《2022中国水利学术大会智慧水利数字孪生分会》参会心得体会

作者：程凌云、李燃、杨传凯、申圆文、王园欣

为深入学习理解《水利部办公厅关于加强重大水利工程数字孪生项目设计的通知》（办规计〔2022〕323号），加强重大水利工程中数字孪生工程建设，提高技术人员对数字孪生、新阶段水利高质量发展等关键技术的认识，2023年2月15日—18日，我院程凌云、李燃、杨传凯、申圆文、王园欣参加了由水利部信息中心指导，中国水利学会主办，水利部南京水利水文自动化研究所、长江水利委员会长江科学院、江苏省水利学会、华北水利水电大学和重庆市水利学会共同承办的2022中国水利学术大会智慧水利数字孪生分会。

本次会议以“建设数字孪生流域，提升水安全保障能力”为主题，内容涉及数字孪生流域建设、数字孪生水利工程建设、水利业务“四预”技术研究及措施强化、智慧化模拟和控制技术、全景化智能感知新技术、网络安全及通信技术、水利大数据交换与管理技术精准化决策关键技术、优秀应用案例及经验分享等诸多方面。通过听取专家学者的学术交流和科研单位的成果演示，我们感受颇多。会上，中国工程院张建云院士、水利部信息中心蔡阳主任、南京水利水文自动化研究所刘九夫所长、河海大学许峰副院长、黄河勘测规划设计研究院有限公司安新代总经理等做了有关水利数字孪生方面的报告，让我们进一步学习了数字孪生水利建设中的重点、难点、关键技术，了解了黄委山东河务局、重庆市水利局、江苏省水利厅等在数字孪生水利工程建设上的成绩，见识到了数字孪生关键技术在广西大藤峡水利枢纽建设、淮河防洪 “四预”体系、太湖流域锡澄地区水网数字平台及水工程预报调度一体化系统等方面的应用演示，让我们充分认识到数字孪生工程是未来水利工作的重心，在水利工程建设、“四预”体系等方面具有远大的前景。主要学习内容与心得体会如下：

一、数字孪生水利工程的含义

数字孪生水利工程是以物理水利工程为单元、时空数据为底座、数字模型为核心、水利知识为驱动，在数字空间对物理水利工程全要素和建设、运行过程中的数字映射、智能模拟、前瞻预演，虚拟再现真实水利工程，支持与物理水利工程同步仿真运行、虚实交互、迭代优化的信息系统。

新建水利工程可行性研究、初步设计阶段工程应按照《水利水电工程可行性研究报告编制规程》《水利水电工程初步设计报告编制规程》《数字孪生流域建设技术大纲（试行）》《数字孪生水网建设技术导则（试行）》《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》的适用范围和技术要求，同步开展数字孪生工程设计。

二、数字孪生水利工程的构成

根据《数字孪生水利工程建设技术导则（试行）》要求，数字孪生水利工程建设主要由信息化基础设施和数字孪生平台构成。数字孪生平台主要由数据底板、模型库、知识库等构成信息化基础设施主要由监测感知、通信网络、工程自动化、信息基础环境等构成在此基础上，构建工程安全智能分析预警、防洪兴利智能调度、生产运营管理、巡查管护、综合决策支持等业务应用。

数字孪生水利工程设计应结合工程类型、任务和规模等，合理确定建设定位，紧密围绕防洪兴利、水资源调配、工程安全等核心业务开展。数字孪生水利工程设计应注重系统的安全性和易维护性，便于系统安全运维和应用功能的迭代升级。

三、数字孪生水利工程主要支撑技术

1.多途径构建水利工程基础数据库

以卫星遥感、无人机航测、激光雷达、物联网监测、水下测量等技术手段从多尺度、多维度获取水利工程基础数据，构建水利工程基础数据库。

2.构建三维地理空间模型

对工程的管理范围和工程影响范围，应创建对应L3级的数字正射影像、数字高程模型和水下地形，水下地形精度应满足水动力模型分析和泥沙淤积分析计算需求。

3.构建三维实景模型

地面建筑物、管理区域等可通过倾斜摄影、激光点云等方式建立实景模型，与三维地理空间模型进行平滑拼接，河道和湖泊的堤防、长距离渠道和管道等采用BIM 建模。

4.优化算法，建立洪水演进水动力学模型

研究复杂水力条件下洪水演进模型，应用于江湖洪水演进、分洪区分洪、河道-城镇洪水淹没与滞洪退水的全过程模拟，为流域防洪减灾和应急抢险提供技术支撑。

5.水利模型与仿真引擎设计

在数字化场景的基础上，通过集成耦合多维多时空尺度的水利专业模型、智能分析模型、仿真可视化模型，构建支撑水利业务全要素“四预”功能的数字孪生水利工程模拟仿真平台。

建立数理统计模型、结构仿真计算模型（反演分析与仿真分析）、监控指标模型、综合评价模型以及人工智能模型，全方位支撑工程安全运行。工程安全数理统计模型是以环境量作为自变量、以监测效应量作为因变量，利用数理统计分析方法而建立起来的数学方程，可应用于监测效应量变化规律分析、变化趋势预测、监控警戒值确定。结构仿真计算模型，根据不同的边界条件模拟大坝各项指标，并进行安全评价。构建大坝安全监控指标体系，并建立各监测效应量对应于安全状态属性矩阵，采用多源信息融合方法对工程整体安全状态进行综合诊断。

四、数字孪生水利工程的发展规划

建设数字孪生流域和数字孪生工程的核心基础是全面感知体系的建立，决定了将来的应用成效。正在大力推进的数字中国新基建将为数字孪生发展提供根本支撑和保障。

高度重视和加强数字孪生水利工程核心技术体系研发力度，包括数据中台、模型算法引擎和知识管理平台即知识中台等三大核心平台研发，有针对性地研发适用具体水利工程的三大平台体系，深入开展多专业协同和跨领域技术集成。应积极主动创新应用模式，充分发挥数字孪生流域与工程整体效能，在工程运管层面实现智慧管控效能。依托孪生系统强大的技术支撑，可以更加全面精准地了解掌控流域关键环境变化和水利工程运行状况，仿真模拟预测各种变化情景下的后果，优化选择最佳决策方案和调控模式，获得最好的管理效能和生产效益。

在今后的工作中，我们将认真贯彻落实习近平总书记“十六字”治水思路和关于治水重要指示批示精神，把本次所学、所感、所悟运用到工程实际中，刻苦钻研数字孪生相关技术，提升个人业务水平，认真履行自己的岗位职责，为设计院的持续发展做出我们的贡献。