摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟(jì)代表著我國(guó)未來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向，是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的核心要素與企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵領(lǐng)域。數(shù)字孿生技術(shù)在當(dāng)前水利工程運(yùn)行管理中發(fā)揮著重要作用，它成為當(dāng)前水利工程的研究熱點(diǎn)，初步探索數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程運(yùn)行中的全程監(jiān)視和統(tǒng)一調(diào)度管理，以保證水利工程的智能運(yùn)行。

　　引言：

　　數(shù)字孿生概念最早源于2003年密歇根大學(xué)的邁克爾·格里夫教授在產(chǎn)品生命周期管理課程上提出的“等同于物理產(chǎn)品的虛擬數(shù)字化表達(dá)思想[1]。”這些年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，借助新一代信息技術(shù)，推動(dòng)水利資源系統(tǒng)配置，開(kāi)發(fā)水利信息共享平臺(tái)，促進(jìn)我國(guó)網(wǎng)技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的有效融合，是我國(guó)提出的水利信息化發(fā)展的“十三五”規(guī)劃總目標(biāo)之一，在水利工程運(yùn)行管理中，采用數(shù)字孿生技術(shù)分析水利工程運(yùn)行中存在的不足，針對(duì)實(shí)際的運(yùn)行情況以及環(huán)境變化情況，對(duì)運(yùn)行方案做出及時(shí)調(diào)整，有效協(xié)調(diào)水利活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水利工程的智能運(yùn)行。

　　一、水利工程運(yùn)行管理現(xiàn)狀

　　水利工程運(yùn)行管理的內(nèi)容較為復(fù)雜，主要包括水閘管理、飲水工程管理、堤防管理、水庫(kù)管理、灌溉工程管理等不同類(lèi)型的水利工程，水利工程的多樣化導(dǎo)致其運(yùn)行功能各不相同，管理上也都有自己的特點(diǎn)，這就需要根據(jù)外界環(huán)境的變化來(lái)自行調(diào)節(jié)水利工程調(diào)度運(yùn)用[2]。一方面，水利工程運(yùn)行有很強(qiáng)的綜合性，一項(xiàng)工程可能兼顧很多方面的內(nèi)容，如防洪、航運(yùn)、城市供水和改善環(huán)境等多方面的功能，另一方面，各個(gè)地區(qū)上下游之間對(duì)水的要求也不盡相同，彼此之間往往有利害沖突；因此，就需要從多方面考慮，建立可靠有效的水利工程管理機(jī)制來(lái)進(jìn)行綜合管理，保證水資源能夠發(fā)揮其應(yīng)有的功效，獲得最大的效益。信息化水平的不斷提高，也為水利工程運(yùn)行開(kāi)辟了新的道路，在技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，水利工程的全面提速有利于擴(kuò)大水利信息的范圍，完善水利信息相關(guān)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，使水利工程進(jìn)入了一個(gè)全新的階段，但是水利工程的發(fā)展需求與實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)還存在較大的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；第一，相關(guān)部門(mén)之間的信息資源不對(duì)等；由于對(duì)水利信息的整合力度不夠，使各部門(mén)之間缺乏有序的共享水資源體系。第二，水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善；第三，水利工程的運(yùn)行管理不能實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化。

　　二、數(shù)字孿生技術(shù)與水利工程運(yùn)行管理的應(yīng)用分析

　?。ㄒ唬﹩卧?jí)水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)

　　采用數(shù)字孿生技術(shù)，可幫助水利工程的全面管理，并提供技術(shù)支持。水利工程數(shù)字孿生技術(shù)采用先進(jìn)的感知、計(jì)算和控制技術(shù)，通過(guò)在信息空間對(duì)物理實(shí)體多方面的角度進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)物理空間與信息空間的實(shí)時(shí)交互，促進(jìn)信息科學(xué)決策，精準(zhǔn)執(zhí)行。單元級(jí)水利工程數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)ο鄳?yīng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行狀態(tài)感知和計(jì)算分析，形成水利工程物理世界與信息世界之間的相互交融，是具備可計(jì)算、可交互、可延展的水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)的最小單位；數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程運(yùn)行中發(fā)揮著重要作用，它采用先進(jìn)的技術(shù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和監(jiān)控，在信息空間通過(guò)分析物理實(shí)體的狀態(tài)行為進(jìn)行全面構(gòu)建，建立相應(yīng)的數(shù)字孿生體，動(dòng)態(tài)跟蹤水利工程運(yùn)行，比如電壓的配電設(shè)備工作狀態(tài)等；以閘門(mén)啟閉機(jī)水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)為例，數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)采集閘門(mén)啟閉機(jī)的信息，對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行分析處理，之后建立閘門(mén)啟閉機(jī)的物理模型，對(duì)閘門(mén)啟閉機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。在閘門(mén)變動(dòng)的操作過(guò)程中，如果運(yùn)動(dòng)模型出現(xiàn)了大幅度的跳躍，能夠主動(dòng)的切斷電源，并分析原因反饋給工作人員，說(shuō)明實(shí)施監(jiān)控是有效的；如果監(jiān)測(cè)到閘門(mén)在當(dāng)前開(kāi)啟高度發(fā)生振動(dòng)時(shí)，適當(dāng)調(diào)整開(kāi)啟高度，高度又隨著感知模塊反應(yīng)到虛擬模型，經(jīng)過(guò)反復(fù)迭代，能夠主動(dòng)避免發(fā)生振動(dòng)的位置；若該運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，對(duì)故障的位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，分析故障原因，并制定相應(yīng)的解決措施，以此提高閘門(mén)啟閉機(jī)安全運(yùn)行的能力。

　?。ǘ┫到y(tǒng)級(jí)水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)

　　系統(tǒng)級(jí)水利工程孿生系統(tǒng)是針對(duì)單個(gè)水利工程，充分考慮各單元及水利工程運(yùn)行現(xiàn)狀，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，增強(qiáng)各個(gè)單元及水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，保證水利工程的安全，實(shí)現(xiàn)整體資源配置的最優(yōu)化。借助無(wú)線(xiàn)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)單元及水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自由流動(dòng)，有利于提高水利工程資源配置的廣度和精度；在閘門(mén)的操作運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)對(duì)“閘門(mén)高度—水位—流量關(guān)系曲線(xiàn)”的分析，計(jì)算始流時(shí)可泄放的安全流量，計(jì)算閘門(mén)的開(kāi)高和開(kāi)孔數(shù)，如果電源數(shù)字孿生系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電網(wǎng)停網(wǎng)，則會(huì)自動(dòng)啟用自備發(fā)電機(jī)組供電；通過(guò)使用數(shù)字孿生技術(shù)，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及水利工程的工作狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)分析和集中管理；對(duì)于數(shù)據(jù)分步計(jì)算與大數(shù)分布能力，結(jié)合各個(gè)組成部分進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)全流域范圍內(nèi)信息的全面感知和精準(zhǔn)執(zhí)行。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　綜合上述分析可知，數(shù)字孿生技術(shù)為現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界空間的交互融合建立了橋梁，通過(guò)對(duì)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時(shí)交互，能夠增強(qiáng)水利工程信息的全面感知能力，提高資源配置的最優(yōu)化。數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理的實(shí)施特點(diǎn)主要分為三個(gè)方面：第一，水利工程數(shù)字孿生體系與對(duì)應(yīng)數(shù)字孿生體系方案設(shè)計(jì)；這個(gè)階段是建構(gòu)水利工程數(shù)字孿生的統(tǒng)一架構(gòu)與控制體系。第二，水利工程數(shù)字孿生數(shù)據(jù)采集和共享設(shè)計(jì)，這一階段是對(duì)數(shù)據(jù)采集的對(duì)象建立水利數(shù)據(jù)的科學(xué)分類(lèi)和通用標(biāo)準(zhǔn)。第三，水利工程數(shù)字孿生模型設(shè)計(jì)；這一階段是對(duì)水利工程虛擬仿真建模，使相應(yīng)的孿生模型能夠與水利工程實(shí)際運(yùn)行相匹配，從而為功能實(shí)現(xiàn)有力的數(shù)據(jù)支撐。由此可以看出，數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，主要是通過(guò)建構(gòu)虛擬的模型進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，這就要求相關(guān)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控施工過(guò)程，解決水利工程過(guò)程中存在的問(wèn)題，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，提高工作效率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 蔣亞?wèn)|， 石焱文. 數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程運(yùn)行管理中的應(yīng)用[J]. 科技通報(bào)， 2019， 35（11）：5.

　　[2] 楊楚驊， 饒凡威， 傅志浩，等. 基于BIM的水利工程施工監(jiān)管平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 人民珠江， 2022， 43（2）：7.

　　作者簡(jiǎn)介：時(shí)達(dá)，1991-05，男 廣東省深圳市 ，漢族 ，工程師，研究生，研究方向：水利工程

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