数字孪生江垭皂市工程建设方案研究

卢金友¹，王志宏²

（1.长江水利委员会长江科学院，武汉 430010；2.长江水利委员会湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，长沙 410000）文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

摘 要：智慧水利建设是新阶段水利高质量发展的最显著标志之一。近年来，江垭皂市工程已初步形成了信息化支撑的业务平台体系，但仍存在监测感知能力不足、数据资源整合共享困难、业务应用智能化不高等短板。梳理了江垭皂市工程已有系统建设情况，对表对标数字孪生工程建设技术要求，提出了数字孪生江垭皂市工程建设方案，包含数字孪生平台、信息化基础设施、智能业务应用、网络安全体系和共建共享等内容，探索了数字孪生水利工程建设模式。研究成果可为长江流域数字孪生工程建设起到典型示范作用，为推进智慧水利建设提供参考依据。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

关键词：数字孪生；智慧水利；江垭皂市；澧水流域；智能应用文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

作者简介：卢金友(1963-)，男，浙江仙居人，正高级工程师，硕士，主要从事水流泥沙运动规律、江湖演变与治理等方面的研究。E-mail:Lujy@mail.crsri.cn文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

本文引用格式：卢金友，王志宏.数字孪生江娅皂市工程建设方案研究[J].长江科学院院报，2023，40(1):1-9.文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

1 研究背景

当前，随着云计算、物联网、大数据、人工智能等高新技术的逐步成熟，“智慧水利”正在从理论研究走向实际应用，水利信息化转型发展正迎来新的窗口期，推动水利发展向数字化、网络化、智能化转变的技术条件已经具备^[1-2]。水利部党组高度重视智慧水利建设，将其作为推动新阶段水利高质量发展的六大实施路径之一以及新阶段水利高质量发展最显著的标志之一，水利部部长李国英亲自布局顶层设计，要求按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，全面推进算据、算法、算力建设，构建数字孪生流域，并提出加快构建具有预报、预警、预演、预案“四预”功能的智慧水利体系^[3-4]。数字孪生流域是智慧水利的核心，是提升国家水安全保障能力的重要支撑，数字孪生水利工程是数字孪生流域的重要组成部分，也是数字孪生流域建设的切入点和突破点^[5-8]。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

数字孪生江垭皂市为“十四五”期间首批重点水利工程数字孪生建设项目之一。开展数字孪生江垭皂市建设，围绕江垭、皂市工程运行管理需求，在已有信息化基础设施和已建应用系统的基础上，综合运用物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术，完善工程数据底板，建设数字孪生平台，提升信息化基础设施，构建智能业务应用，建成物理空间与数字空间互馈的数字孪生水利工程体系，可实现数字工程与物理工程的同步仿真运行，支撑江垭皂市工程安全与调度运行，保障江垭、皂市等水工程安全高效稳定运行，提高水库管理能力，为新阶段水利高质量发展和智慧水利建设提供有力支撑。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

2 流域及工程概况

澧水为洞庭湖四大水系之一，澧水流域河流密布，支流众多，干流有南、中、北三源，以北源为主干，发源于桑植县杉木界，在桑植县南岔以上会合，流经桑植、大庸、慈利、石门、澧县、津市6个县市。澧水沿途接纳溇水、渫水和道水等支流，至津市小渡口注入洞庭湖。一般称河源至桑植县城为上游，桑植至石门为中游，石门至小渡口为下游。小渡口以上干流全长388km，落差1439m，流域面积18583km²，占洞庭湖水系总集雨面积的7.1%。澧水流域示意图见图1。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

图1 澧水流域示意图文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

澧水既是洞庭湖四水中干流长度最短、流域面积最小的河流，也是洪水涨落最快、洪涝灾害最为严重的河流之一^[9]。江垭、皂市水库分别位于澧水流域的支流溇水、渫水之上。溇水、渫水是典型的雨洪河流，暴雨强度大、面积广，洪水过程陡涨陡落。江垭、皂市水库的控制流域面积占澧水总流域面积的37%，防洪库容占预留总防洪库容的86%，是澧水控制性防洪工程，为保障澧水下游尾闾地区和洞庭湖的防洪安全，起到关键性作用^[10]。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

江垭水利枢纽主要由大坝、右岸地下电站厂房、左岸岸边通航建筑物及灌溉渠首工程等建筑物组成。大坝及临库挡水建筑为一级建筑物，发电厂房为二级建筑物，其它为三级建筑物。大坝为全断面碾压混凝土重力坝，坝顶高程245m，大坝全长368m，最大坝高131m，坝顶宽12m，共分为13个坝段，泄洪建筑物布置于大坝5^#—7^#溢流坝段。发电厂房位于右岸坝头的山体内。通航建筑物位于大坝左岸，灌溉取水口设置在大坝10^#坝段。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

皂市水利枢纽工程主要由大坝、消力池、右岸坝后式电站厂房等建筑物组成。大坝、泄洪建筑物为一级建筑物，电站厂房、消能建筑物为三级建筑物。大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程148m，全长351m，最大坝高88m，共分18个坝段，7^#—12^#坝段为溢流坝段。电站厂房布置在大坝右岸，左岸灌溉取水口布置在4^#坝段，右岸灌溉取水口设在17^#坝段。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

3 信息系统现状及存在的差距

近年来，江垭皂市水利工程围绕工程安全、运行调度、电力生产、库区巡查等业务需要，陆续建成了大坝安全监测及自动化系统、水雨情测报系统、水调自动化系统、洪水预报调度系统、计算机监控系统、闸门监控系统、视频监控系统、电力生产管理系统、库区监测与综合管理系统、单点登录系统等一系列自动化及信息化系统，初步形成了信息化支撑的业务平台体系，有效提高了电站生产运行管理水平。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

然而，江垭皂市水利工程总体上还处于智慧水利建设的起步阶段[11]，对标数字孪生工程建设技术要求，现有信息化建设仍存在着一定的差距，主要表现在以下几个方面：文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

（1）监测感知体系范围和监测要素内容不全面，需要进一步升级。具体体现在：工程水雨情遥测站点不多、分析处理水平不足；皂市大坝安全监测自动化系统已运行10余年，物联采集感知能力存在短板；视频监控系统需要提档升级，现有监控点位密度不足，高清摄像机分布较少；监测感知新技术应用有限，基于新技术开展水利对象的特征属性监测还不够全面。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

（2）各业务数据分散在业务系统数据库中，尚未建成统一的数据资源池，数据资源整合需要进一步深化；亟需在数字孪生框架下建设标准化的数据资源池，分级构建数据底板，形成标准化的数据汇集、治理、挖掘体系和数据资源利用机制。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

（3）现有的水利专业模型类型不够全面，尚缺失水动力、防洪调度、工程安全预警等模型支持，专业模型“串联”“并联”等联合运用存在着短板；知识库业务应用支撑水平存在明显弱项，模型库知识库需要进一步加强。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

（4）相关的信息化业务系统总体上还处于智慧水利起步阶段，与水利部打造数字孪生工程的要求相比，业务应用智能水平需要进一步提升。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

（5）网络安全防护仍存在着安全隐患，目前的等级保护体系在对抗大规模有组织的网络安全攻击仍面临安全风险，网络安全防控体系和防护水平需要进一步完善。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

4 总体设计

4.1 建设目标

建设数字孪生江垭皂市，以工程安全运行、管理能力提高、综合效益提升的实际需求为导向，以物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术为支撑，通过开展信息化基础设施升级改造、数字底板建设、模型库与知识库建设、智能应用体系建设、网络安全体系与运行保障体系建设，初步建成需求驱动、实用先进、安全可靠的数字孪生江垭皂市，通过“1个孪生平台、5个智能应用、3项数字赋能”实现保证工程安全稳定、提高工程管理能力、提升工程综合效益的建设目标，为长江流域数字孪生工程建设起到典型示范作用。其中，2023年数字孪生江垭皂市初见成效，2025年数字孪生江垭皂市全面完成。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/456.html

1个孪生平台，是指以物联网、大数据、专业模型、人工智能、三维可视化等技术为支撑，开展信息基础设施升级改造，建设数据底板，建立知识库和模型库，形成数字孪生江垭皂市平台，实现数字工程与物理工程同步仿真运行、虚实交互和迭代优化。

5个智能应用，是指在数字孪生江垭皂市平台的基础上构建工程安全分析预警、防洪兴利调度、生产运营管理、库区巡查、综合决策支持5个重点业务应用，建成具有“四预”功能的数字孪生工程体系。

3项数字赋能，是指通过数字孪生江垭皂市的深度应用，保障工程安全稳定运行、提升工程运行管理能力、发挥工程综合效益，为新阶段水利高质量发展提供强有力的示范引领和支撑驱动。

4.2 建设任务

数字孪生江垭皂市主要建设任务包括信息化基础设施升级改造、数字孪生平台建设、业务应用建设，以及保障体系与网络安全体系建设。其中，数字孪生平台建设包括数据底板、模型库、知识库、孪生引擎。具体建设任务如下：

（1）信息化基础设施升级。结合江垭皂市电站现阶段在监测感知体系的短板与痛点问题，重点开展水雨情遥测系统升级、大坝安全监测采集设备提档、视频监控系统改造等方面的工作，补足工程管理工作中的信息监测短板；整合江垭皂市电站监测感知资源，建立电站数据分中心；完善计算存储、网络安全等信息化基础设施。

（2）数据底板建设。整合长江水利委员会、湖南省水利厅，以及澧水公司、江垭电站、皂市电站已有基础数据、监测数据、业务管理数据、外部共享数据，重点开展倾斜摄影、DOM（数字正射模型）、DEM（数字高程模型）、水下地形数据等现场采集与工程BIM（建筑信息模型），形成多维多尺度数据底板，完成各类数据的汇聚、治理等工作。

（3）模型库与知识库建设。建设防洪兴利调度、工程安全分析预警等两大类水利专业模型，以及智能识别模型和可视化模型；建设预报调度方案库、工程安全知识库、业务规则库等知识库。

（4）智能业务应用建设。在数字孪生工程数据底板基础上，结合模型库、知识库成果，充分利用现有信息系统，在孪生引擎的驱动下，发挥数字孪生水利工程的数字化映射、智能化模拟、精准化决策作用，以江垭、皂市工程为核心目标，建设工程安全分析预警、防洪兴利调度、生产运营管理、库区巡查、综合决策支持5项业务应用，并结合工程管理的实际需求持续扩展和升级完善。

（5）系统集成与部署。建立江垭、皂市电站分中心，部署数据采集、数据推送以及本地化数据查询服务；基于湖南澧水流域水利水电开发有限公司长沙总部的虚拟化服务资源，部署数字孪生江垭皂市平台，按照单点登录集成规范与现有系统进行对接。

（6）运行保障体系。制定数字孪生江垭皂市在建设期和运维期的关于数据管理、模型管理、算力资源管理、软件集成、门户集成、运行维护等方面的管理制度和标准规范。

（7）网络安全体系。遵循“安全、实用”原则，建立和完善全要素信息安全技术体系、全方位信息安全管理体系和全过程闭环信息安全运营体系，提高数字孪生江垭皂市建设的网络安全防护能力。

4.3 总体框架

数字孪生江垭皂市的整体框架包括信息化基础设施、数字孪生平台、智能业务应用、网络安全体系和运行保障体系五大部分，可实现江垭皂市工程的物理实体与数字孪生体之间的同步仿真运行、虚实结合、迭代优化，以及对工程安全分析预警、防洪兴利调度、生产运营管理、库区巡查、综合决策支持等业务的有效支撑。总体框架如图2所示。

图2 数字孪生江垭皂市总体框架

5 建设内容

5.1 搭建数字孪生平台

数字孪生江垭皂市平台主要包括数据底板、模型库、知识库和孪生引擎四部分。

5.1.1 数据底板

在共享水利部本级L1级数据底板、澧水流域L2-1级数据底板的基础上，集成水利一张图、数字孪生澧水等数据，基于BIM+GIS、倾斜摄影测量等技术，建设江垭皂市工程L2-2和L3级数据底板，整合多数据源接入、自动化数据萃取、分布数据存储等技术，汇聚江垭皂市工程的基础数据、地理空间数据、监测数据、业务管理数据和外部共享数据等水利全要素信息，搭建数字孪生场景，展现江垭皂市工程全貌和水工程运行状态，完成水利工程物理实体与数字孪生体的镜像化描述，构建工程多时态、全要素地理空间数字化映射。数据底板建设范围见图3。

图3 数据底板建设范围

5.1.2 模型库

在共享水利部本级、流域管理机构各类计算模型或计算成果的基础上，构建水利专业模型、智能识别模型及可视化模型，支撑工程优化调度、安全监测等智慧化模拟。

其中，水利专业模型主要包括防洪兴利模型库和工程安全模型，见表1。防洪兴利模型库基于江垭、皂市工程防洪调度的需求，通过完善或开发水文模型、水动力模型、水库防洪调度模型、水库发电调度模型、溃堤模型及防洪风险与效益评估模型，支撑水库防洪兴利智能预报调度，实现“产汇流—调度—演进—评估”全过程模拟，通过各种防洪兴利模型的组件式耦合，实现多场景灵活构建及预演快速计算。工程安全模型针对江垭、皂市工程结构特点，结合长序列监测资料，以环境量为自变量，以变形、渗流、应力应变等监测效应量为因变量，基于数理统计分析方法，构建工程安全监测分析模型，定量分析工程关键效应量的变化规律，并实现预测预报；基于置信区间与典型小概率法拟定监控指标，并实现监控预警；同时，建立基于多源信息融合的大坝安全评价指标体系，构建江垭、皂市工程安全状态综合诊断模型，提升工程安全评价与在线监控能力，为工程安全运行提供决策支持。

表1 江垭皂市数字孪生平台水利专业模型库

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智能识别模型充分利用物联网、人工智能、视频识别等智能技术，研发河湖四乱(乱占、乱采、乱堆、乱建)遥感AI识别模型、基于人工智能的高精度水尺视频图像识别模型、基于机器学习的水面漂浮物视频图像智能识别模型、基于时间序列数据记忆性的径流预报智能模型和基于机器学习的大坝安全智能分析模型等。

可视化模型以BIM、GIS、VR/AR/MR等技术为支撑，构建多尺度、多维度可视化模型，满足数字孪生工程仿真模拟等需要。

5.1.3 知识库

在共享水利部、长江水利委员会相关知识平台的基础上，梳理江垭皂市水利工程相关知识对象，建设以工程安全和防洪兴利调度为主体的知识库，通过对水利知识的建模、抽取、存储和融合等技术，构建预报调度方案库、工程安全知识库、业务规则库，为工程安全、防洪兴利调度、发电调度、生产运营等业务应用提供智能化基础支撑。

5.1.4 孪生引擎

构建数字孪生引擎，通过模拟仿真引擎、知识引擎、数据引擎等方式，将数据底板、模型库与知识库的信息有效地融合，在数字化场景中驱动工程孪生运行。数据引擎主要由数据治理和数据服务组成，通过数据治理实现数字孪生江垭皂市工程的数据装载、检查、管理功能，通过数据服务实现数据的共享与管控；知识引擎以管理和驱动工程知识数据为目标，实现知识语义提取、知识推理、知识更新、集成应用等服务能力。模拟仿真引擎分为模型引擎和仿真引擎两部分，模型引擎主要驱动模型库的参数率定、版本管理、加载调用和迭代升级等功能；仿真引擎以数据底板为基础，结合数字孪生三维建模成果，实现江垭皂市工程全场景要素可视化表达、实时三维渲染、空间分析、业务模拟仿真等功能。

5.2 完善信息化基础设施

水利信息基础设施是提升“算力”的基础。主要包括水利感知网、水利信息网、水利云三部分。

水利感知网。针对江垭水电站和皂市水电站在水利感知体系存在的短板与问题，数字孪生江垭皂市根据“急用先建、分步实施”的建设原则，从雨水情监测、工程安全监测和视频监控3个方面对感知体系进行升级改造，重点解决江垭皂市工程运行管理过程中的短板问题，提高调度精度，强化工程安全。

水利信息网。结合先行先试阶段工作的实际情况，江垭电站、皂市电站到长沙总部之间的视频宽带为100M，江垭水电站和皂市水电站的发电机组、闸门控制设施部署在网络安全Ⅰ区，初步满足数字孪生水利工程建设要求。

水利云。结合江垭皂市水电站拟开展的雨水情遥测系统升级、工程安全监测系统改造和视频监控系统改造，新购置数据接收服务器、数据库服务器采购国产化服务器硬件，并组建虚拟化服务器集群。针对湖南澧水流域水利水电开发有限公司长沙总部，将对现有的机房环境进行升级改造，扩展计算资源与存储资源，形成长沙数据中心，部署数字孪生平台与各项业务应用服务。

5.3 构建智能业务应用

基于数字孪生江垭皂市平台及信息化基础设施，构建工程安全分析预警、防洪兴利调度、生产运营管理、库区巡查、综合决策支持5个重点业务应用。

（1）工程安全分析预警。在已建成的江垭皂市大坝安全监测自动化系统以及湖南澧水流域水利水电开发有限公司大坝安全监测自动化远程集控系统的基础上，基于数字孪生基础平台，开展工程安全智能分析预警应用建设，实现大坝安全信息采集、存储、处理、分析、监控及预警全生命周期业务应用；同时，开展工程安全“四预”功能开发，实现安全状态预测、在线监控预警、安全风险预演和预案智能响应，提升大坝安全保障能力，为工程安全管理及调度运行提供技术支撑。

（2）防洪兴利调度。统筹考虑防洪安全、发电兴利等需求，根据工程防洪、发电、生态等调度规则，构建数字化场景，强化防洪“四预”等功能，支撑水库防洪兴利智能预报调度，保障水库防洪安全，提升水库调度效率。防洪调度业务应用主要包括专题管理、洪水预报、防洪预警、防洪预演、防洪预案等5个大功能模块。在“四预”能力的支撑下，一方面根据预报、预警、预演、预案的结果实现对物理工程的实时监控或优化调度方案，另一方面依据实时采集的物理工程实际运行数据和相关空间数据来完善数字工程的仿真算法，从而对物理工程的后续运行和优化调度提供更加精准的决策支持，最终确保水利决策方案的科学性、有效性和指导性。发电调度业务应用从溇水、渫水支流水能资源优化利用出发，考虑防洪、灌溉、生态等综合利用要求，结合多尺度入库水量预报（对于江垭水电站考虑上游江坪河下泄流量和区间入库径流预测信息），建立江垭、皂市水电站发电调度模型，制定电站长中短期多尺度调度计划方案，充分发挥水电站及水库的作用及功能，为电站发电调度提供技术支撑。功能具体分为基础信息管理、预测预报信息管理、年发电计划编制、月发电计划编制、日发电计划编制、电网负荷优化分配、发电调度方案评价和发电调度方案管理，为发电生产运营部门提供方案决策支撑。

（3）生产运营管理。按照水利工程标准化管理的要求，在生产管理、内部管理等已有系统或功能的基础上，按照工程管理单位相关管理制度规定，突出不同业务环节间的互联互通、数据共享、业务协同，打造智慧综合管理系统，促进数字化转型，支撑水利工程标准化、智慧化生产运营。

（4）库区巡查。在库区监测及管理信息系统等的基础上，整合运用视频监控、卫星遥感、无人机航飞等数据，实现河湖四乱识别、库区巡查、问题处置全流程管理，实现数据互联互通，提高库区智能化管理水平。

（5）综合决策支持。以数字孪生江垭皂市的数字化场景为基础，融合数据底板中的监测数据与业务流程，构建工程全景可视化平台，实现工程管理综合决策支持业务应用。结合江垭水利枢纽工程和皂市水利枢纽工程防洪、发电、生态供水的调度业务，统筹自身运行调度过程中的管理决策需求，以日常会商决策和应急指挥调度2个模块支撑综合会商决策。

5.4 强化网络安全体系

根据国家网络安全相关政策要求，遵循水利网络安全顶层设计，建立和完善以纵深防御为基础、监测预警为核心、应急响应为抓手的全要素信息安全技术体系，涵盖管理制度、管理机构、管理人员在内的全方位信息安全管理体系，贯穿运营构架、威胁防护、安全监测、安全事件分析、安全应急响应处置、威胁预防的全过程闭环信息安全运营体系，全方位提升数字孪生江垭皂市建设的网络安全保障能力。

数字孪生江垭皂市建设期内，根据数字孪生水利工程“同步规划、同步建设、同步运行”的“三同步”要求，在现有网络安全体系基础上，主要建设内容包括提升核心网络冗余能力、优化分区分域安全架构、完善网络安全运维管理制度。

5.5 健全运行保障体系

按照“统筹规划、统一标准”原则，参考引用水利部、长江水利委员会、湖南省等相关行业与地方标准，在本项目建设单位已有的项目建设与运行维护管理制度基础上，梳理、编制数字孪生江垭皂市在建设期和运维期的管理制度和标准规范。

管理制度方面，需结合采集制作的大量倾斜摄影、DEM、DOM和BIM模型，以及搜集整理的各类数据，建立数据资产管理办法，提高数据使用效能；根据数字孪生江垭皂市的网络安全要求，围绕系统的建设与使用等环节建立网络安全管理办法；针对数字孪生江垭皂市多层级用户类型和权限职责，建立平台运行管理办法；针对系统长期稳定运行需要，建立平台维护管理办法。

标准规范方面，结合海量多源异构数据的整合以及定期更新的实际应用需求，建立数据底板标准，包括数据采集规范、数据接入规范、数据处理规范、数据服务规范等；数字孪生江垭皂市使用的水利专业模型类别多、数量多，需建立专业模型标准规范，以统一各类模型的输入输出接口、管理与调用方式，实现模型的组件式耦合，支撑多场景灵活构建及预演快速计算；结合数字孪生江垭皂市的系统性与复杂性，建立硬件集成、软件集成、门户集成等系统集成标准规范。

5.6 实现成果共建共享

共建共享是解决“信息孤岛”、实现业务协同的必由之路^[12]。数字孪生江垭皂市建设拟实现与水利部、长江水利委员会、湖南省水利厅之间数字孪生平台的互联互通、数据共享、业务协同。

数字孪生江垭皂市的主要共建对象为数字孪生长江、数字孪生澧水。主要共建任务包括3个方面：一是数字孪生平台，二是信息化基础设施，三是业务应用。其中，数字孪生平台的共建任务包括数据底板、模型库、知识库；信息化基础设施包括水利感知网、水利信息网、水利云；业务应用包括防洪兴利调度、库区巡查等业务。

数字孪生江垭皂市的主要共享对象为数字孪生长江、湖南水利一张图。针对不同数据和模型成果，采用数据库接口、数据服务、数据文件、组件服务或应用服务等方式，实现数字孪生江垭皂市与水利部、流域管理机构、省级水利部门管理的外部系统之间的基础设施、数据底板、模型库、知识库、业务应用的共享。

数字孪生江垭皂市与外部系统的共建共享架构见图4。

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6 预期成果

通过数字孪生江垭皂市先行先试建设，开展技术攻关，可在产品成果、技术成果和标准制度成果三个方面形成具有代表性的亮点成果。首先，研发的通用化工程安全智能分析预警技术与平台，可为流域水利工程安全在线监控及预测预警提供技术支撑；构建的生产运营管理业务应用，综合考虑了水工维护、电力运行、安全生产、水利工程标准化等内容，能够为工程生产运营数字化转型提供示范参考。其次，研发一系列国产自主可控的多尺度、多维度、高精度、高效率的水利专业模型,可耦合的组件式模型及其构建技术，支持实现防洪多场景灵活构建、在线快速计算，可为实现防洪“预演”功能提供算法支撑，经过本项目的应用验证后，形成通用水利专业模型服务平台，推广提供给其他孪生项目使用。此外，通过项目的实施，形成水利专业模型、智能业务应用等相关技术标准与工作制度，可为其他数字孪生建设提供参考与借鉴。

通过数字孪生建设，重点构建生产运营管理等业务应用，全面提升工程运行管理效能，可为水利工程管理系统化、科学化、智能化提供强大的技术支撑；锚定精准调度等目标，构建防洪兴利调度业务应用，基于智慧化模拟，开展防洪兴利科学调度，提升洪水资源利用率，有效增加发电量和发电效益，有利于充分发挥水库综合效益；构建工程安全分析预警业务应用，降低工程发生重大安全风险的概率，守住工程安全底线，保障工程安全平稳运行。以数字孪生技术赋能洪涝灾害防御，实现防洪“预报精准化、预警超前化、预演数字化、预案科学化”，增强防洪应对能力，为防汛会商决策提供科学依据，能有效保障人民生命财产安全，减少洪水灾害损失。在数字孪生技术层面，从感知体系、数据底板、模型库、知识库到智能业务应用，形成一套完整的模型和技术，可有效推动数字孪生技术的持续发展。试点建设的开展，有利于充分发挥江垭和皂市工程防洪与兴利功能，满足下游河道生态需水基本要求，促进澧水流域各项社会功能和自然功能的可持续发展，保障沿江地区社会经济发展，为社会主义生态文明建设提供有利条件，具有显著的社会、经济和生态效益。

7 结语

本文阐述了数字孪生江垭皂市工程先行先试总体设计及主要建设内容：数字孪生江垭皂市建设按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，围绕江垭皂市工程管理业务的实际需要，充分利用现有各类信息化资源和共享数字孪生流域建设成果，精准发力、协同攻关，开展信息化基础设施升级改造、数字孪生平台建设，实现数字工程与物理工程同步仿真运行、虚实交互和迭代优化，构建工程安全分析预警、防洪兴利调度、生产运营管理、库区巡查和综合决策支持业务应用，建成物理空间与数字空间互馈的数字孪生工程体系。

现阶段按照“先行先试”原则，预期在2023年底数字孪生江垭皂市初见成效，工程安全保障能力、工程运行管理能力得到初步提升。远期全面完成数字孪生江垭皂市，为新阶段水利高质量发展提供强有力的示范引领和支撑驱动。

参考文献：

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