智慧水利元宇宙(孪生“大国重器” 赋能智慧水利——数字孪生丹江口水源工程建设侧记)

日期： 2023-06-16 14:58:23 浏览：9

数字孪生丹江口水源工程专题会议上，轻点鼠标，几分钟后，丹江口大坝实时数据动态显示在屏幕，“这是我们建设的一个虚拟丹江口大坝。”中线水源公司技术发展部主任李全宏指着屏幕上显示的数字孪生丹江口水源工程介绍，作为仿真分析模型，数字孪生丹江口水源工程宛如实体大坝的“孪生兄弟”，可以身临其境地掌握大坝、供水、库区、水质等现状、异常和趋势，像人到了现场一样，更能看到现场看不到的动态数据。江河探索，永无止境。“十四五”规划提出“构建智慧水利体系，以流域为单元提升水情测报和智能调度能力”的明确要求。对于中线水源公司，这是一场刚刚起步的全新探索，是中线水源公司进行数字化自我革命，探寻水利工程发展新模式，寻求转型新路径，推动变革的新动力。作为水利数字孪生试点工程，数字孪生丹江口水源工程，就是在信息空间上构建丹江口大坝虚拟映像，叠加在水利物理空间，重塑丹江口大坝工程基础设施，形成虚实结合、孪生互动的水利发展新形态，推动水利治理方式变革，开启数字时代的“大禹治水”。

智慧水利，一张蓝图，“点”亮未来

数字孪生丹江口水源工程作为数字孪生水利试点，坚决贯彻水利部智慧水利建设部署，构建智慧水源管理体系；坚决落实长江委数字孪生长江规划蓝图，加快建设数字孪生丹江口中线水源工程；以“点”描绘长江一张图，推动智慧水利，构建数字中国，“点”亮未来。

数字孪生丹江口工程——大坝安全风险预演

国家“十四五”规划纲要提出“构建智慧水利体系，以流域为单元，提升水情测报和智能调度能力”。水利部高度重视智慧水利建设，印发《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》《智慧水利建设顶层设计》《“十四五”智慧水利建设规划》，系列文件明确推进智慧水利的时间表、路线图、任务书、责任单。

长江委积极谋划数字孪生建设，开展数字孪生专题调研，开启数字孪生长江试点建设，不断夯实数字孪生流域数据底板，精心打造“长江一张图”，将流域梯级全景智慧展示。

数字孪生丹江口工程——水质安全态势预演【油罐车侧翻导致溢油事故模拟预演】

数字孪生丹江口工程——水质安全态势预演【自定义情景预演】

中线水源公司总经理马水山在数字孪生丹江口水源工程建设进展汇报会上介绍，自决策开展数字孪生丹江口水源工程之初，公司坚决贯彻落实“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，从保一库碧水永续北送，切实维护丹江口水库工程安全、供水安全、水质安全的政治高度和中线水源工程运行管理实际需求出发，加强工作组织，加快数字孪生丹江口中线水源工程建设，构建智慧水源管理体系，推动新阶段中线水源工程高质量发展。

做好顶层设计，“点”亮鸿篇巨制。公司扎实有序推进数字孪生前期工作，组织开展《数字孪生中线水源工程顶层设计》编制，合力开展《数字孪生丹江口水源工程实施方案》编制深化细化数字孪生详细设计。

切实履行程序，“点”亮项目建设。公司按规定完成顶层设计编制（规划阶段）、建设/实施方案编制（可研立项阶段）、招标详细设计，并履行“三重一大”决策程序和报批工作。

强化分工协作，“点”亮数字长江蓝图。按照“统一数据底板、统一技术线路、统一平台开放、开放与创新”统一建设原则，公司负责大坝安全监测、供水安全、水质安全、库区管理四大场景板块；组织长江设计集团、长科院、水保科研所、网信中心等单位参与建设，聚集全委之力，发挥专业优势，合理保障项目高质量推进。

治水走向“智”水，在新阶段的部署下，数字孪生正在水利行业快速落地。数字孪生丹江口水源工程作为数字孪生水利工程试点，公司将水利部、长江委的数字孪生工作部署作为任务书、标准尺、动员令，以实现工程安全保障大坝可蓄、水质安全保证水好可用、供水安全保障有量可供，打造一流数字孪生水源工程，丹江口大坝一库碧水永续北送提供“云上动力”。

虚实孪生，实时模拟，同生共长

相较于北方初冬的萧瑟，12月的丹江口仍然和煦，汉江水畔，丹江大坝巍然屹立。当黄昏来临，夕阳沉江，波光粼粼，丹江大坝浸入远处天际线。时空交错，像是天、地、人之间另一种独具匠心的阐释，也给中线水源公司数字孪生专项小组正在进行的“头脑风暴”增添了些许感性意味。

“丹江和汉江水流交换，水质分区，水流、水动力都会发生变化，模拟精度准确的话代码需要再优化……”

“快速仿真计算1分钟出结果，精度保证5%以内……”

会议室内，数字孪生专项工作小组讨论一片热烈。中线水源公司技术部杨星玥向记者介绍，数字孪生专题仅有签到记录的会议就有24次，还有不计其数的各个板块专题讨论会。数字孪生是什么？数字孪生丹江口水源工程是什么？为了什么？在一次次专题讨论中，答案逐渐明晰。

自2021年12月起，中线水源公司决策开展数字孪生建设工作，2022年初，公司总经理马水山对数字孪生工作进行专项部署，要求全面梳理中线水源工程监测感知、信息化基础设施、数据底板、业务应用、网络安全现状等已有条件，开展设计和实施工作。

数字孪生丹江口工程——大坝安全预测预报

数字孪生，起源于航空航天领域，也被称为数字映射、数字镜像，其显著特征是对实体对象的动态仿真。数字孪生可充分利用传感器全方位获取真实世界数据信息，结合多物理场仿真、数据统计分析和机器学习、深度学习等功能，使真实世界在孪生世界中完成数字化映射，进而实现物理空间与数字空间的实时双向同步映射及虚实交互。

公司副总经理张金锋告诉记者，今年是中线水源公司进入全面运行管理的第一年，加快建设数字孪生丹江口中线水源工程，打造数字孪生标杆工程是公司追求的目标。数字孪生丹江口中线水源工程，就是通过数字化方式创建丹江口大坝实体工程的“孪生双胞胎”，当物理空间上大坝实体环境变化，数字孪生丹江口水源工程同生共长，模拟、验证、预测、控制丹江口水源工程的全生命周期，提升丹江口水利枢纽安全高效运营能力，保障工程持续发挥综合效益。

数字孪生丹江口工程——大坝安全隐患预警

随着水利进入新发展阶段，高质量发展已成为水利工作的主题。根据水利部推进智慧水利建设部署，建设数字孪生已经成为当前智慧水利建设的核心任务与目标。数字孪生丹江口水源工程不仅是实体水利工程在虚拟空间的数字映射，也是支撑新一代水利高质量发展的复杂综合技术体系，它支撑并推进着形成一个共享全方位、应用高效能的水资源多元共治发展新格局。

发展数字孪生丹江口水源工程，意义不仅在于“蓄水”，以数字水流带动数字长江，完善布局智慧水利；更重要的是“布新”，为水利工程带来全新的发展方式和治理方式，为水利高质量发展打开一片数字“蓝海”。

四大场景，智慧把脉，做好安全医生

汉江滔滔三千里，从远古蛮荒流来，从千山万壑中流来。丹江口大坝，宛如一颗镶嵌在汉江上熠熠生辉的明珠。走进中线水源公司数字孪生专题工作小组，记者看到从汉江这条岁月长河里，从丹江大坝这个深邃“泉眼”里，流淌出绵绵不绝的智慧溪流。

孪生“大国重器”，建设数字水利。秉承一张图、一个界面的理念，数字孪生丹江口水源工程分为大坝安全、供水安全、水质安全、库区安全四大场景。

长江委党组书记、主任马建华高度重视数字孪生丹江口水源工程，多次带队到水源公司检查指导工作，观看阶段性成果演示，充分肯定建设阶段成果，强调要从站位上高度重视丹江口大坝工程安全，充分认识数字孪生建设对工程管理的重要支撑作用，要高站位、高标准、高质量加快推进丹江口大坝数字孪生建设步伐，发挥数字孪生“四预”功能，切实维护工程安全；要开展广泛调研学习，进一步完善顶层设计、健全工作机制，充分发挥委内外技术实力雄厚单位的优势，分阶段高质量完成好数字孪生丹江口水源工程建设，努力把丹江口大坝安全数字孪生项目打造成全国大坝安全数字孪生建设的标杆，实现“人无我有、人有我强”的建设目标。委党组成员也高度关注数字孪生建设工作，提出数字孪生丹江口水源工程依据“三重一大”决策制度贯彻落实工作责任，加强人员安排、技术及经费保障，按照“统一标准、统一门户、统一数据、统一风格”开展系统集成，统筹实现数字孪生汉江流域及丹江口工程共建共享互联互通等要求，加快推进数字孪生丹江口水源工程建设，形成可复制、可推广的经验，以“点”描绘长江澜图，开创智慧水利未来。

信念向前，使命在肩。中线水源公司按大坝安全、水质安全、库区安全分板块多次组织研讨，推进数字孪生先行先试建设工作，进一步明确了各板块建设任务和实施路径。以数据共建共享模式为依托，公司充分发挥协调优势，组织长江设计集团、长江科学院、水保科研所、水土保持中心站、网信中心、江河瑞通等共同开展数字孪生丹江口水源工程建设，形成工作合力，推进丹江口水库管理向数字化转型。

数字孪生丹江口工程——大坝安全预案智能响应

长江设计集团李晓飞向记者介绍，在中线水源公司的组织下，数字孪生丹江口水源工程建设项目部署集中办公，各个技术部门凝聚起来，更为便捷、高效推进工作。

长江设计集团徐瑞与梅润雨负责监测模块，他们将数字孪生监测系统比作更为精细的VR技术沉浸式体验，在此技术上还可以作动态数据分析。“面对坝顶、土石坝排水沟、坡面等都要逐个摸查，需要详细的现场勘察、分析、对比，水源公司提供了大量现场数据，同时针对实时状况，他们往往都是带着设备跑现场监测记录，循环一次至少需要6个多小时，之后再开碰头会，将资料整合。”外业资料不断更新，内业进行大量整理，在一次次讨论、建模、评测过程中，“虚拟”丹江口大坝越来越立体鲜活。数字孪生丹江口水源工程构建智能挂轨机器人系统，代替大坝廊道内人工巡视检查工作，使数字孪生中线水源工程“算据”时域化，满足实时“虚实”映射，进行智慧化模拟。目前，大坝安全实时监测可视、安全性态预测、基于有限元安全风险预演功能的研发达到初见成效目标。

供水安全信息感知在已有的水量计量系统基础上，引入测雨雷达，在丹江口库区重要位置布设测雨雷达系统，实现区域云层、降雨的高精度预报，提高库区气象和径流预报水平。

数字孪生丹江口中线水源工程，不仅监测现在，也预测未来水质变化趋势，对南水北调中线水源工程保一泓清泉北上意义深远。长江科学院的靖争向记者介绍水质安全模块，“我们以中线水源公司已建的水质监测网络为基础，进行水质监测网络体系优化完善，将模型优化更符合丹江口水流、水动力。”数字孪生水质监测板块在原有信息数据底板基础上，补充主要入库支流水质、流量自动监测，加大水质监测力度，快速提升水质安全信息感知能力。