什么是工程的數(shù)字孿生？

        簡而言之就是工程的數(shù)字“克隆體”

        也是智慧水利建設(shè)的核心

        近日，黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，

        中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司

        黃河水利委員會黃河水利科學(xué)研究院聯(lián)合體

        以8320萬元中標(biāo)數(shù)字孿生小浪底水利樞紐項目

        這是水利部數(shù)字孿生頭號試點工程

        也是國內(nèi)投資額最大的水利工程數(shù)字孿生

        數(shù)字孿生也被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像，是智慧科學(xué)領(lǐng)域最熱門、最前沿的概念，其顯著特征是對實體對象的動態(tài)仿真。

        水利工程數(shù)字孿生，是以實體水利工程為單元、時空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、數(shù)學(xué)模型為核心、水利知識為驅(qū)動，在數(shù)字空間對水利工程全要素、全過程的數(shù)字化映射、智能化模擬，虛擬再現(xiàn)真實水利工程，支持與物理水利工程同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化的信息系統(tǒng)，包括信息基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字孿生平臺。

        ▲數(shù)字孿生案例

        小浪底水利樞紐工程是黃河干流上的一座集減淤、防洪、供水灌溉、發(fā)電等為一體的大型綜合性水利工程，是治理黃河的關(guān)鍵性工程。通過數(shù)字孿生技術(shù)，可實現(xiàn)對工程管理精細化、趨勢預(yù)測精準(zhǔn)化、決策科學(xué)化，將有力保障小浪底水利樞紐安全穩(wěn)定運行，保障其綜合效益的發(fā)揮，提升小浪底管理中心綜合管理能力，完善黃河抵御自然災(zāi)害的強大防線，對服務(wù)黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略具有重大意義。

        水利部《"十四五"期間推進智慧水利建設(shè)實施方案》提出要以構(gòu)建數(shù)字孿生流域為核心，加快構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能的智慧水利體系，為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強力驅(qū)動。通過構(gòu)建數(shù)字孿生水利工程，可以實現(xiàn)防洪興利智能預(yù)報調(diào)度、工程安全智能分析預(yù)警、生產(chǎn)運營智慧綜合管理、庫區(qū)智慧巡查監(jiān)管、三維展示與會商決策等業(yè)務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。

        根據(jù)招標(biāo)文件，本項目具體建設(shè)內(nèi)容：

        (1) 完成小浪底、西霞院工程(含西溝水庫等附屬工程，下同)及庫區(qū)流域范圍的空間數(shù) 據(jù)集構(gòu)建，形成多維多尺度數(shù)據(jù)底板，通過與現(xiàn)有信息系統(tǒng)融合工程全要素感知數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù) 管理數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，搭建小浪底水利樞紐數(shù)字孿生場景。其中庫區(qū)流域達到L1級， 庫區(qū)管理范圍、滑坡體、取水建筑物等達到L2級，工程建筑物及地質(zhì)構(gòu)造達到L3級，大壩、 泄洪孔洞、閘門、機組等重要設(shè)施設(shè)備達到L3 級。

        (2) 完成數(shù)字孿生模擬仿真引擎建設(shè)，實現(xiàn)數(shù)字孿生小浪底空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、三維模擬仿真展示等。

        (3) 完成小浪底、西霞院水庫的來水預(yù)報模型、水庫泥沙水動力學(xué)模型、蓄水淹沒模型、 庫區(qū)洪水演進模型、潰壩分析模型、工程安全分析預(yù)警模型及其他與預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù) 案(以下簡稱四預(yù))相關(guān)的計算模型研發(fā)。完成基于視頻AI識別、大數(shù)據(jù)分析等人工智能 算法模型構(gòu)建，對大型漂浮物、閘門運行狀態(tài)、流道破損、核心區(qū)域人員進出、庫區(qū)違章行 為等進行智能識別預(yù)警。

        (4) 完成水利知識平臺建設(shè)，構(gòu)建水利知識引撃，實現(xiàn)預(yù)案庫、經(jīng)驗庫、文檔庫，實現(xiàn)各 類預(yù)案、文檔及歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)的有效管理及應(yīng)用。實現(xiàn)基于空間地理信息，系統(tǒng)管理、調(diào)用 工程各類重要圖紙、文檔、影音數(shù)據(jù)。

        (5) 完成小浪底、西霞院工程及庫區(qū)投入運行以來(小浪底工程為1999年以來、西霞院工 程為2007年以來)各類感知數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)和其他相關(guān)數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)匯集工作。全 面梳理各類數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合應(yīng)用需求，形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)合理、分類科學(xué)的髙 質(zhì)量專題數(shù)據(jù)庫。

        (6) 基于數(shù)字孿生小浪底平臺，完成防汛調(diào)度、泥沙治理、大壩安全、閘孔安全、庫區(qū)安 全、生產(chǎn)安全、發(fā)電運行、設(shè)備資產(chǎn)管理、安保反恐、發(fā)電檢修仿真培訓(xùn)、旅游管理、決策 駕駛艙、應(yīng)急指揮、宣傳展示、會商預(yù)演決策等相關(guān)業(yè)務(wù)應(yīng)用及移動應(yīng)用開發(fā)。

        (7) 完成數(shù)字孿生小浪底平臺建設(shè)，融合數(shù)字孿生場景、監(jiān)測感知數(shù)據(jù)、模型庫和知識平 臺，通過模擬仿真引擎實現(xiàn)虛擬工程與實體工程同步仿真運行。完成與上級單位系統(tǒng)、委托 人現(xiàn)有各專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)與水利部、流域機構(gòu)數(shù)據(jù)共享和交互，實現(xiàn)與委托人現(xiàn) 有系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享和交互。

        (8) 完成軟件平臺和硬件設(shè)備的釆購、安裝和調(diào)試。

        (9) 基于建設(shè)成果和上級要求，完成5項水利行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)編寫，其中3項為數(shù)字孿生水利工程編碼導(dǎo)則、數(shù)字孿生水利工程數(shù)據(jù)底板建設(shè)指南、數(shù)字孿生水利工程數(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)，剩余2項由委托人根據(jù)項目實施需要另行明確。

        數(shù)字孿生水利發(fā)展重要事件

        一、2021-11-29日【關(guān)于大力推進智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見】

        意見提出：以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，以構(gòu)建數(shù)字孿生流域為核心，全面推進算據(jù)、算法、算力建設(shè)，加快構(gòu)建具有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案（以下簡稱“四預(yù)”）功能的智慧水利體系，為新階段水利高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強力驅(qū)動。

        到2025年，通過建設(shè)數(shù)字孿生流域、“2 N”水利智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系、水利網(wǎng)絡(luò)安全體系、智慧水利保障體系，推進水利工程智能化改造，建成七大江河數(shù)字孿生流域，在重點防洪地區(qū)實現(xiàn)“四預(yù)”，在跨流域重大引調(diào)水工程、跨省重點河湖基本實現(xiàn)水資源管理與調(diào)配“四預(yù)”，N項業(yè)務(wù)應(yīng)用水平明顯提升，建成智慧水利體系1.0版。

        構(gòu)建數(shù)字孿生平臺。升級擴展全國水利一張圖，建設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一、監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集、二三維一體化、三級貫通的數(shù)據(jù)底板，建設(shè)包含水文、水力學(xué)、泥沙動力學(xué)、水資源、水環(huán)境、水土保持、水利工程安全7大類專業(yè)模型的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、接口規(guī)范、分布部署、快速組裝、敏捷復(fù)用的模型平臺以及結(jié)構(gòu)化、自優(yōu)化、自學(xué)習(xí)的知識平臺。按照統(tǒng)一的要求和標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)重大水利工程的數(shù)字孿生工程。

        二、2021-12-23日，水利部召開推進數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會議

        部長李國英出席會議并講話，強調(diào)大力推進數(shù)字孿生流域建設(shè)，積極推動新階段水利高質(zhì)量發(fā)展。李國英指出，數(shù)字孿生流域是以物理流域為單元、時空數(shù)據(jù)為底座、數(shù)學(xué)模型為核心、水利知識為驅(qū)動，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程的數(shù)字化映射、智能化模擬，實現(xiàn)與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優(yōu)化。

        加快推進數(shù)字孿生流域建設(shè)，實現(xiàn)預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案功能。一是獲取數(shù)據(jù)。要錨定構(gòu)建數(shù)字化場景的目標(biāo)，建立天空地一體化水利感知網(wǎng)，構(gòu)建全國統(tǒng)一、及時更新的數(shù)據(jù)底板，保持與物理流域交互的精準(zhǔn)性、同步性、及時性。二是優(yōu)化算法。要錨定智慧化模擬的目標(biāo)，推進水利專業(yè)模型技術(shù)攻關(guān)，構(gòu)建水利業(yè)務(wù)知識庫，建設(shè)水利業(yè)務(wù)智能模型，確保數(shù)字孿生流域模擬過程和流域物理過程實現(xiàn)高保真。三是提升算力。要根據(jù)數(shù)據(jù)處理、模型計算的需要，擴展計算資源，升級通信網(wǎng)絡(luò)，完善會商環(huán)境，提升高效快速、安全可靠的算力水平。四是建設(shè)數(shù)字孿生水利工程。要錨定安全運行、精準(zhǔn)調(diào)度等目標(biāo)，開展工程精細建模、業(yè)務(wù)智能升級，保持數(shù)字孿生水利工程與實體水利工程的融合性、交互性、同頻性。五是支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用。要錨定精準(zhǔn)化決策的目標(biāo)，樹立大系統(tǒng)設(shè)計、分系統(tǒng)建設(shè)、模塊化鏈接的系統(tǒng)觀念，強化應(yīng)用思維，優(yōu)化業(yè)務(wù)流程、創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式，構(gòu)建流域防洪、水資源管理調(diào)配等覆蓋水利主要業(yè)務(wù)領(lǐng)域的智能化應(yīng)用和管理體系。六是守住安全底線。完善水利網(wǎng)絡(luò)安全體系，增強關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施和重要數(shù)據(jù)防護能力，確保數(shù)字孿生流域運行安全。

        三、2022年2月水利部副部長劉偉平調(diào)研小浪底管理中心安全生產(chǎn)、數(shù)字孿生工程建設(shè)等工作

        劉部長提出：加快數(shù)字孿生小浪底建設(shè)，推進高質(zhì)量發(fā)展。把數(shù)字孿生小浪底建設(shè)作為重點任務(wù)，統(tǒng)籌謀劃、分步實施，同步抓好網(wǎng)絡(luò)安全，形成標(biāo)準(zhǔn)體系，爭取做到行業(yè)內(nèi)示范引領(lǐng)。