數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則（試行）

I 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 34總則 55系統(tǒng)體系架構(gòu) 66數(shù)字孿生平臺(tái) 87信息化基礎(chǔ)設(shè)施 8典型應(yīng)用 10保障體系 12參考文獻(xiàn) 附表 1本導(dǎo)則規(guī)定了數(shù)字孿生水利工程體系架構(gòu)及數(shù)字孿生本導(dǎo)則適用于大型和重要中型水利樞紐工程(包括水的引用標(biāo)準(zhǔn)，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本導(dǎo)求》南》2GB/T25058《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)南》33.1數(shù)字孿生水利工程digitaltwinofwater4理空間數(shù)據(jù)精度和建設(shè)范圍，數(shù)據(jù)底板可以劃分為L54.1數(shù)字孿生水利工程建設(shè)范圍應(yīng)覆蓋工程管理和保4.2數(shù)字孿生水利工程建設(shè)應(yīng)遵循《水利部關(guān)于印發(fā)信息〔2021〕323號(hào))和《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱(試行)》《水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”基本技術(shù)要求(試行)》,并充展基于數(shù)字孿生水利工程的典型應(yīng)用和配套的網(wǎng)絡(luò)安全體6數(shù)字孿生水利工程包括數(shù)字孿生平臺(tái)和信息化基礎(chǔ)設(shè)程、典型應(yīng)用持續(xù)可靠發(fā)揮作用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。7數(shù)字李生水利工程數(shù)據(jù)引擎數(shù)字李生平臺(tái)知識(shí)引擎數(shù)字李生水利工程數(shù)據(jù)引擎數(shù)字李生平臺(tái)知識(shí)引擎網(wǎng)絡(luò)體系工程安全智能分析預(yù)警防洪興利智能調(diào)度生產(chǎn)運(yùn)營巡查管護(hù) 模擬仿真引擎模型模型庫模型模型方案知識(shí)庫工程安全知識(shí)業(yè)務(wù)規(guī)則等知識(shí)數(shù)據(jù)底板信息化基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)感知通信網(wǎng)絡(luò)工程自動(dòng)化控制信息基礎(chǔ)環(huán)境河道工程樞紐工程引水工程河道工程樞紐工程引水工程圖1數(shù)字孿生水利工程系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖85.2系統(tǒng)組成5.2.1實(shí)體工程9分利用工程設(shè)計(jì)施工圖紙、建筑信息模型(BIM,BuildingInformationModeling)等資料，建設(shè)工程L2級(jí)和L3級(jí)數(shù)空間參考采用2000國家大地坐標(biāo)系(CGCS2000),高程基準(zhǔn)采用1985國家高程基準(zhǔn)，時(shí)間系統(tǒng)采用公歷紀(jì)元和工程管理和保護(hù)范圍宜采用格網(wǎng)大小優(yōu)于5m數(shù)字工程水工建(構(gòu))筑物應(yīng)采用格網(wǎng)大小優(yōu)于2m數(shù)字高程，宜每年更新1次。應(yīng)采用衛(wèi)星遙感影像等技術(shù)生產(chǎn)工程管理和保護(hù)范圍分辨率優(yōu)于1m正射影像圖，應(yīng)每年更新1-2次。應(yīng)采用無人機(jī)攝影等方式生產(chǎn)水工建(構(gòu))筑物等分辨率優(yōu)于10cm正射影像圖，更新頻次根據(jù)工程運(yùn)行管理需要傾斜攝影模型和保護(hù)范圍分辨率優(yōu)于8cm數(shù)據(jù)，宜每年更新1次。應(yīng)生產(chǎn)水工建(構(gòu))筑物等優(yōu)于分辨率3cm數(shù)據(jù)，應(yīng)每年更新1次。水下地形年更新1—2次；淤積嚴(yán)重、沖淤變化明顯或其他重點(diǎn)水下區(qū)域的水下地形，采樣間隔應(yīng)優(yōu)于0.5m,應(yīng)每年更新1-2宜充分利用已有BIM資源，或利用工程設(shè)計(jì)施工圖資料結(jié)合三維激光掃描等技術(shù)構(gòu)建工程水工建(構(gòu))筑物、機(jī)電設(shè)備BIM模型。宜按照T/CWHIDA0007—2020編碼體系構(gòu)建工程BIM模型，并進(jìn)行編碼。模型精度宜按對(duì)象劃分為的功能級(jí)模型單元，模型精細(xì)度等級(jí)應(yīng)達(dá)到T/CWHIDA0006—2019中要求的LOD2.0級(jí)別；對(duì)于閘門、發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)及姿態(tài)等信息的構(gòu)件級(jí)模型單元，模型精細(xì)度等級(jí)宜達(dá)到BIM模型應(yīng)在工程主體部分改建或除險(xiǎn)加固等工程重要湖泊等江河湖泊類對(duì)象，各類建(構(gòu))筑物、機(jī)電設(shè)備等水視點(diǎn)等監(jiān)測(cè)站(點(diǎn))類對(duì)象，工程運(yùn)行管理機(jī)構(gòu)、人員、資等。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建設(shè)與更新要求具體見7.1節(jié)。6.1.5業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)應(yīng)獲取業(yè)務(wù)管理中產(chǎn)生的有關(guān)數(shù)據(jù)，主要包括預(yù)報(bào)調(diào)6.2模型庫在共享水利部、流域管理機(jī)構(gòu)等部門通用模型或計(jì)算成6.3知識(shí)庫應(yīng)構(gòu)建包括工程調(diào)度運(yùn)用規(guī)程、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行操作規(guī)6.4孿生引擎接口宜以網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口(WebAPI)或軟件開發(fā)工具包用融合多種功能、支持多類傳感器的一體化遠(yuǎn)程終端單元(RTU,RemoteTerminalUnit),應(yīng)支持遠(yuǎn)程運(yùn)維。宜采重要工程的監(jiān)測(cè)設(shè)施或涉及工程調(diào)度運(yùn)行的重要監(jiān)測(cè)設(shè)施庫區(qū)未控集雨面積可按每50平方千米配置不少于2處雨量站，在壩區(qū)至少配置1處雨量站?？筛鶕?jù)實(shí)際需求采用水位重點(diǎn)雨量監(jiān)測(cè)站宜汛期每小時(shí)、降水時(shí)段內(nèi)每5分鐘自動(dòng)采集一組降雨量數(shù)據(jù)，包括時(shí)段降雨量和當(dāng)日累計(jì)降雨水位監(jiān)測(cè)應(yīng)符合GB/T50138要求，應(yīng)在壩前、壩后流態(tài)平穩(wěn)區(qū)域各設(shè)至少1處水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，可根據(jù)實(shí)際需求斷面，應(yīng)自建水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站或共享流域管理機(jī)構(gòu)、地方水行政主管部門水文站。有條件的工程可根據(jù)需要在庫區(qū)設(shè)置水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)頻次應(yīng)不低于6分鐘一次。流量監(jiān)測(cè)應(yīng)對(duì)工程入、出庫流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。宜共享流域管理機(jī)構(gòu)、地方水行政主管部門相關(guān)水文站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；可根據(jù)需要自行監(jiān)測(cè)，建設(shè)必要的土建設(shè)施，在相應(yīng)斷面布置流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備；可綜合利用水文學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算補(bǔ)充。監(jiān)測(cè)方案選擇以滿足測(cè)報(bào)精度需要為準(zhǔn)，應(yīng)符合GB50179要求。流量自動(dòng)量測(cè)頻次根據(jù)設(shè)備及量測(cè)環(huán)境合理確定，水位—流量關(guān)系曲線換算頻次與水位監(jiān)測(cè)一致。泥沙監(jiān)測(cè)泥沙監(jiān)測(cè)應(yīng)符合GB/T50159要求，應(yīng)采用自建等方式在回水末端至壩前進(jìn)行水庫淤積監(jiān)測(cè)。宜采用斷面法測(cè)量，根據(jù)測(cè)驗(yàn)成果計(jì)算水庫庫容及沖淤量。應(yīng)按SL339要求，按期復(fù)核斷面法測(cè)驗(yàn)成果，優(yōu)化調(diào)整斷面設(shè)置。針對(duì)壩前漏斗區(qū)、淤積三角洲頂坡段、支流攔門沙坎等沖淤變化明顯區(qū)域或其他重點(diǎn)部位，宜開展水下地形掃描監(jiān)測(cè)，精確測(cè)驗(yàn)沖淤形態(tài)變化。針對(duì)多沙河流工程，在排沙期間應(yīng)開展出庫含沙量監(jiān)測(cè)，并結(jié)合實(shí)際開展發(fā)電含沙量、泄流孔洞含沙量監(jiān)測(cè)，推薦在適當(dāng)位置設(shè)置含沙量自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置。水庫淤積監(jiān)測(cè)，多沙河流水庫宜每年不少于1次，少沙測(cè)不少于每天1次，其他含沙量監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)需要確定。工程安全監(jiān)測(cè)應(yīng)覆蓋工程建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)具備條件的單位，宜構(gòu)建基于星載平臺(tái)(北斗、衛(wèi)星InSAR等)、航空平臺(tái)(無人機(jī)攝影測(cè)量等)、地面平臺(tái)(高精度三維激光掃描儀等)的天空地一體化多源立體監(jiān)測(cè)系巡查、視頻監(jiān)控等方式對(duì)主要水工建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)依據(jù)SL219在入庫、出庫等重要斷面布設(shè)監(jiān)測(cè)斷面。土壤7.2通信網(wǎng)絡(luò)不同網(wǎng)絡(luò)。工控網(wǎng)宜分為實(shí)時(shí)控制區(qū)和過程監(jiān)控區(qū)(非實(shí)時(shí)控制區(qū)),業(yè)務(wù)網(wǎng)宜分為信息管理區(qū)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)區(qū)。共享的需求，原則上宜不低于50Mbps。7.4信息基礎(chǔ)環(huán)境計(jì)算存儲(chǔ)資源宜在當(dāng)前需求基礎(chǔ)上預(yù)留冗余和發(fā)展空在數(shù)字孿生水利工程數(shù)據(jù)底板基礎(chǔ)上，充分共享模型決策支持等業(yè)務(wù)應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際需求持續(xù)擴(kuò)展和升級(jí)完(1)工程安全智能分析預(yù)警專題場(chǎng)景應(yīng)基于數(shù)字孿生平臺(tái)構(gòu)建，集成展示水工建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)(2)調(diào)用工程安全監(jiān)測(cè)分析相關(guān)模型，對(duì)工程安全監(jiān)應(yīng)變等重要監(jiān)測(cè)物理量所表征的工程安全性態(tài)及其演化趨(3)調(diào)用工程安全預(yù)警相關(guān)模型，結(jié)合工程安全實(shí)時(shí)(4)綜合工程安全監(jiān)測(cè)分析預(yù)測(cè)信息、工程設(shè)計(jì)相關(guān)(5)根據(jù)工程安全風(fēng)險(xiǎn)研判結(jié)果，依據(jù)工程安全應(yīng)急(1)防洪興利專題場(chǎng)景應(yīng)基于數(shù)字孿生平臺(tái)構(gòu)建，融(2)應(yīng)加強(qiáng)工程雨水情信息、水生態(tài)水環(huán)境信息、生(3)應(yīng)配合有關(guān)部門完善江河洪水、山洪災(zāi)害、水體(4)應(yīng)統(tǒng)籌防洪、防凌、灌溉、供水、生態(tài)用水、發(fā)(5)應(yīng)根據(jù)多方案推演結(jié)果和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息優(yōu)化、修應(yīng)依據(jù)SL803等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)安全組織數(shù)字孿生水利工程應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)受到破壞時(shí)受侵害的客工程的數(shù)字孿生水利工程系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)等級(jí)原則列為水利關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生水利工程應(yīng)在應(yīng)按照網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)相應(yīng)等級(jí)要求開展安全物理維護(hù)等，審計(jì)日志數(shù)據(jù)留存應(yīng)不少于6個(gè)月。工控系統(tǒng)服務(wù)器和客戶端均應(yīng)使用安全加固的操作系9.4安全運(yùn)營10.2運(yùn)維保障圍繞數(shù)字孿生水利工程數(shù)字孿生平臺(tái)、信息化基礎(chǔ)設(shè)10.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)按照《數(shù)字孿生流域建設(shè)共建共享管理辦法(試行)》程管理單位與所在流域管理機(jī)構(gòu)或省級(jí)水行政主管部門協(xié)《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》《中華人民共和國密碼法》《關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)條例》《關(guān)于大力推進(jìn)智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》(水信息〔2021〕323號(hào))《智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計(jì)》(水信息〔2021〕323號(hào))《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》(水信息〔2021〕323《數(shù)字孿生流域共建共享管理辦法(試行)》《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱(試行)》《水利業(yè)務(wù)“四預(yù)”基本技術(shù)要求(試行)》指標(biāo)1平臺(tái)地理空間精度工程管理和保護(hù)范圍DEM2工程水工建(構(gòu))筑物DEM3工程管理和保護(hù)范圍DOM4工程水工建(構(gòu))筑物DOM5工程管理和保護(hù)范圍傾斜攝影模型6工程水工建(構(gòu))筑物傾斜攝影模型優(yōu)于3cm分辨率7水下地形8淤積嚴(yán)重、沖淤變化明顯或其他重點(diǎn)水下區(qū)域水下地形9工程土建、綜合管網(wǎng)、機(jī)電設(shè)備等BIM模型閘門、發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)等關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備BIM模型地理空間工程管理和保護(hù)范圍DEM3—5年更新1次，在地形出現(xiàn)較大變化時(shí)及時(shí)更新次工程水工建(構(gòu))筑物DEM每年更新1次工程管理和保護(hù)范圍DOM工程水工建(構(gòu))筑物DOM根據(jù)工程運(yùn)行管理需要確定工程管理和保護(hù)范圍傾斜攝影模型每年更新1次工程水工建(構(gòu))筑物傾斜攝影模型指標(biāo)基礎(chǔ)版要求提高版要求工程管理和保護(hù)范圍大斷面和回水區(qū)重要斷面水下地形每年更新1—2次水庫淤積嚴(yán)重、沖淤變化明顯或其他重點(diǎn)水下區(qū)域水下地形每年更新1-2次工程土建、綜合管網(wǎng)、機(jī)電設(shè)備等BIM重要部位發(fā)生較大變化后及時(shí)更新閘門、發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)等關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備BIM模型機(jī)電設(shè)備發(fā)生較大變化后及時(shí)更新模型庫水利專業(yè)模型構(gòu)建變形分析、滲流滲壓分析、應(yīng)力應(yīng)變分析等工程安全模型，不同尺度來水預(yù)報(bào)、水庫蓄水淹沒分析、庫區(qū)及影響區(qū)洪水演進(jìn)分析、水流泥沙運(yùn)動(dòng)、工程綜合調(diào)度等防洪興利模型構(gòu)建水文水資源預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常識(shí)別、工程安全預(yù)測(cè)預(yù)警、工程安全狀態(tài)評(píng)估、下泄流量泄洪通道監(jiān)測(cè)分析、機(jī)電設(shè)備故障診斷分析等智能分析模型，并定期調(diào)整優(yōu)化各類模型智能識(shí)別模型構(gòu)建遙感識(shí)別、視頻識(shí)別、音頻識(shí)別等智能識(shí)別模型定期調(diào)整優(yōu)化可視化模型構(gòu)建工程自然背景演變、工程上下游流場(chǎng)動(dòng)態(tài)、水利機(jī)電設(shè)備操控運(yùn)行等模型渲染效果、效率明顯提升，并定期調(diào)整優(yōu)化知識(shí)庫預(yù)報(bào)調(diào)度方案庫構(gòu)建工程防汛預(yù)案、入庫預(yù)報(bào)方案、工程調(diào)度預(yù)案、防汛抗早應(yīng)急預(yù)案、超標(biāo)準(zhǔn)洪水防御預(yù)案等預(yù)報(bào)調(diào)度方案庫動(dòng)態(tài)更新工程安全知識(shí)庫構(gòu)建工程風(fēng)險(xiǎn)隱患、隱患事故案例、事件處置案例、工程安全會(huì)商、工程安全鑒定、專項(xiàng)安全檢查、專家經(jīng)驗(yàn)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)文件等工程安全知識(shí)庫基礎(chǔ)版要求業(yè)務(wù)規(guī)則庫構(gòu)建工程調(diào)度運(yùn)用規(guī)程、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行操作規(guī)程、工程安全監(jiān)測(cè)資料整編規(guī)程、工程安全現(xiàn)場(chǎng)檢查規(guī)程、工程安全應(yīng)急預(yù)案等業(yè)務(wù)規(guī)則庫提供多維多時(shí)空尺度數(shù)據(jù)匯聚、清洗、轉(zhuǎn)換、共享等服務(wù)能力治理、數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)知識(shí)引擎應(yīng)用等服務(wù)能力提供模型版本管理、參數(shù)配置、加載調(diào)用等服務(wù)能力，數(shù)據(jù)底板數(shù)據(jù)加載、仿真建模、空間分析、三維渲染、特效處理等服務(wù)能力信息施監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)依托現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段，對(duì)老舊設(shè)施進(jìn)行更新完善全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)滲流監(jiān)測(cè)依托現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段，對(duì)老舊設(shè)施進(jìn)行更新完善全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)依托現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段，對(duì)老舊設(shè)施進(jìn)行更新完善全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)環(huán)境量監(jiān)測(cè)全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)重點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)險(xiǎn)情監(jiān)測(cè)重點(diǎn)部位監(jiān)測(cè)全面實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)根據(jù)需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)人工巡查、視頻監(jiān)控雨水情監(jiān)測(cè)雨量監(jiān)測(cè)站布設(shè)庫區(qū)未控集雨面積按每50平方千米補(bǔ)充不少于2處雨量站，在壩區(qū)至少設(shè)1處雨量站雨量自動(dòng)采集頻次重點(diǎn)雨量監(jiān)測(cè)站汛期每小時(shí)、降水時(shí)段內(nèi)每5分鐘自動(dòng)采集1次在工程入庫、出庫控制斷面，自建水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站或共享流域管理機(jī)構(gòu)、地方水行政主管部門水文站；在壩前、壩后流態(tài)平穩(wěn)區(qū)域各設(shè)至基礎(chǔ)版要求少1處水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)站不低于6分鐘一次對(duì)工程入、出庫流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)根據(jù)設(shè)備及量測(cè)環(huán)