数字孪生，智慧水利的最佳领航员

    引言

    智慧水利建设是新阶段水利高质量发展的重要实施路径和显著的标志之一。数字孪生流域是智慧水利的核心与关键，数字孪生水利工程是数字孪生流域建设的重要任务，数字孪生水网是建设国家水网的重要内容，数字孪生灌区建设是智慧水利建设的重要内容，是提升灌区管理水平的有效手段，也是新阶段灌区高质量发展的方向。

    2023年4月18日，由中国水利企业协会智慧水利分会、北京河湖智慧水利技术中心主办的“2023智慧水利建设高峰论坛”在武汉欧亚会展国际酒店盛大开幕。此次大会旨在推进 3S、BIM、数字孪生、云计算、大数据、人工智能等新技术在水利中的应用，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，全面推进算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。进一步提升智慧水利建设、管理和服务水平，加强同行间经验技术交流，推广新技术新产品应用。

    此次会议以“数智赋能启新航   智慧水利谱新章”为主题，其间共举行了会议主论坛、数字孪生专题、水利遥感（空间技术）专题、智慧河湖专题、国家水网专题、水利网络安全专题等；深入探讨智慧水利信息化规划、设计、建设、管理、服务等创新发展及新一代信息技术在水利应用与发展等内容；会议同期还举办了“2023智慧水利建设技术及装备展”。

    博能股份作为此次会议的支持单位，受邀参加了此次2023智慧水利建设高峰论坛。北京博能科技股份有限公司副总裁兼成都博能数智科技有限公司总经理齐焕然在数字孪生水利专题报告会上发表《数字孪生水利建设的应用与探索》主题演讲。

    博能股份作为一家元宇宙基础设施新基建商，依托于自主研发的数字孪生操作系统BLinkOS，结合多年的技术积累和经验沉淀，打造了数字孪生水利解决方案，该解决方案以数字孪生、GIS、BIM、5G、大数据、云计算、物联网、AI等技术为支撑，以发展现代化智慧水利为目标，推动物理实体与数字模型同步交付。

    智慧水利是以“水利设施+互联网”为理念，融入5G、物联网、大数据、云计算、数字孪生、GIS等技术，通过三维可视化手段实现从规划、建设、管理、维护及应急等全流程实现综合管理。全场景、全时空、全天候进行流域防洪、水资源管理与调配，对现役水利设施进行远程监测、安全分析和完整性评估，实现流量、压力及泵、阀、闸等设备的自动控制，自动完成设备检测、定位、优化配置、运行模拟、培训模拟及应急模拟等功能，具备预报、预警、预演、预案的特点。

    数字孪生水利解决方案

    博能数字孪生水利解决方案包括流域数字孪生应用+水利工程数字孪生应用+N个具体业务场景应用，即：2+N。通过对流域及水利工程数字孪生体的构建、渲染及发布，搭建水利数字孪生三维可视化应用场景，在数字孪生场景下实现实时显示洪水预报、山洪预警、水量水质联合调度等不同场景下的演变过程，以及针对水利工程实现防洪兴利、工程安全、生产运营、库区监管、综合决策等业务应用。通过模型平台的构建、知识平台的预案制定、分析、对比、迭代、优化，最终实现“四预”水利工程运行管理目标 ，为水利事件的精准决策提供知识化依据，实现流域防洪、水资源管理与调配。

    实现路径

    知识平台：知识平台是智慧水利的“算法”，利用机器学习等技术感知水利对象和认知水利规律，为数字孪生流域和数字孪生水利工程提供智能内核，支撑事件正向智能推理和反向溯因分析，实现“数据感知——智能识别——知识图谱构建——深度学习——智能决策”的循环，推动数字孪生流域和数字孪生水利工程自我优化运行，为即时和精准决策提供支撑。

    模型平台：模型平台是智慧水利的“算法”，通过建成标准统一、接口规范、快速组装的水利模型平台，在数字空间对水利治理管理活动进行全息智能化模拟，为数字孪生流域和数字孪生水利工程提供模拟仿真功能。

    数据底板：数据底板是智慧水利的“算据”，通过完善时空多尺度数据映射，扩展三维展示、数据融合、分析计算、动态场景等功能，形成基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、跨层级、跨业务的智慧水利数据底板，实现水利全要素的数字化映射。

    博能数字孪生水利解决方案依托行政主管单位基础地理信息数据、河湖资源地理信息数据，补充采集实际地形和业务专题地理信息数据基础上，以实际地形三维可视化场景为基础，嵌入重点工程对象三维模型，叠加水雨工情及视频基础和实时感知信息，利用水利专业模型+可视化模型智慧化模拟、预演实际流域防洪及水资源管理调配过程，实现时空信息超前仿真推演，通过数字孪生和真实世界的同步仿真运行、迭代优化模型算法，赋能水利业务工作。

    使用场景

    流域防洪

    解决方案围绕流域防洪、水资源管理与调配，实现在沿线流域、重点水利枢纽工程场景数字化的基础上，进行水利治理管理活动全过程精准化模拟和跟踪，以预演为手段，指导预案生成，达到智慧化决策的目标。

    基于信息基础设施，利用三维仿真技术，对江河湖泊、水利工程、水利治理管理对象、影响区域等进行数字孪生体构建、渲染、映射，实现三维可视化呈现。

    解决方案具备对流域、河道、节点、水库、水源、分水、洼地等海量水文数据整编处理，通过机器学习和智能算法，实现降雨、蒸发、产流、汇流、演进和水库调蓄等各类水文过程动态集成，提高洪水模拟预报和山洪预警等能力。

    决策调度

    在实现水利场景数字化的基础上，通过预演分析洪水模拟预报、山洪灾害预警、水量水质联合调度不同场景下的演变过程等，实现灾害事件及水利工程调度的精准决策预案。针对重点断面水位、流量、流向、项目流域水位、流向、重点枢纽工情信息等实时三维可视化显示及重点断面水量、水质现状，三维动态展示洪水预报及预警，实现引水期间，流域水面线、槽蓄量、引水流向和水量分配信息的三维动态实时呈现。根据所形成的预演、预案及调度方案，辅助现实世界的水利预报、预警及工程调度指挥决策。

    水利工程

    数字孪生水利工程包括对工程库区、工程坝区、工程下游影响区的三维可视化数字孪生体构建，搭建数字孪生应用场景。其中，工程坝区包括水工建筑物和附属机电设备及金属结构等。

    通过水利部本级及流域管理机构L1级和L2级数据底板基础上，基于BIM+GIS技术建设水利工程L3级数据底板，汇聚工程全要素基础数据、检测数据、业务管理数据以及外部共享数据实现防洪兴利智能预报调度、工程安全智能分析预警、生产运营智慧综合管理、库区智慧巡查监管、综合决策支持等业务应用。最终实现“四预”水利工程运行管理体系。

    具体功能包括：水文监测(雨量监测、水位监测、流量监测、泥沙监测、土壤墒情监测)；工程安全监测(变形监测、渗流监测、应力应变及温度监测、环境量监测、专项监测)；水质监测；水土保持监测；安防监控等。

    预警预案

    数字孪生水利解决方案可以实现预演、预案功能。预演及预案通过数据底板、模型平台、知识平台共同建立和实现。

    流域及水利工程预案包括：洪水预报方案、山洪灾害预警方案、灾害应急处置预案、工程防汛预案、入库预报方案、工程调度预案、安全生产事故综合应急预案、突发环境事件应急预案、船闸应急预案及现场处置方案等。

    知识平台集成历史场景、预演方案和其他样本库。历史场景记录历史上真实发生的预报预警、调度指令和演变场景；预演方案存储并复演、仿真模拟不同阶段输入条件下的流域及工程变化成果，系统智能匹配预报预警方案和历史类似调度场景，使用机器学习技术，不断分析、迭代、优化模型算法，优化预案，实现对水利事件的精准决策依据。

    水库大坝安全监测

    水库大坝安全监测依托5G、云计算、大数据、物联网、数字孪生等技术实现全天候、全场景无人值守自动监测及时掌握运营状况，有效解决水库管理人员不足、管理不规范等问题，包括大坝安全监测、水雨情自动测报、闸门远程控制、泄洪预警广播、实时视频监控、出入库流量监测、水质在线监测等几个部分，能够及时准确将前端监测站点数据采集入库并自动分析预警，可通过平台及APP及时掌握水库大坝运营情况从而及时做出管理决策。

    水库水雨情监测：通过数字孪生全息三维可视化场景实时掌握水库的水位、流量、雨量等信息，当水库水位超过汛限水位或低于死水位时系统自动报警，对防洪防汛抗旱的决策管理起到技术支撑作用。

    出入库流量监测：通过数字孪生平台集成一体化流量监测站数据，通过雷达流量计监测库区上游河道和出入库渠道的水位、流速并在三维可视化场景下实现一张图监控。

    闸门控制：通过构建闸门数字孪生体，实现对闸门进行远程开闸、关闸、停闸、闸门开度、PLC送电等操作，结合视频、闸上水位流量监测等功能实现对闸门现场监视和远程控制。

    水质监测：通过数字孪生物联融合平台集成PH、水温、浊度、溶解氧、电导率等传感器，获取相关数据，实时监测及时掌控水库水质变化情况保障供水安全。

    在活动现场，博能股份展示了自主研发的数字孪生操作系统BLinkOS、数字孪生水利解决方案和落地应用案例，吸引了众多嘉宾驻足、交流和参观。