从「好看」到「用好」，优立科技给水利数字孪生一个支点

    2021年4月，水利部水文司专门召开会议，研究部署数字流域建设和“四预”试点工作。其中，福建省被列为该项工作的试点省份之一。福建省水利厅高度重视本次数字孪生流域和河湖水文映射试点建设的任务。

    作为开展河湖水文映射工作的试点河段，三明市金溪流域将乐段具有水文站网较完善、水利工程多、防洪安全突出等特点。建设该河段的数字映射，并在此基础上开展防洪调度预演，为防洪调度指挥提供科学的决策支持，对探索数字流域建设和洪水防御决策支撑能力具有典型示范意义。

    试点建设设想通过三维倾斜摄影及建模技术，实景展示洪水淹没三维效果、防汛抢险动态流程、转移路线等，使预案更加真实、直观，进一步提升群测群防的效果。

    按照案例最终的呈现，GIS技术、水文模型、洪水预报和洪水调度技术以水利一张图数据底板为底座，在防汛场景上的技术融合和重要应用，实现对洪水“预报、预警、预演、预案”功能。

    而对于该项目的背后技术支持方——数字孪生、元宇宙核心技术提供商深圳优立时空科技有限公司（以下简称“优立科技”）来说，其与水利数字孪生的故事也就此徐徐展开。

「好看」是第一步

    福建项目合作的契机是“全流域超大规模三维场景的高速呈现这一难题”，始终困扰着项目组，但也正因这一难题，使得优立科技有机会参与到水利行业的项目之中。

    项目将水文、地形、气象、水利工程等基础数据数字化，极大程度在帮助决策者长期探索水文规律、对流域水文信息进行实时监测、对灾情发生前期的水文预报、预警和科学研究，提供准确、及时的数据信息，同时有利于对水文灾害发生后损失进行分析预测。

    从具体效果来看，项目利用优立科技“无限细节”引擎技术建设的大规模三维场景之上，实现多源异构数据融合应用，打造高仿真、智能化的水文映射数字化集成分析展示及虚拟水文动态仿真演示系统平台。通过将大体量水文资料数据的集成、分析、展示于网页端平台，借助优立引擎的三维可视化与粒子渲染能力将3D-GIS 技术与水文模型相结合，基于倾斜摄影模型、真实数字高程模型DEM 来预测、对洪水时的淹没过程及区域增强动态演示，对洪水后的灾害及其损失进行分析预测，结合历史洪水大数据，为决策者制定科学的防洪和减灾对策及采取有效的抗洪救灾措施提供保障。

    不过优立科技副总裁易涛表示，当时的业务系统以及水利领域的专业算法基本由设计院所提供，优立科技的职责更多在于使合作方的成果能够以数字孪生、可视化以及三维的形式呈现出来，以便于决策者直观地看到推演算法的结果。

    国产化引擎＋大体量数据

    某种意义上，包括上述案例在内的水利数字孪生项目得以落地推开，其首要原因是需求巨大。

    当传统水利已难以满足当下经济社会发展提出的专业化、精细化、智能化管理要求，以流域为单元、以江河水系为经络、以水利工程为节点的现代水利基础设施网络平台需求应运而出。而启动水利数字孪生是在李国英部长重点引领和要求下的国家级战略，也顺势拉开了水利新型基础设施建设的序幕。

    易涛介绍称，“从2019年开始规划，去年开始加大落地力度。在江河湖泊、水资源开发利用等建设的水利基础设施以及库坝、水利工程等之中利用数字孪生、云计算、GIS等技术提升我国水利基础设施的能力，从而达到“四预”（预警、预报、预演、预案）的要求。就此，水利部在具体落实中相对明确，先后推出了相关工作推进指南，确定试点范围，成立专班进行督办。”

    在此背景下，一系列数字孪生领域工程建设的指导文件相继出台，加码水利投资，推动重大水利工程建设提速。

    有相关统计显示，2023年截止目前，先行先试数字孪生水利公开中标公示的总额为2.31亿左右、共计12个项目完成招标：第一，胶东调水数字孪生，中标额约7177.77万元；第二，数字孪生夹岩水库枢纽至黔西北供水工程，中标额约5288万元；第三，数字孪生关门嘴子水库，中标额约1980万元。

    从整个时间线来说，自2019年起，水利设施、库坝、水利工程等层面的水利数字孪生建设一直上升到水资源管理、水调度甚至水利环保、生态需求，于优立科技而言是能发挥自我优势的舞台。

    事实上，在优立科技出现之前，国内还未出现一个能支撑三维应用的纯国产原生引擎。“原来的引擎基本上是国外的或“二次封装”。国家对信创的要求越来越高也越来越严格，水利等相关部门亟需国产自主的引擎。”

    据介绍，优立三维引擎已通过信创认证，支持统信UOS、国产银河麒麟系统以及ARM架构服务器等，满足用户对于自主可控的要求。

    直面水利领域相关政策与市场的机遇和需求，团队也在不停地问自己：公司能为水利领域数字孪生带来什么？

    “除去水利设施的BIM，水利领域的数字孪生场景以自然景观为多，需要拥有高速加载能力的引擎，最好还能延伸到终端应用。”

    经过充分论证，优立科技的引擎可以解决三维大数据瓶颈，能够在一秒钟内加载TB / PB级三维数据。“项目大多采用激光扫描、倾斜摄影等实景数据。这类的数据体量较大，但我们的算法本身能够解决大体量数据的加载问题。”

    例如，上文提及的水利项目数据源便基本覆盖数百平方公里的将乐城区及六个电站实景三维地形与高精倾斜摄影模型、真实数字高程模型DEM，总体量高达120GB。此外，业务数据上还包含水文波动粒子模型及实时的水文站监测数据、历史洪水大数据库等监测数据。

    而在大体量数据加载之后，将这一数据轻量化地延伸至普适性终端应用市场，才是优立科技更为优选的路线。“与国外传统引擎的三角面图形计算路线不同，优立科技的引擎走的是纯计算路线，通过点云数据算法，再进行图像还原，不依赖GPU。在节省成本的同时，我们支持多终端适配，使三维渲染效果能够正常输出到普通的笔记本电脑甚至手机上。即不限制三维数据大小，不依赖硬件资源，不强依赖网络条件的远程访问”。

    “好用”-立足普适性，下沉行业应用

    水利数字孪生等专业场景中，对于数字孪生的要求不仅仅是「看着好」，更重要的还是能「好用」。

    即便已经陆续有水利数字孪生落地，仍有人还在质疑数字孪生在其中的作用。

    易涛坦言，优立科技在刚刚入局时，也曾被潜在用户方质疑公司的技术。“我们一般会开一些验证测试账户，亲自上门为用户进行数据转换对接，用这种方式来打消他们的疑虑。”

    从用户体验的角度上来讲，优立科技需要一个将过去技术积累转化成一个被用户认可的机会。

    对于后来者优立科技而言，“水利行业的特殊性在于，用户方不仅要考察公司总体产品的技术设计方案与技术路线，更需要结合实际的水利设施工程项目、软件进行工程级的测试验证，同时对其技术安全性、稳定性以及适用性提出了极为严格的要求。”

    目前，优立科技的多个水利数字孪生新项目已经进入测试验证阶段。易涛介绍称，“我们对接的项目，已经有近7、8个进入了工程实施前的测试验证阶段，其中客户包括一些重量级的设计院。接下来就是实施和签约阶段。”

    按照优立科技的计划，公司在水利这一场景上的重点，将围绕以下几个方向展开：其一，面积较大，数据量大的数字孪生流域建设，基本以实景为主，将整个流域的源头、支流等汇聚在一张图之上；其二，数字孪生灌区，进行数字映射、智能模拟、前瞻预演等。以及，水库、大坝等重点工程，下一步可能还会向水资源管理、生态、水电站等方向延伸。

    在业内人士看来，水利数字孪生市场的落地难点是，对于不同的区域在业务上的关注点差别较大，有的关注洪水淹没和浸漫，有的则更加关注工程设施、水调度等，而以上业务关注点的不同，会导致市场参与方产品设计重心以及后面支持的专业模型都需要随之发生变化。

    从普适性应用的需求出发，已明确好团队核心价值的优立科技更加专注且聚焦。“毕竟我们的产品开发较新，有很多的业务场景文档和一些专用性的工具上还需要完善。从最初做普适性引擎出发，后续我们将结合水利领域的要求，如算法、业务系统等，进行新一轮研发与匹配，完善水利数字孪生的专用底座，从而满足行业的一些特殊需要。”

    在“2030年底前，大中小型水利工程全面实现标准化管理”等目标下，优立科技在水利领域的角逐刚刚开始。