数字孪生水利工程建设关键技术和实践探讨

根据水利部推进智慧水利建设部署，建设数字孪生流域和数字孪生水利工程已经成为当前智慧水利建设的核心任务与目标。数字孪生流域和数字孪生水利工程建设是提升水利决策管理科学化、精准化、高效化能力和水平的有力支撑，是赋能推动新阶段水利高质量发展的先进引领力和强劲驱动力。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2145.html

在工程建设阶段，基于水利工程数字孪生技术，构建袁湾水库工程三维数据底板，利用三维实景平台、工程BIM数字信息模型，融合工程建设管理数据，虚实共生，实现与现实工程孪生的数字工程。主要有以下几方面的重要效益：

（1）以BIM为载体，通过BIM+GIS+实景模型，从多角度对工程进行全方位立体呈现。通过设定漫游路径，实现施工区动态场景漫游，为管理者提供身临其境的巡查体验。提供管理者关注的进度、质量、安全等核心模块的关键统计数据，并在三维模型上以不同颜色实时展示施工完成、施工中、未开始的区域。

施工进度模拟

（2）以项目公司为主体，统筹设计单位、施工单位、监理单位、设备供应单位、第三方检测单位等，实现工程建设全过程、全方位地协同办公。设计参数图纸、质量验收评定、工程量完工计量、质量安全检查、危险源隐患排查、参建单位考核、建设资料档案等数据实时进入BIM系统，形成数字孪生工程。各类数据通过BIM模型相互串联，形成数据链条，通过BIM模型追溯到各类建设数据。

   

（3）在数字孪生工程的数据底板基础上，开展大坝智能碾压技术研究，动态监测施工单元、跟踪大坝碾压过程、分析碾压质量，实现多源监测数据接收、挖掘与反馈的安全实时分析、精细数值分析的正向预测与预警。

智能碾压监测

（4）根据袁湾水库施工期度汛标准，结合现阶段施工进度，在工程三维数字模型基础上，运用成熟的水利专业模型，模拟施工前、一期施工、二期施工3种工况下，发生20年一遇和50年一遇设计洪水时的洪水淹没演进情况，将模拟结果集成到三维数字化场景中，为施工期防洪度汛服务。

 

（5）依托数字孪生袁湾水库的数字模型，综合运用手部跟踪、眼部跟踪、Shader编程、网格编程等多种技术，制作支持MR/AR设备的更强的虚实融合场景，为预演提供多终端的人机交互方式。

虚拟融合场景

在工程运行阶段，基于袁湾水库工程高保真三维数字孪生场景，汇聚工程全要素实时监测感知数据，建立物理实体和虚拟实体的信息传递和交互机制，实现袁湾水库工程全要素的数字化映射，使工程物理实体与虚拟实体实时交互、深度融合。通过构建洪水预报、水库调度、流态模拟、冲刷分析、渗透分析等各类水利专业模型，为袁湾水库数字孪生工程提供“算法”支撑，实现水利业务从数字化向智慧化转变，从而支撑水库工程的防洪调度、风险分析、工程安全评估、突发事件应急处置等具体的业务应用。主要实现效果和功能包括：

（1）工程物理实体到虚拟实体的全要素数字化映射和高保真、高效、可交互的三维可视化展示与信息查询；

（2）接入工程全要素实时监测感知数据，实现物理实体和虚拟实体之间的信息连接和实时交互；

（3）以带有时间属性的历史自动监测数据或人工上报数据为基础，基于时序事件驱动技术，实现水库工程运维管理重要事件过程的动态仿真和历史回放；

（4）基于前端监测感知和水利专业模型“算法”支撑，在数字孪生场景中实现可与虚拟实体双向交互的洪水预报、水库调度、风险分析、三维流态模拟等工程安全保障业务应用。

总 结