[发明专利]一种基于数字孪生技术的安全壳系统及设计方法

权利要求书

1.一种基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，包括与物理实体安全壳系统相对应的数字孪生体，所述数字孪生体的模块组成包括：

虚拟现实模拟模块，用于汇总各专业的三维几何信息，模拟展示实际行走于安全壳系统中的视觉效果，并能够分层次、分部分、分建造阶段的展示视觉效果；

力学、热力学多物理场耦合计算模块，用于向设计方、施工方、运行及维护维修方实时提供安全壳实体整体的力学、热力学状态和性能；

耐久性及寿命预测计算模块，用于获得安全壳系统的老化状态和剩余预期寿命，提示检修和需要关注的重点部位；

机器学习预测计算模块，用于根据积累的数据进行自主学习，建立计算模型输入输出之间的关联映射关系，预测关注的指标状态变化，并及时传递给预警及反馈控制模块；

预警及反馈控制模块，用于在各计算模块计算预测或发现异常后，及时预警。

2.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，所述数字孪生体的数据来源为物理实体安全壳系统的认知数据库，包括：空间几何信息认知数据，材料特性认知数据，力学、热力学状态认知数据，耐久性、老化状态认知数据。

3.如权利要求2所述的基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，所述认知数据库的数据依靠传感器系统和数据反馈制度与采集系统进行采集。

4.如权利要求3所述的基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，所述传感器系统中对力学、热力学物理状态探测可采用的常规传感器包括：应变传感器、加速度传感器、振动传感器、位移计、GPS位移监测仪、连通管传感器、激光图像监测仪、倾角仪、测斜管、温度传感器；对于重要的预应力钢索的应力监测可采用压力表、压力传感器、频谱式传感器、磁通量传感器、光纤光栅式传感器；对于裂缝的监测可采用导电涂料、分布式光纤、超声波、图像方式；对于老化和腐蚀，可采用阳极梯、碳化测试仪、电学监测方式。

5.如权利要求2所述的基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，物理实体安全壳系统通过认知数据库传递信息给数字孪生体，数字孪生体通过各计算模块的演算将实时状态数据通知运行及维护维修方，由运行及维护维修方确认后在物理实体安全壳系统执行操作。

6.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，数字孪生体向各方的信息传输，根据不同特点设置不同的方式，对于设计方、运营方，可采用铺设光纤光缆数据通道的专设有线通道方式；对于核监管方、公众，可采用互联网、传统移动通讯共有无线方式，并可开发对应的个人电脑、手机客户端；对于施工方、维修方、应急救灾方，可采用开发个人手持终端，无线与有线相结合的方式。

7.如权利要求1所述的基于数字孪生技术的安全壳系统，其特征在于，所述预警及反馈控制模块根据不同的反馈控制类别区分反馈控制方式，所述反馈控制类别包括：

L1：反馈控制可带来主控室主控系统所监测的信号改变，或者可以直接导致堆芯熔融或存储乏燃料失去冷却风险显著上升；

L2：反馈控制无L1规定情形，但有可能导致严重工业事故；

L3：反馈控制无L1和L2规定情形，但有可能导致重大经济损失或场外影响；

L4:反馈控制无L1～L3规定情形,仅控制与核安全无关的能动系统动作；

L5：反馈控制仅操纵采集传感器的动作；

L6：反馈控制仅涉及长期影响；

其中L1～L3类，反馈控制系统通过对具备权限的操纵员、运行人员进行提醒、操作建议指导，下达对人的控制指令，实现间接控制；L4～L6类，可直接控制相关系统动作。