什么是工程的數字孿生？

        簡而言之就是工程的數字“克隆體”

        也是智慧水利建設的核心

        近日，黃河勘測規劃設計研究院有限公司，

        中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司

        黃河水利委員會黃河水利科學研究院聯合體

        以8320萬元中標數字孿生小浪底水利樞紐項目

        這是水利部數字孿生頭號試點工程

        也是國內投資額最大的水利工程數字孿生

        數字孿生也被稱為數字映射、數字鏡像，是智慧科學領域最熱門、最前沿的概念，其顯著特征是對實體對象的動態仿真。

        水利工程數字孿生，是以實體水利工程為單元、時空數據為基礎、數學模型為核心、水利知識為驅動，在數字空間對水利工程全要素、全過程的數字化映射、智能化模擬，虛擬再現真實水利工程，支持與物理水利工程同步仿真運行、虛實交互、迭代優化的信息系統，包括信息基礎設施和數字孿生平臺。

        ▲數字孿生案例

        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、發電等為一體的大型綜合性水利工程，是治理黃河的關鍵性工程。通過數字孿生技術，可實現對工程管理精細化、趨勢預測精準化、決策科學化，將有力保障小浪底水利樞紐安全穩定運行，保障其綜合效益的發揮，提升小浪底管理中心綜合管理能力，完善黃河抵御自然災害的強大防線，對服務黃河流域生態保護和高質量發展國家戰略具有重大意義。

        水利部《"十四五"期間推進智慧水利建設實施方案》提出要以構建數字孿生流域為核心，加快構建具有預報、預警、預演、預案功能的智慧水利體系，為新階段水利高質量發展提供有力支撐和強力驅動。通過構建數字孿生水利工程，可以實現防洪興利智能預報調度、工程安全智能分析預警、生產運營智慧綜合管理、庫區智慧巡查監管、三維展示與會商決策等業務數字化轉型和智能化升級。

        根據招標文件，本項目具體建設內容：

        (1) 完成小浪底、西霞院工程(含西溝水庫等附屬工程，下同)及庫區流域范圍的空間數 據集構建，形成多維多尺度數據底板，通過與現有信息系統融合工程全要素感知數據、業務 管理數據和其他相關數據，搭建小浪底水利樞紐數字孿生場景。其中庫區流域達到L1級， 庫區管理范圍、滑坡體、取水建筑物等達到L2級，工程建筑物及地質構造達到L3級，大壩、 泄洪孔洞、閘門、機組等重要設施設備達到L3 級。

        (2) 完成數字孿生模擬仿真引擎建設，實現數字孿生小浪底空間數據管理、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報模型、水庫泥沙水動力學模型、蓄水淹沒模型、 庫區洪水演進模型、潰壩分析模型、工程安全分析預警模型及其他與預報、預警、預演、預 案(以下簡稱四預)相關的計算模型研發。完成基于視頻AI識別、大數據分析等人工智能 算法模型構建，對大型漂浮物、閘門運行狀態、流道破損、核心區域人員進出、庫區違章行 為等進行智能識別預警。

        (4) 完成水利知識平臺建設，構建水利知識引撃，實現預案庫、經驗庫、文檔庫，實現各 類預案、文檔及歷史經驗數據的有效管理及應用。實現基于空間地理信息，系統管理、調用 工程各類重要圖紙、文檔、影音數據。

        (5) 完成小浪底、西霞院工程及庫區投入運行以來(小浪底工程為1999年以來、西霞院工 程為2007年以來)各類感知數據、業務管理數據和其他相關數據治理、數據匯集工作。全 面梳理各類數據，構建數據標準，結合應用需求，形成標準統一、結構合理、分類科學的髙 質量專題數據庫。

        (6) 基于數字孿生小浪底平臺，完成防汛調度、泥沙治理、大壩安全、閘孔安全、庫區安 全、生產安全、發電運行、設備資產管理、安保反恐、發電檢修仿真培訓、旅游管理、決策 駕駛艙、應急指揮、宣傳展示、會商預演決策等相關業務應用及移動應用開發。

        (7) 完成數字孿生小浪底平臺建設，融合數字孿生場景、監測感知數據、模型庫和知識平 臺，通過模擬仿真引擎實現虛擬工程與實體工程同步仿真運行。完成與上級單位系統、委托 人現有各專業業務系統的集成，實現與水利部、流域機構數據共享和交互，實現與委托人現 有系統數據共享和交互。

        (8) 完成軟件平臺和硬件設備的釆購、安裝和調試。

        (9) 基于建設成果和上級要求，完成5項水利行業技術標準編寫，其中3項為數字孿生水利工程編碼導則、數字孿生水利工程數據底板建設指南、數字孿生水利工程數據集成標準，剩余2項由委托人根據項目實施需要另行明確。

        數字孿生水利發展重要事件

        一、2021-11-29日【關于大力推進智慧水利建設的指導意見】

        意見提出：以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為路徑，以構建數字孿生流域為核心，全面推進算據、算法、算力建設，加快構建具有預報、預警、預演、預案（以下簡稱“四預”）功能的智慧水利體系，為新階段水利高質量發展提供有力支撐和強力驅動。

        到2025年，通過建設數字孿生流域、“2 N”水利智能業務應用體系、水利網絡安全體系、智慧水利保障體系，推進水利工程智能化改造，建成七大江河數字孿生流域，在重點防洪地區實現“四預”，在跨流域重大引調水工程、跨省重點河湖基本實現水資源管理與調配“四預”，N項業務應用水平明顯提升，建成智慧水利體系1.0版。

        構建數字孿生平臺。升級擴展全國水利一張圖，建設基礎數據統一、監測數據匯集、二三維一體化、三級貫通的數據底板，建設包含水文、水力學、泥沙動力學、水資源、水環境、水土保持、水利工程安全7大類專業模型的標準統一、接口規范、分布部署、快速組裝、敏捷復用的模型平臺以及結構化、自優化、自學習的知識平臺。按照統一的要求和標準建設重大水利工程的數字孿生工程。

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

        部長李國英出席會議并講話，強調大力推進數字孿生流域建設，積極推動新階段水利高質量發展。李國英指出，數字孿生流域是以物理流域為單元、時空數據為底座、數學模型為核心、水利知識為驅動，對物理流域全要素和水利治理管理活動全過程的數字化映射、智能化模擬，實現與物理流域同步仿真運行、虛實交互、迭代優化。

        加快推進數字孿生流域建設，實現預報、預警、預演、預案功能。一是獲取數據。要錨定構建數字化場景的目標，建立天空地一體化水利感知網，構建全國統一、及時更新的數據底板，保持與物理流域交互的精準性、同步性、及時性。二是優化算法。要錨定智慧化模擬的目標，推進水利專業模型技術攻關，構建水利業務知識庫，建設水利業務智能模型，確保數字孿生流域模擬過程和流域物理過程實現高保真。三是提升算力。要根據數據處理、模型計算的需要，擴展計算資源，升級通信網絡，完善會商環境，提升高效快速、安全可靠的算力水平。四是建設數字孿生水利工程。要錨定安全運行、精準調度等目標，開展工程精細建模、業務智能升級，保持數字孿生水利工程與實體水利工程的融合性、交互性、同頻性。五是支撐業務應用。要錨定精準化決策的目標，樹立大系統設計、分系統建設、模塊化鏈接的系統觀念，強化應用思維，優化業務流程、創新業務模式，構建流域防洪、水資源管理調配等覆蓋水利主要業務領域的智能化應用和管理體系。六是守住安全底線。完善水利網絡安全體系，增強關鍵信息基礎設施和重要數據防護能力，確保數字孿生流域運行安全。

        三、2022年2月水利部副部長劉偉平調研小浪底管理中心安全生產、數字孿生工程建設等工作

        劉部長提出：加快數字孿生小浪底建設，推進高質量發展。把數字孿生小浪底建設作為重點任務，統籌謀劃、分步實施，同步抓好網絡安全，形成標準體系，爭取做到行業內示范引領。