什么是工程的数字孪生？
简而言之就是工程的数字“克隆体”
也是智慧水利建设的核心
近日，黄河勘测规划设计研究院有限公司，
中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司
黄河水利委员会黄河水利科学研究院联合体
以8320万元中标数字孪生小浪底水利枢纽项目
这是水利部数字孪生头号试点工程
也是国内投资额最大的水利工程数字孪生
数字孪生也被称为数字映射、数字镜像，是智慧科学领域最热门、最前沿的概念，其显著特征是对实体对象的动态仿真。
水利工程数字孪生，是以实体水利工程为单元、时空数据为基础、数学模型为核心、水利知识为驱动，在数字空间对水利工程全要素、全过程的数字化映射、智能化模拟，虚拟再现真实水利工程，支持与物理水利工程同步仿真运行、虚实交互、迭代优化的信息系统，包括信息基础设施和数字孪生平台。
▲数字孪生案例
小浪底水利枢纽工程是黄河干流上的一座集减淤、防洪、供水灌溉、发电等为一体的大型综合性水利工程，是治理黄河的关键性工程。通过数字孪生技术，可实现对工程管理精细化、趋势预测精准化、决策科学化，将有力保障小浪底水利枢纽安全稳定运行，保障其综合效益的发挥，提升小浪底管理中心综合管理能力，完善黄河抵御自然灾害的强大防线，对服务黄河流域生态保护和高质量发展国家战略具有重大意义。
水利部《"十四五"期间推进智慧水利建设实施方案》提出要以构建数字孪生流域为核心，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。通过构建数字孪生水利工程，可以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、三维展示与会商决策等业务数字化转型和智能化升级。
根据招标文件，本项目具体建设内容：
(1) 完成小浪底、西霞院工程(含西沟水库等附属工程，下同)及库区流域范围的空间数 据集构建，形成多维多尺度数据底板，通过与现有信息系统融合工程全要素感知数据、业务 管理数据和其他相关数据，搭建小浪底水利枢纽数字孪生场景。其中库区流域达到L1级， 库区管理范围、滑坡体、取水建筑物等达到L2级，工程建筑物及地质构造达到L3级，大坝、 泄洪孔洞、闸门、机组等重要设施设备达到L3 级。
(2) 完成数字孪生模拟仿真引擎建设，实现数字孪生小浪底空间数据管理、空间分析、三维模拟仿真展示等。
(3) 完成小浪底、西霞院水库的来水预报模型、水库泥沙水动力学模型、蓄水淹没模型、 库区洪水演进模型、溃坝分析模型、工程安全分析预警模型及其他与预报、预警、预演、预 案(以下简称四预)相关的计算模型研发。完成基于视频AI识别、大数据分析等人工智能 算法模型构建，对大型漂浮物、闸门运行状态、流道破损、核心区域人员进出、库区违章行 为等进行智能识别预警。
(4) 完成水利知识平台建设，构建水利知识引撃，实现预案库、经验库、文档库，实现各 类预案、文档及历史经验数据的有效管理及应用。实现基于空间地理信息，系统管理、调用 工程各类重要图纸、文档、影音数据。
(5) 完成小浪底、西霞院工程及库区投入运行以来(小浪底工程为1999年以来、西霞院工 程为2007年以来)各类感知数据、业务管理数据和其他相关数据治理、数据汇集工作。全 面梳理各类数据，构建数据标准，结合应用需求，形成标准统一、结构合理、分类科学的髙 质量专题数据库。
(6) 基于数字孪生小浪底平台，完成防汛调度、泥沙治理、大坝安全、闸孔安全、库区安 全、生产安全、发电运行、设备资产管理、安保反恐、发电检修仿真培训、旅游管理、决策 驾驶舱、应急指挥、宣传展示、会商预演决策等相关业务应用及移动应用开发。
(7) 完成数字孪生小浪底平台建设，融合数字孪生场景、监测感知数据、模型库和知识平 台，通过模拟仿真引擎实现虚拟工程与实体工程同步仿真运行。完成与上级单位系统、委托 人现有各专业业务系统的集成，实现与水利部、流域机构数据共享和交互，实现与委托人现 有系统数据共享和交互。
(8) 完成软件平台和硬件设备的釆购、安装和调试。
(9) 基于建设成果和上级要求，完成5项水利行业技术标准编写，其中3项为数字孪生水利工程编码导则、数字孪生水利工程数据底板建设指南、数字孪生水利工程数据集成标准，剩余2项由委托人根据项目实施需要另行明确。
数字孪生水利发展重要事件
一、2021-11-29日【关于大力推进智慧水利建设的指导意见】
意见提出：以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，以构建数字孪生流域为核心，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（以下简称“四预”）功能的智慧水利体系，为新阶段水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动。
到2025年，通过建设数字孪生流域、“2 N”水利智能业务应用体系、水利网络安全体系、智慧水利保障体系，推进水利工程智能化改造，建成七大江河数字孪生流域，在重点防洪地区实现“四预”，在跨流域重大引调水工程、跨省重点河湖基本实现水资源管理与调配“四预”，N项业务应用水平明显提升，建成智慧水利体系1.0版。
构建数字孪生平台。升级扩展全国水利一张图，建设基础数据统一、监测数据汇集、二三维一体化、三级贯通的数据底板，建设包含水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水环境、水土保持、水利工程安全7大类专业模型的标准统一、接口规范、分布部署、快速组装、敏捷复用的模型平台以及结构化、自优化、自学习的知识平台。按照统一的要求和标准建设重大水利工程的数字孪生工程。
二、2021-12-23日，水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议
部长李国英出席会议并讲话，强调大力推进数字孪生流域建设，积极推动新阶段水利高质量发展。李国英指出，数字孪生流域是以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字化映射、智能化模拟，实现与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化。
加快推进数字孪生流域建设，实现预报、预警、预演、预案功能。一是获取数据。要锚定构建数字化场景的目标，建立天空地一体化水利感知网，构建全国统一、及时更新的数据底板，保持与物理流域交互的精准性、同步性、及时性。二是优化算法。要锚定智慧化模拟的目标，推进水利专业模型技术攻关，构建水利业务知识库，建设水利业务智能模型，确保数字孪生流域模拟过程和流域物理过程实现高保真。三是提升算力。要根据数据处理、模型计算的需要，扩展计算资源，升级通信网络，完善会商环境，提升高效快速、安全可靠的算力水平。四是建设数字孪生水利工程。要锚定安全运行、精准调度等目标，开展工程精细建模、业务智能升级，保持数字孪生水利工程与实体水利工程的融合性、交互性、同频性。五是支撑业务应用。要锚定精准化决策的目标，树立大系统设计、分系统建设、模块化链接的系统观念，强化应用思维，优化业务流程、创新业务模式，构建流域防洪、水资源管理调配等覆盖水利主要业务领域的智能化应用和管理体系。六是守住安全底线。完善水利网络安全体系，增强关键信息基础设施和重要数据防护能力，确保数字孪生流域运行安全。
三、2022年2月水利部副部长刘伟平调研小浪底管理中心安全生产、数字孪生工程建设等工作
刘部长提出：加快数字孪生小浪底建设，推进高质量发展。把数字孪生小浪底建设作为重点任务，统筹谋划、分步实施，同步抓好网络安全，形成标准体系，争取做到行业内示范引领。
2023-12-07
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4006-258-995
