人工降雨雨量传感器1个，能够实现模拟降雨量的自动化监测

，提供降雨量的数据支持；机场实体物理模型上布置液晶数据屏，实时接收、展示虚拟仿真软件产生的

仿真数据。

雨量传感器

硬件实施-传感器设备

雨量计

测雨模式：

感雨模式：

雨量计参数：

水位传感器

硬件实施-传感器设备

水位计参数：

流量传感器

硬件实施-传感器设备

流量计参数：

压力传感器

硬件实施-传感器设备

流量计参数：

温度传感器

硬件实施-传感器设备

温度计参数：

显示屏参数

硬件实施-平台配套设施

发光点中心距偏差 <3%

亮度均匀性 ＞0.95

对比度 3000:1

最大功耗（W/m2） ≤488

平均功耗 (W/m2) ≤163

供电要求 AC90～132V/ AC186～264V，频率47-63（

Hz）

安全特性 GB4943/EN60950

换帧频率 ≥60帧/秒

驱动方式 恒流驱动

扫描方式 40扫

刷新率 ≥3840Hz

颜色处理位数 12-14Bit

寿命典型值（hrs） 50000

工作温/湿度范围 -20℃–50℃ / 10%-65%RH（无结露

）

存储温/湿度范围 -10℃–30℃ / 10%-60%RH（无结露

）

计算机参数

硬件实施-平台配套设施

多媒体设备控制参数

（1）产品规格尺寸：长1100mm×宽780mm×高1000mm；

（2）产品结构：可拆装结构；

（3）产品材质：冷轧钢板+高密度板；

（4）工艺：静电喷涂。

多媒体设备示意图

展板

硬件实施-平台配套设施

展示柜

（1）尺寸规格：1000mm×400mm×1800mm；做4格，每

格内部高度450mm。

（2）材质为：铝合金+钢化玻璃+多层板。

展示柜示意图

开发技术路线

编制软件系统功能实施方案→确定项目生产工具→软件界面UI设计与搭建→三维数字化模型构建与处理

→软件交互功能开发→自控系统接入与调试→配套资源配置与联动调试

软件实施-平台数字孪生控制管理系统（虚实联动）

根据平台数字孪生控制管理系统招标技术参数、老师教学需求、软件功能实现的复杂程度、联动演示效果及自控系统通

讯协议，制定本项目软件系统功能设计方案。

编制软件系统功能实施方案

（1）开发语言：C#；

（2）开发工具：Unity2019、Visual Studio2019；

（3）数据库：Sql Server 2008；

（4）三维建模软件：Rhino、3DMAX、Revit

（5）界面设计：Photoshop、Illustrator、Indesign等。

项目生产工具

软件实施-平台数字孪生控制管理系统（虚实联动）

UI设计师根据系统功能设计方案进行软件界面的深化设计，编写软件界面UI设计方案（需要包含互动操作逻辑关系），

并形成对应的png、jpg等图像文件供前端开发使用。

软件界面UI设计与搭建

以机场排水沙盘模型的为原型对象，采用Revit、3dmax等三维数字化建模软件进行机场排水沙盘三维模型

场景的构建，真实还原机场现场布置场景，同时保证沙盘模型与虚拟仿真模型一致。在此基础之上，对建立的三

维仿真模型进行减面、展UV、美化等处理，保证系统加载与运行三维模型的流畅性；根据联动演示要求、软件

交互需求，对建立的机场排水系统三维仿真模型进行拆分、绑定及分组等操作，保证能够满足互动脚本挂载与动

画演示的要求。

三维数字化模型构建与处理

软件实施-平台数字孪生控制管理系统（虚实联动）

采用Unity3D引擎进行三维数字化场景的加载，融合UI设计方案采用C#语言进行软件交互功能脚本的编写，主要功能包

括：降雨系统控制、动态监测数据展示、设备远程控制、系统运行讲解。

软件交互功能开发

首先确定自控系统与软件之间的通讯接口协议，配置好网关或路由器等设备，以确保网络通讯畅通且安全可靠，根据选

择的通讯协议，编写相应的数据处理程序，建立起自控系统与软件之间的通讯连接，实现数据的传输和实时控制，最终在保

证所有功能符合要求的前提下，将数据处理程序集成到软件中，进行部署和上线使用。

自控系统接入与调试

软件实施-平台数字孪生控制管理系统（虚实联动）

配置软件展示多媒体资源，通过多媒体语音讲解功能以及声光电系统，实现在排水系统实体模型进行自动化控制过程中，

自动讲解机场排水系统是如何运行的及运行后的结果。

配套资源配置与联动调试

采用系统平台内大数据分析程序，对每个学生用户下的机场排水系统认知三维虚拟仿真教学系统的使用状况进行实时监

测，并根据监测结果进行分析，同时展示在管理员的管理界面上，管理员通过评分系统及被监测用户详细操作信息进行管理，

辅助管理员进行教学任务管理，有效提高了在线学习评价的效率。

教学监测考评模块

软件实施-机场排水系统认知三维虚拟仿真教学系统

学生考试管理模块功能包括：知识点设计功能、综合管理试题发布试卷功能、练习模式、考试功能、结果统计分析功能、

考试设置。

学生考试管理模块

软件实施-机场排水系统认知三维虚拟仿真教学系统

以典型的机场排水工程为开发原型，通过虚拟引擎进行交互认知开发，形成统一平台进行仿真管理，功能包括：场景认

知、场景漫游、视角微调、漫游点设置和传送、建筑或者设备显示与隐藏、构筑物设备认知学习、排水系统工程认知学习、

截图与画笔、批量导入功能、截图编辑、漫游参数设置。

机场排水系统认知三维虚拟仿真教学系统

软件实施-机场排水系统认知三维虚拟仿真教学系统

飞行场地排水系统主要由盖板明沟、梯形明沟、三角沟、圆管等集水、输水设备和附属构筑物组成。在排水系统平面布

置确定以后，就需进行排水系统的水文水力计算。

飞行场地雨水设计流量计算

软件实施-机场排水系统设计教学系统（计算分析软件）

支持盖板明沟、盖板暗沟、三角沟、抛物线形草皮沟、圆管等排水沟管水文水力计算的教学，内容包括：盖板明沟的流

速计算、三角沟的流速计算、圆管输水能力计算等。

水文水力学计算

基于机场排水系统设计相关的计算公式及对应参数，开发计算分析程序，进行不同情况下的节点设计流量计算。

流量计算

软件实施-机场排水系统设计教学系统（计算分析软件）

软件参考

以典型机场工程为开发原型，建立平原、山区两种机场工程的三维虚拟仿真场景，包括：机场地面建筑设施、机场防洪

排水结构物、机场排水系统、地形等内容。支持的功能如下：

（1）降雨调节：支持用户对降雨强度进行更改，并在三维仿真场景中进行体现。

（2）产流、汇流介绍：系统支持产汇流介绍，通过文字的形式对产流、汇流分别进行介绍；

（3）设计洪水计算：系统支持采用小流域产汇流计算方法进行设计洪水计算。

（4）机场洪水模拟：根据用户设定的不同降雨强度条件，对机场洪水进行仿真模拟。

（5）数值计算以及可视化展示：根据用户输入的数据进行实时、精准、稳定的水文水动力数值计算，同时进行三维动

态可视化展示，模拟机场暴雨洪水情况。

功能设计

软件实施-机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统

软件实施-机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统

平原机场布置图

软件实施-机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统

高山机场布置图

计算程序编写

软件实施-机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统

相似软件参考

软件实施-机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统

（1）三维模型建立：以高山机场、平原机场的布置设计图为原型，建立等比例的机场三维模型，所有的构筑物、设备

设施，尤其是排水设施，需要通过三维精细化建模技术进行场景还原。

（2）软件UI设计：根据软件功能设计需求，本项目中软件功能点包括：工况设置、数据展示、数据调整、排水模拟等，

将功能按钮经过精心设计，满足功能需求的同时也要做到界面美观友好。

（3）软件系统框架搭建：软件采用C/S架构进行开发，客户端是用户使用的应用程序，通常安装在用户的计算机上。

（4）软件交互功能开发：前端页面设计、前端页面开发、后端接口定义、后端逻辑开发、接口联调测试、功能测试、

性能测试、优化和调试。

（5）三维模型及计算分析程序接入

（6）系统测试：兼容性测试、可靠性测试、可用性测试、可用性测试

软件开发实施

软件实施-机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统

排水系统布置三维虚拟仿真教学系统功能设计如下：

（1）三维场景搭建：以典型机场工程为开发原型，建立平原、山区两种机场工程的三维虚拟仿真场景，包括：机场地

面建筑设施、机场防洪排水结构物、机场排水系统、地形等内容。

（2）运行方案优化：根据暴雨洪水计算结果，结合机场抽水泵站所处位置，在满足水泵最低淹没水深前提下进行预见

性提前排水调度，就抽水泵启泵台数、启泵型号、运行频率给出运行方案，优化机场排水过程。

（3）数据监测：在机场排水模拟过程中，展示关键节点的流量、降雨量等监测数据。包括排水模拟、模拟计算、优化

调整参数、水力计算及排水演练。

（4）排水模拟：模拟计算机场排水系统设计流量、各段排水沟管输水流量和流速。

（5）优化调整参数：学生根据机场排水模拟计算结果，学生通过调整管渠断面尺寸等参数，进行机场排水系统的优化。

（6）水力计算以及排水演练：调整排水构筑物的类型和几何参数，调用机场排水设施，进行虚拟仿真机场排水演练。

功能设计

软件实施-排水系统布置三维虚拟仿真教学系统

计算程序编写

软件实施-排水系统布置三维虚拟仿真教学系统

（1）三维模型建立：以高山机场、平原机场的布置设计图为原型，建立等比例的机场三维模型，所有的构筑物、设备

设施，尤其是排水设施，需要通过三维精细化建模技术进行场景还原。

（2）软件UI设计：根据软件功能设计需求，本项目中软件功能点包括：工况设置、数据展示、数据调整、排水模拟等，

将功能按钮经过精心设计，满足功能需求的同时也要做到界面美观友好。

（3）软件系统框架搭建：软件采用C/S架构进行开发，客户端是用户使用的应用程序，通常安装在用户的计算机上。

（4）软件交互功能开发：前端页面设计、前端页面开发、后端接口定义、后端逻辑开发、接口联调测试、功能测试、

性能测试、优化和调试。

（5）三维模型及计算分析程序接入

（6）系统测试：兼容性测试、可靠性测试、可用性测试、可用性测试

软件开发实施

软件实施-排水系统布置三维虚拟仿真教学系统

项目实施-项目进度计划表

序号 项目实施阶段 时间 成果

1

提交承研单位工作大纲、质保大纲以及保密措施，提交软

件的计算分析流程、沙盘布置设计、软件实施方案，并通

过专家评审会审查。

2023.5.20 评审文件

2

软件实施方案验证、细化，软件UI设计成稿，硬件尺寸设

计与细化方案、PLC控制方案 2023.5.30 实施方案

3 软件UI设计完成，软件三维模型建设，沙盘硬件厂内施工 2023.6.15 实施方案

4 基础硬件采购与进场安装 2023.6.025 硬件实施

5 软件系统平台搭建，软件开发，计算分析程序编写 2023.7.05 软件初稿、数学

计算模型

6 实训室硬件现场施工，软硬件联调，达到虚实结合效果 2023.7.12 沙盘硬件、虚拟

仿真软件初稿

7

提交最终沙盘及配套设施、技术说明文件、用户手册和软

件，根据专家评审意见对技术说明文件、用户手册、源程

序及软件进行相应的修改或补充，提交最终成果报告并通

过专家评审会审查

2023.7.20 最终沙盘以及软

件成果

项目实施-项目实施流程图

项目实施-项目成果

项目成果

（1）机场排水沙盘以及配套设施（含电脑、拆分模型、展柜、显示器、PLC等）；

（2）平台数字孪生控制管理系统；

（3）机场排水系统认知三维虚拟仿真教学系统；

（4）机场排水系统设计教学系统；

（5）机场暴雨洪水演进三维虚拟仿真教学系统；

（6）排水系统布置三维虚拟仿真教学系统。

项目实施-研发人员

项目负责人：纪伟 技术总监：王丰

技术顾问：周领 技术副总监：吴春阳

数核研究：周子旋 硬件设计：吴双琦

硬件制作及安装：李世兰、谭应林、赵国军 软件策划：王鹏、龚正

UI设计：韩婷 软件开发人员：薛晓磊、李兵、米莹、马天保

三维模型：丁甜甜 软件测试人员：邱菊

项目研发人员

质量保证

02

质量保证-大纲编制

（1）《机场排水设计》

（2）民用机场排水设计规范（MH T5036-2017）

（3）《给水排水设计手册》第五册

（4）《军用机场排水工程设计规范》（GJB 2130A-2012）

（5）《军用永备机场场道工程战术标准》（GJB525A-2005）

（6）《民用机场总体规划标准》（MH5002-1999）

（7）《室外排水设计规范（2014年版）》（GB50014-2006）

（8）《民用航空支线机场建设标准》（MH5023-2006）

（9）《水力学（第四版）》

（10）《可编程序控制器的成套控制设备规范》（GB/T 37391-2019）

编制依据

质量保证-大纲编制

（11） 《信息技术.系统间电信和信息交换.电力线通信(PLC).高速PLC媒体访问控制(MAC)和物理层(PHY).

第1部分：一般要求》（ISO/IEC 12139-1-2009）

（12）《工业自动化和控制系统网络安全 可编程序控制器(PLC) 第1部分：系统要 求》（GB/T 33008.1-

2016）

（13）《计算机软件可靠性和可维护性管理》（GB/T 14394-2008）

（14）《信息技术软件生存周期过程》（GB/T 8566-2007）

（15）《计算机软件产品开发文件编制指南》（GB-T 8567-2006）

（16）《计算机软件需求说明编制指南》（GB/T 9385-2008）

（17）《计算机软件测试文档编制规范》（GB-T 9386-2008）

（18）《软件文档规范》（GB-8567-2006）

（19）《软件工程软件开发成本度量规范》（GB/T 36964-2018）

编制依据

质量保证-大纲编制

本大纲适用于机场排水虚实结合仿真实训平台建设，适用于与执行该技术服务合同有关的部门、人员以及在各个工作环

节中影响质量和安全的一切活动，并要求参加本项目的所有工作人员必须遵照本大纲规定尽行平台建设。

适用范围

本项目所形成的各种文件的语种为汉语。

语种

所有参与本项目的人员对要达到的工作质量负责，根据工程学院机场建筑工程系建设需求，根据《质量管理和质量保证标

准》的要求，项目组质保负责人负责编制质保大纲，项目负责人负责对大纲审核，批准生效。项目组应根据本大纲制定相应的

实施程序，以保证本大纲能够有效地贯彻和实施。在项目实施过程中，如本质保大纲确需加以修改，需由原编写人负责修改，

由原审核人、批准人进行审核和审批。若原编写人、审核人有变动，可另行指定有资格的人员进行修改和审核。修改后的质保

大纲应有修改版次的标识，在分发时收回原质保大纲以防误用。

责任

质量保证-质量方针和质量标准

本项目质量方针是：“管理规范、质量优先、技术先进、细节严谨”。在研究过程中以一流的技术、严密的

组织、严谨的精神提供优质、可靠的技术服务。

本项目质量目标是：“严格按照合同、任务书、工作大纲和质量保证大纲所规定的程序和要求进行工作，以

先进的技术、高质量的服务，提供准确、可靠、满足要求的成果”。开发工作将通过严密的组织、文件化管理和

规范化操作，围绕工程学院机场建筑工程系建设需求，建设虚拟仿真软件与实体模型深度融合的虚拟仿真实训平

台。

硬件制造的质量控制

质量方针

质量保证大纲-组织分工

序号 部门 职责

1 项目经理部

对项目建设成果负责；统一制订项目管理计划，并实施项目管理；

统一协调并负责调度各方面资源满足项目建设需求；

统一协调解决项目实施过程中出现的各种问题；

负责项目进度计划与控制；

负责项目质量计划于控制；

负责项目资源计划与控制；

负责项目成本计划与控制；

保证项目按照项目建设要求，高质高效地按计划完成。

2 硬件制作部 沙盘布置设计、沙盘以及沙盘配套设施的采购与安装以及后期软硬件调

试工作。

3 软件开发部 负责软件系统的设计与开发以及产品的最终实现。

4 三维模型制作部 建立软件系统需求的三维模型，并交付给软件开发部进行三维模型的导

入与脚本挂接。

5 软件测试部 对软件开发部交付的成果进行测试与审核，并形成软件修改报告，提交

至软件开发部进行软件修改

质量保证-文件控制

主要受控文件

（1）项目合同及附件

（2）项目工作大纲

（3）项目质量保证大纲

（4）项目输入文件（包括甲方提供的基础资料等）

（5）项目输出文件（乙方提交的建设平台）

质量保证-文件控制

文件的编制、审核和批准

对本项目实施中的文件必须经编制、审核、批准程序进行控制，明确规定负责编制、审核和批准有关对质量

有影响工作的文件的人员和部门及其所负的责任。

本项目控制的管理性文件和技术文件至少包括下列方面：

（1）项目实施方案；

（2）工作大纲；

（3）质保大纲；

（4）技术大纲：由项目负责人组织编写，由评审专家负责审核，项目负责人批准；

（5）技术说明书：由项目负责人组织编写，由空军工程大学专业老师负责审核，项目负责人批准；

（6）算例报告：由项目负责人组织编写，由空军工程大学专业老师负责审核，项目负责人批准。

质量保证-文件控制

文件的分发和接收

为了达到文件正确分发和使用的目的，控制文件的修改和防止使用过时的、不适当的文件，需执行文件的分

发规定：

（1）文件分发由项目负责人负责，确保项目有关人员使用有效版本文件，并保存受控文件的分发清单；

（2）外来文件由项目联系人填写收文登记，送交项目负责人，由项目负责人提出处理意见后发放到相关责

任人处理，由项目质保人负责编号保存；

（3）外发文件必须经项目负责人审核批准后发放，由项目质保人负责编号保存。