水利部数字孪生技术实现对工程管理精细化趋势预测精准化

数字孪生又称数字测绘、数字镜像，是智能科学领域最流行、最前沿的概念。它的显着特点是对物理对象的动态模拟。

水利工程数字孪生是以物理水利工程为单位，时空数据为基础，数学模型为核心，在数字空间中对水利工程所有要素和全过程进行数字映射，以水利知识为动力。信息系统包括信息基础设施和数字孪生平台，支持与实体水利工程同步模拟运行、虚实交互、迭代优化。

▲数字孪生案例

小浪底水利枢纽工程是黄河干流上集减淤、防洪、供水灌溉、发电为一体的大型综合性水利工程。是黄河治理的重点工程。通过数字孪生技术，可以实现项目管理精细化、趋势预测准确、决策科学化，将有效保障小浪底水利枢纽工程安全稳定运行，充分发挥小浪底水利枢纽的作用。综合效益，提升小浪底管理中心综合管理能力。完善黄河抵御自然灾害的坚强防线，对于服务国家生态保护战略和黄河流域高质量发展具有重要意义。

水利部《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》提出，以建设数字孪生流域为核心，加快智慧水利建设具有预测、预警、预演、预谋等功能的系统，为新阶段水利高质量发展提供了有力支撑和强大动力。通过数字孪生水利工程建设，可实现防汛数字化转型和智能化升级，惠及智能预报调度、工程安全智能分析预警、生产运营智能综合管理、库区智能巡检监管、三维展示与咨询与决策。.

根据招标文件，本项目具体建设内容：

(1)完成小浪底、西峡园工程（含西沟水库等配套工程，下同）及库区、流域空间数据集建设，形成多维多规模数据库，信息系统整合全要素感知数据、业务管理数据等相关数据，构建小浪底水利工程数字孪生场景，库区达到L1级数字孪生精度，库区治理范围、滑坡、取水构筑物达到L2级，工程建筑、地质构筑物达到L3级数字孪生精度，大坝、泄洪洞、闸门、机组等重要设施设备达到L3+级。

(2)完成数字孪生仿真引擎搭建，实现数字孪生小浪底空间数据管理、空间分析、3D仿真展示等

(3) 完成了小浪底、西峡园水库入流预报模型、水库泥沙水动力模型、蓄水淹没模型、库区洪水演化模型、溃坝分析模型、工程安全分析预警 预测、预警、演练、预谋（以下简称四预）相关模型及其他计算模型研发 完成基于视频AI的人工智能算法模型构建识别、大数据分析等，对核心区人员进出、库区违规行为进行智能识别预警。

(4)完成水利知识平台建设，建设水利知识库，实现方案库、经验库、文件库，实现各类方案、文件的有效管理和应用和历史经验数据。实现基于空间的地理信息、系统管理、项目的各种重要图纸、文件、视听数据。

(5)自小浪底、西峡园项目建成及库区运营以来（小浪底项目自1999年起，西峡园项目自2007年起）各种感知数据、业务管理数据等相关数据治理和数据采集全面梳理各类数据，构建数据标准，结合应用需求，形成标准体系一、结构合理、分类科学的优质专题数据库。

(6)基于数字孪生小浪底平台，完成防洪调度、治沙、大坝安全、闸门安全、库区安全、生产安全、发电运行、设备资产管理、安全以及反恐、发电维修模拟培训、旅游管理、决策驾驶舱、应急指挥、宣传展示、咨询演练决策等相关业务应用和移动应用开发。

(7)完成数字孪生小浪底平台搭建，整合数字孪生场景、监测感知数据、模型库和知识平台，实现虚拟机同步仿真运行通过仿真引擎进行工程和物理工程。完成与上级单位系统和客户现有专业业务系统的集成，与水利部、流域机构实现数据共享与交互，与客户实现数据共享与交互现有系统。

(8)完成软件平台和硬件设备的采购、安装和调试。

(9)根据建设成果和上级要求，完成水利行业技术标准5项编制，其中数字孪生《水利工程编码导则》、数字孪生水利工程数据库建设指南，数字孪生水利工程数据集成标准，其余2项由客户根据项目实施需要指定。

数字孪生水利建设重大事件

一、2021-11-29【关于大力推进智慧水利建设的指导意见】

建议：以数字场景、智能模拟、精准决策为路径，以数字孪生分水岭建设为核心，全面推进计算数据、算法、算力建设，加快预报预警和演练建设 具有预案（以下简称“四项预案”）功能的智慧水利系统，为水务高质量发展提供有力支撑和有力推动新阶段的水利。

到2025年，通过建设数字孪生流域、“2+N”水利智能业务应用系统、水利网络安全系统、智慧水利安全系统，推动水利智能化转型工程，建设七大河流数字孪生流域，重点防汛区实现“四预”，重大调水基本实现水资源管理和配置“四预”项目跨流域和省际重点河湖，N项目应用水平显着提高。智能水利系统1.版本0.

构建数字孪生 平台。升级壮大一张全国水利地图，建设集基础数据系统一、监测数据、二维一体化、三级联通为一体的数据库，建设包括水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水环境、水土保持、水利工程安全7大类专业模型标准体系一、接口规范、分布式部署、快速组装、敏捷复用模型平台及结构化、自- 优化、自学的知识平台。按照统一要求和标准建设重大水利工程数字孪生工程。

二、2021-12-23，水利部召开数字孪生流域建设工作推进会

李国英部长出席会议并讲话AR开发数字孪生，强调大力推进数字孪生流域建设，积极推动新阶段水利高质量发展。李国英指出数字孪生精度，数字孪生流域是以物理流域为单位，时空数据为基础，数学模型为核心，水利知识为驱动力。 ，实现物理分水岭、虚实交互、迭代优化的同步仿真运行。

加快数字孪生流域建设，实现预报、预警、演练、预谋等功能。一是获取数据。要锚定建设数字场景的目标，建立空地一体的水利感知网络，建设全国更新的数据库，保持与物理流域交互的准确性、同步性和及时性。二是优化算法。要锚定智能仿真目标，推进水利专业模型技术研究，建设水利业务知识库，构建水利业务智能模型，确保数字孪生流域仿真过程和流域物理过程实现高保真。三是提高计算能力。根据数据处理和模型计算的需要，扩大计算资源，升级通信网络，改善会诊环境，提升高效、快速、安全、可靠的算力水平。四是建设数字孪生水利工程。要锚定安全运行、精准调度等目标，开展精细工程建模和商业智能升级，保持数字孪生水利工程与实体水利工程的融合、互动、频发。五是支持业务应用。要锚定精准决策目标，树立大系统设计、子系统建设、模块化联动的系统理念，强化应用思维数字孪生精度，优化业务流程，创新业务模式，构建流域防洪、水资源管理与调配等重大水利业务。现场智能应用与管理系统。第六，守住安全底线。完善水利网络安全体系，强化关键信息基础设施和重要数据保护能力，保障数字孪生流域安全运行。

三、2022年2月，水利部刘卫平副部长调研小浪底管理中心安全生产及数字孪生工程建设

刘部长提出：加快数字孪生小浪底建设，推动高质量发展。以数字孪生小浪底建设为重点，统筹规划、分步实施，同步抓好网络安全，形成标准体系，努力做到行业示范引领。

江苏如实地理空间信息技术有限公司是数字新基建、实时数字孪生、元界整体解决方案提供商。 ，一家集服务为一体的多学科一体化企业，办公面积4000多平方米，注册资金3亿元。现有教授4人。公司拥有专利18项（其中发明专利7项），软件著作权18项。曾两次获得省科技进步奖，一次获得省自然科学奖，一次获得省科技厅颁发的“重大科技成果”鉴定证书。

公司20年来一直专注于高科技研发和市场化。目前公司产品有：GRC高精度定位产品、无源遥测机器人、地下管网监测机器人、水环境监测终端、实景地图、数学模型和算法。产品通过了省质量技术监督局检验，国家型式认可，并通过了欧盟CE认证和美国FCC认证。公司部分产品入选2017-2019年度水利部《全国水利系统优秀产品招标重点推荐目录》。

公司实施的“智慧水务”项目已通过水利部信息中心、中国水科院、江苏省水利厅、河海大学等单位专家评审在国内处于领先水平。在水利高精度时空数据管理、软硬件水事事件综合管理等方面处于国际领先水平。”2020年入选《智慧优秀应用案例和典型解决方案推荐目录》水利部”，并在全国推广。