摘要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字經(jīng)濟代表著我國未來經(jīng)濟的發(fā)展方向，是經(jīng)濟增長的核心要素與企業(yè)競爭的關(guān)鍵領(lǐng)域。數(shù)字孿生技術(shù)在當(dāng)前水利工程運行管理中發(fā)揮著重要作用，它成為當(dāng)前水利工程的研究熱點，初步探索數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程運行中的全程監(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)字化表達思想[1]。”這些年來，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)，推動水利資源系統(tǒng)配置，開發(fā)水利信息共享平臺，促進我國網(wǎng)技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的有效融合，是我國提出的水利信息化發(fā)展的“十三五”規(guī)劃總目標之一，在水利工程運行管理中，采用數(shù)字孿生技術(shù)分析水利工程運行中存在的不足，針對實際的運行情況以及環(huán)境變化情況，對運行方案做出及時調(diào)整，有效協(xié)調(diào)水利活動，實現(xiàn)水利工程的智能運行。

　　一、水利工程運行管理現(xiàn)狀

　　水利工程運行管理的內(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、水庫管理、灌溉工程管理等不同類型的水利工程，水利工程的多樣化導(dǎo)致其運行功能各不相同，管理上也都有自己的特點，這就需要根據(jù)外界環(huán)境的變化來自行調(diào)節(jié)水利工程調(diào)度運用[2]。一方面，水利工程運行有很強的綜合性，一項工程可能兼顧很多方面的內(nèi)容，如防洪、航運、城市供水和改善環(huán)境等多方面的功能，另一方面，各個地區(qū)上下游之間對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制來進行綜合管理，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，也為水利工程運行開辟了新的道路，在技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)今社會，水利工程的全面提速有利于擴大水利信息的范圍，完善水利信息相關(guān)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，使水利工程進入了一個全新的階段，但是水利工程的發(fā)展需求與實際運轉(zhuǎn)還存在較大的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個方面；第一，相關(guān)部門之間的信息資源不對等；由于對水利信息的整合力度不夠，使各部門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，水利工程的運行管理不能實現(xiàn)資源的最優(yōu)化。

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

　　（一）單元級水利工程數(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)采用先進的感知、計算和控制技術(shù)，通過在信息空間對物理實體多方面的角度進行建模，從而實現(xiàn)物理空間與信息空間的實時交互，促進信息科學(xué)決策，精準執(zhí)行。單元級水利工程數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)ο鄳?yīng)的監(jiān)測對象進行狀態(tài)感知和計算分析，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)在水利工程運行中發(fā)揮著重要作用，它采用先進的技術(shù)，通過對數(shù)據(jù)的實時分析和監(jiān)控，在信息空間通過分析物理實體的狀態(tài)行為進行全面構(gòu)建，建立相應(yīng)的數(shù)字孿生體，動態(tài)跟蹤水利工程運行，比如電壓的配電設(shè)備工作狀態(tài)等；以閘門啟閉機水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)為例，數(shù)字孿生技術(shù)通過采集閘門啟閉機的信息，對各類信息進行分析處理，之后建立閘門啟閉機的物理模型，對閘門啟閉機進行實時監(jiān)控。在閘門變動的操作過程中，如果運動模型出現(xiàn)了大幅度的跳躍，能夠主動的切斷電源，并分析原因反饋給工作人員，說明實施監(jiān)控是有效的；如果監(jiān)測到閘門在當(dāng)前開啟高度發(fā)生振動時，適當(dāng)調(diào)整開啟高度，高度又隨著感知模塊反應(yīng)到虛擬模型，經(jīng)過反復(fù)迭代，能夠主動避免發(fā)生振動的位置；若該運行過程中出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，對故障的位置進行精準定位，分析故障原因，并制定相應(yīng)的解決措施，以此提高閘門啟閉機安全運行的能力。

　?。ǘ┫到y(tǒng)級水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)

　　系統(tǒng)級水利工程孿生系統(tǒng)是針對單個水利工程，充分考慮各單元及水利工程運行現(xiàn)狀，對其進行統(tǒng)一調(diào)度，增強各個單元及水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)運行，保證水利工程的安全，實現(xiàn)整體資源配置的最優(yōu)化。借助無線技術(shù)等實現(xiàn)了對多個單元及水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)數(shù)據(jù)的自由流動，有利于提高水利工程資源配置的廣度和精度；在閘門的操作運行過程中，通過對“閘門高度—水位—流量關(guān)系曲線”的分析，計算始流時可泄放的安全流量，計算閘門的開高和開孔數(shù)，如果電源數(shù)字孿生系統(tǒng)監(jiān)測到電網(wǎng)停網(wǎng)，則會自動啟用自備發(fā)電機組供電；通過使用數(shù)字孿生技術(shù)，可以對整個系統(tǒng)及水利工程的工作狀態(tài)進行嚴格監(jiān)測，實時分析和集中管理；對于數(shù)據(jù)分步計算與大數(shù)分布能力，結(jié)合各個組成部分進行協(xié)同優(yōu)化，實現(xiàn)全流域范圍內(nèi)信息的全面感知和精準執(zhí)行。

　　三、結(jié)束語

　　綜合上述分析可知，數(shù)字孿生技術(shù)為現(xiàn)實世界與虛擬世界空間的交互融合建立了橋梁，通過對數(shù)字網(wǎng)絡(luò)信息的實時交互，能夠增強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)在水利工程運行管理的實施特點主要分為三個方面：第一，水利工程數(shù)字孿生體系與對應(yīng)數(shù)字孿生體系方案設(shè)計；這個階段是建構(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，這一階段是對數(shù)據(jù)采集的對象建立水利數(shù)據(jù)的科學(xué)分類和通用標準。第三，水利工程數(shù)字孿生模型設(shè)計；這一階段是對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際運行相匹配，從而為功能實現(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)計階段的應(yīng)用，主要是通過建構(gòu)虛擬的模型進行可視化呈現(xiàn)，這就要求相關(guān)人員能夠?qū)崟r監(jiān)控施工過程，解決水利工程過程中存在的問題，對設(shè)計方案進行不斷優(yōu)化，提高工作效率。

　　參考文獻：

　　[1] 蔣亞東， 石焱文. 數(shù)字孿生技術(shù)在水利工程運行管理中的應(yīng)用[J]. 科技通報， 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)管平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 人民珠江， 2022， 43（2）：7.

　　作者簡介：時達，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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