數(shù)字孿生大藤峽建設(shè)與探索

大藤峽水利樞紐位于珠江流域西江水系黔江干流大藤峽出口處，控制西江流域面積的56.4%、西江水資源量的56%，控制洪水總量占梧州站洪量的65%。其作為國務(wù)院確定的172項節(jié)水供水重大水利工程標志性工程之一，集防洪、航運、發(fā)電、水資源配置、灌溉等綜合效益于一體，是珠江流域關(guān)鍵控制性水利樞紐。

明確定位 厘清思路

數(shù)字孿生大藤峽建設(shè)綜合考慮工程防洪、航運、發(fā)電、水資源配置、灌溉五大功能，以打造水利行業(yè)數(shù)字孿生水利工程標桿為目標，確立數(shù)字孿生大藤峽“一臺雙賦三化四預(yù)”總體思路?！耙慌_”指建設(shè)一個數(shù)字孿生平臺；“雙賦”指對工程建設(shè)管理與工程運營管理雙向賦能；“三化”指支撐公司標準化、專業(yè)化、精細化管理；“四預(yù)”指開展預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案研究與應(yīng)用。主要建設(shè)任務(wù)包括搭建數(shù)字孿生平臺，夯實信息化基礎(chǔ)設(shè)施，提升業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化水平，完善網(wǎng)絡(luò)安全體系，強化軟硬件及數(shù)據(jù)、門戶等內(nèi)外部系統(tǒng)集成等。

數(shù)據(jù)底板方面，完成庫區(qū)重點防護區(qū)DEM（數(shù)字高程模型）、正射影像、傾斜攝影模型建設(shè)。完成庫區(qū)范圍黔江、紅水河、柳江、洛清江等河段共261個大斷面地形測量?；就瓿晒こ讨鲏巍⒋l、副壩、魚類增殖站土建及金結(jié)部分的BIM（地理信息模型）建設(shè)。通過大藤峽數(shù)據(jù)中心，匯集接入實時水雨情、安全監(jiān)測等數(shù)據(jù)。通過珠江委數(shù)據(jù)接口，共享接入珠江流域相關(guān)河道站與水庫站空間位置及水情信息。

模型庫方面，已初步搭建來水預(yù)報模型、防洪調(diào)度模型、洪水淹沒模型、水量調(diào)度模型、大壩安全監(jiān)測預(yù)警模型。

可視化平臺方面，初步構(gòu)建三維可視化平臺，集成GIS、BIM、三維實景模型等空間數(shù)據(jù)，承載工程規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行、維護等階段產(chǎn)生的信息，初步實現(xiàn)工程多時態(tài)、全要素數(shù)字化映射。

系統(tǒng)開發(fā)方面，防汛與水量調(diào)度“四預(yù)”平臺已基本完成二、三維一張圖，態(tài)勢感知，預(yù)報預(yù)警，調(diào)度預(yù)演和調(diào)度預(yù)案等主要功能模塊開發(fā)，平臺整合“雨情、水情、工情、險情、災(zāi)情”等綜合信息，初步實現(xiàn)了“預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”等“四預(yù)”功能應(yīng)用。

工程安全風(fēng)險與健康評估系統(tǒng)結(jié)合三維可視化平臺，以點、面、體多種形式融合展示工程結(jié)構(gòu)、監(jiān)測設(shè)施、監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全預(yù)警等信息。在此基礎(chǔ)上結(jié)合工程安全監(jiān)測預(yù)警模型，初步實現(xiàn)工程安全性態(tài)預(yù)測、安全風(fēng)險預(yù)警等功能，并為工程安全會商決策提供支撐。

健全機制 守正創(chuàng)新

數(shù)字孿生大藤峽建設(shè)涉及水文水資源、水動力、水工、建筑、遙感、圖像學(xué)、計算機等多學(xué)科。通過在建設(shè)過程中不斷探索，逐漸優(yōu)化了工作機制，沉淀了核心技術(shù)。

大藤峽公司第一時間建立工作專班與聯(lián)合工作機制。通過工作專班，進一步強化公司內(nèi)部統(tǒng)籌，壓實各部門責(zé)任，確保落實“需求牽引、應(yīng)用至上”要求，凝心聚力，加快項目推進；通過聯(lián)合工作機制，將行業(yè)內(nèi)外有實力的單位聯(lián)合起來，發(fā)揮各自專長，集中辦公、專題攻關(guān)，為數(shù)字孿生大藤峽建設(shè)推進奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

>大藤峽主壩高保真可視化場景

制定詳細任務(wù)清單，掛圖作戰(zhàn)，細化分工、緊跟進度；督促參建單位按分工按時提交項目周報、月報，及時組織召開協(xié)調(diào)會議、專題授課，打破各單位工作銜接與技術(shù)融合壁壘，共同探索、研究開發(fā)方向，解決各類技術(shù)與商務(wù)問題，確保數(shù)字孿生大藤峽建設(shè)如期保質(zhì)保量推進。

通過數(shù)據(jù)中心建設(shè)匯集各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)以及跨行業(yè)共享氣象、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)等，接入1985張表，匯聚45.68億條數(shù)據(jù)，信息資源存儲量達1024.01GB。開展數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型標準化、數(shù)據(jù)關(guān)系脈絡(luò)化、數(shù)據(jù)加工可視化、數(shù)據(jù)質(zhì)量度量化、數(shù)據(jù)服務(wù)自動化，為數(shù)字孿生大藤峽提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

建設(shè)適配不同預(yù)見期的來水預(yù)報模型。擬定模型計算范圍包括龍灘至大藤峽區(qū)間、柳江流域及大藤峽至梧州段，考慮的主要預(yù)報節(jié)點有14個。接入多種預(yù)報降雨模式，強化氣象水文模型耦合，建設(shè)預(yù)見期融合數(shù)值降雨預(yù)報的來水預(yù)報模型。為考慮上游水工程調(diào)度對下游預(yù)報斷面的精度影響，考慮上游龍灘、巖灘、紅花水庫調(diào)度情況，建設(shè)預(yù)報調(diào)度一體化計算模型。

針對工程為河道型水庫的特點，建設(shè)靜動庫容耦合的防洪調(diào)度模型。一是掌握上游龍灘出入庫流量與庫水位情況，以及上游水庫調(diào)蓄后，紅水河遷江、柳江柳州、洛清江對亭等3個水文站洪水過程；二是掌握大藤峽庫區(qū)遷江、柳州與對亭—壩址無控區(qū)間降雨與產(chǎn)匯流情況；三是分析大藤峽水庫不同出庫方案，對庫區(qū)河道水位、庫區(qū)防護區(qū)與壩下潯江兩岸及西北江三角洲的防洪影響；四是考慮極端狀況下在遭遇水庫超標準洪水而發(fā)生潰壩時，可能對壩下造成哪些淹沒影響。在整體模型中，龍灘、巖灘和紅花采用靜庫調(diào)洪方法，大藤峽庫區(qū)采用動庫調(diào)洪方法。

> 大藤峽風(fēng)光

為支撐不同業(yè)務(wù)應(yīng)用、不同用戶對可視化場景的需求，采用GIS引擎提供流域大尺度場景，采用游戲引擎提供工程精細化場景。在游戲引擎中加入坐標系統(tǒng)，實現(xiàn)大地坐標向直角坐標系轉(zhuǎn)換以及在不同引擎下場景無縫切換，保證了系統(tǒng)整體的高保真、融合性、流暢性。

實踐探索 成效顯著

2022年汛期（3月15日至9月30日）每日按時發(fā)布24h、48h預(yù)見期的日均來水預(yù)報，其中24h預(yù)報合格率100%，48小時預(yù)報合格率95%。

2022年西江第四場編號洪水中，通過系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)生巨大防洪效益，準確預(yù)測大藤峽的入庫洪峰過程，在洪水來臨前，提前騰空庫容，成功攔蓄約7億m3洪量，最大削峰3500m3/s，并發(fā)揮錯峰作用，將洪水出峰時間推后一天，成功避免了西江、北江洪水惡劣遭遇，為北江洪水宣泄創(chuàng)造了有利條件。同時，在洪水來臨和泄洪前，以短信形式向有關(guān)庫區(qū)和下游的水行政主管部門、航運交通部門以及相關(guān)群眾發(fā)布風(fēng)險預(yù)警提示和泄流通告。

> 工程安全風(fēng)險與健康評估系統(tǒng)首頁

> 宏觀微觀相結(jié)合的預(yù)演

有力支撐近期向61m正常蓄水位蓄水的全過程安全管控，通過工程安全風(fēng)險與健康評估系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測大壩安全與健康狀況，為安全監(jiān)測人員提供可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過三維可視化場景直觀展示預(yù)警信息與風(fēng)險隱患，有力保障蓄水過程中的工程安全。

通過數(shù)字孿生大藤峽建設(shè)，可實現(xiàn)工程管理精細化、趨勢預(yù)測精準化、決策支持科學(xué)化，必將有力保障大藤峽水利樞紐安全穩(wěn)定運行，提高應(yīng)急處置能力，促進工程綜合效益發(fā)揮。

>數(shù)字孿生大藤峽總體框架

> 數(shù)據(jù)中心建設(shè)框架