基于數(shù)字孿生的高海拔高土石壩工程施工管控探索

摘 要：為解決高海拔高土石壩工程施工過程復(fù)雜、施工周期長等因素引起的施工進(jìn)度和質(zhì)量管控難題，采用數(shù)字孿生理論與技術(shù)體系建立高土石壩工程數(shù)字孿生模型，模型包括基于三維ＧＩＳ 和ＢＩＭ 融合技術(shù)建立的表達(dá)工程施工動態(tài)過程的虛擬模型、基于循環(huán)仿真網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯修正技術(shù)建立的反饋優(yōu)化施工方案的進(jìn)度分析模型、基于物聯(lián)網(wǎng)和大壩填筑全流程跟蹤管理模型建立的大壩填筑質(zhì)量跟蹤和管控模型。以西南某高海拔地區(qū)高心墻土石壩工程為例，對高土石壩工程數(shù)字孿生模型開展工程應(yīng)用。實踐表明：建立的高土石壩工程數(shù)字孿生模型可實現(xiàn)高土石壩工程所在地區(qū)地形地貌和工程施工進(jìn)度面貌的三維動態(tài)展示，快速追溯出現(xiàn)質(zhì)量問題的工程部位的施工過程，同時借助現(xiàn)場ＧＰＳ 監(jiān)測和移動端輸入等信息采集手段實現(xiàn)平臺虛擬模型與現(xiàn)場工程實體模型的雙向聯(lián)動。

關(guān)鍵詞：高海拔；高土石壩；數(shù)字孿生；施工過程管控；進(jìn)度分析；質(zhì)量管控

中圖分類號： ＴＶ５１２；ＴＰ３９１．９ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０２２

引用格式：杜成波．基于數(shù)字孿生的高海拔高土石壩工程施工管控探索［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１２）：１２４－１２９．

我國水電工程逐步向西南高海拔地區(qū)發(fā)展，但該地區(qū)自然環(huán)境惡劣，加之高土石壩工程本身施工過程復(fù)雜、填筑材料方量多，使得工程進(jìn)度、質(zhì)量管控面臨巨大挑戰(zhàn)。因此，如何實現(xiàn)高海拔高土石壩工程施工過程的全面有效管控是當(dāng)今水電行業(yè)需要研究的一項重要課題。

數(shù)字孿生是一種數(shù)字化理念和技術(shù)手段，它以數(shù)據(jù)與模型的集成融合為核心，在數(shù)字空間對物理對象進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)字化映射，基于數(shù)據(jù)整合與分析預(yù)測來模擬、驗證、預(yù)測、控制物理實體全生命周期，實現(xiàn)對工程施工決策的動態(tài)優(yōu)化與驗證。其中，面向的物理對象包括實物、行為、過程，構(gòu)建孿生體涉及的數(shù)據(jù)包括實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，集成的模型涵蓋物理模型、機理模型和流程模型等。與既有的數(shù)字化技術(shù)相比，數(shù)字孿生具有虛實映射、實時同步、共生演進(jìn)、閉環(huán)優(yōu)化反饋等獨特技術(shù)。近年來，數(shù)字孿生技術(shù)在制造、交通、能源、土木等行業(yè)得到應(yīng)用，實現(xiàn)機理描述、異常診斷、風(fēng)險預(yù)測、決策輔助等應(yīng)用價值，有望在未來成為經(jīng)濟社會產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的通用技術(shù)［１－３］ 。然而，數(shù)字孿生技術(shù)在水電行業(yè)的應(yīng)用還處于探索階段，較為成熟的應(yīng)用是對現(xiàn)實數(shù)據(jù)的二維、三維展示和管理［４－５］ ，而對物理實體的構(gòu)造流程跟蹤和反饋優(yōu)化有待深入研究。