數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導則（試行）

數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導則(試行)2022年3月頂層設(shè)計》《“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》《“十四五”12月23日，水利部召開推進數(shù)字孿生流域建設(shè)工作會議，流域、數(shù)字孿生水利工程、水利業(yè)務(wù)“四預”(預報預警預演預案)等重點，經(jīng)過需求分析、技術(shù)調(diào)研、專家咨詢、征關(guān)單位編制了《數(shù)字孿生流域建設(shè)技術(shù)大綱(試行)》《數(shù)字孿生水利工程建設(shè)技術(shù)導則(試行)》《水利業(yè)務(wù)“四預”基本技術(shù)要求(試行)》等技術(shù)文件。是數(shù)字孿生流域建設(shè)的切入點和突破點。本導則重點針對本導則主要以大型和重要中型樞紐工程數(shù)字孿生水利(試行)》進行數(shù)字孿生建設(shè)。數(shù)字孿生水利工程建設(shè)是一個不斷迭代升級的過程，本導則以2025年為基準，規(guī)定了I1范圍 2規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 4總則 55系統(tǒng)體系架構(gòu) 66數(shù)字孿生平臺 8 8典型應(yīng)用 9網(wǎng)絡(luò)安全體系 10保障體系 11共建共享 12參考文獻 1本導則規(guī)定了數(shù)字孿生水利工程體系架構(gòu)及數(shù)字孿生本導則適用于大型和重要中型水利樞紐工程(包括水2規(guī)范性引用文件的引用標準，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本導GB/T22239《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護基本要求》GB/T22240《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護定級指南》2GB/T25058《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護實施指南》GB/T25070《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護安全設(shè)GB/T39786《信息安全技術(shù)信息系統(tǒng)密碼應(yīng)用基本要求》GB/T50159《河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》GB/T51416《混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)標準》SL34《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)導則》33術(shù)語和定義3.1數(shù)字孿生水利工程digita1twinofwater43.2數(shù)字孿生平臺platformofdigitaltwin3.4水利專業(yè)模型waterconservancymode154.1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)頂層設(shè)計〉〈“十四五”智慧水利建設(shè)規(guī)劃》的通知》(水信息〔2021〕323號)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”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4.3數(shù)字孿生水利工程應(yīng)以工程安全為核心目標，應(yīng)保4.4數(shù)字孿生水利工程建設(shè)應(yīng)遵循“統(tǒng)籌集約、先進實65系統(tǒng)體系架構(gòu)數(shù)字孿生水利工程包括數(shù)字孿生平臺和信息化基礎(chǔ)設(shè)7數(shù)字孿生水利工程數(shù)據(jù)引擎數(shù)字李生平臺知識引擎數(shù)字孿生水利工程數(shù)據(jù)引擎數(shù)字李生平臺知識引擎綜合決策支持防洪興利智能調(diào)度生產(chǎn)運營綜合決策支持防洪興利智能調(diào)度生產(chǎn)運營管理典型應(yīng)用巡查管護能分析預警模擬仿真引擎模型庫知識庫模型庫網(wǎng)絡(luò)安全體系數(shù)據(jù)底板體系數(shù)據(jù)底板信息化基礎(chǔ)信息化基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)工程自動化控制信息基礎(chǔ)環(huán)境河道工程樞紐工程引水工程實體河道工程樞紐工程引水工程工程85.2系統(tǒng)組成5.2.2信息化基礎(chǔ)設(shè)施5.2.3數(shù)字孿生平臺5.2.4典型應(yīng)用5.2.6保障體系6數(shù)字孿生平臺6.1.1一般要求9分利用工程設(shè)計施工圖紙、建筑信息模型(BIM,BuildingInformationModeling)等資料，建設(shè)工程L2級和L3級數(shù)6.1.2地理空間數(shù)據(jù)6.1.2.1基本要求射影像圖(DOM,Digita1OrthophotoMap)、傾斜攝影模空間參考采用2000國家大地坐標系(CGCS2000),高程基準采用1985國家高程基準，時間系統(tǒng)采用公歷紀元和工程水工建(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。6.1.2.3正射影像圖(DOM)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)工程運行管理需要6.1.2.4傾斜攝影模型和保護范圍分辨率優(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。6.1.2.5水下地形斷面和回水區(qū)重要斷面水下地形，采樣間隔宜優(yōu)于1m,宜每年更新1—2次；淤積嚴重、沖淤變化明顯或其他重點水下區(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—26.1.2.6BIM模型宜充分利用已有BIM資源，或利用工程設(shè)計施工圖紙等資料結(jié)合三維激光掃描等技術(shù)構(gòu)建工程水工建(構(gòu))筑物、構(gòu)建工程BIM模型，并進行編碼。模型精度宜按對象劃分為及姿態(tài)等信息的構(gòu)件級模型單元，模型精細度等級宜達到6.1.3基礎(chǔ)數(shù)據(jù)湖泊等江河湖泊類對象，各類建(構(gòu))筑物、機電設(shè)備等水視點等監(jiān)測站(點)類對象，工程運行管理機構(gòu)、人員、資6.1.4監(jiān)測數(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)，主要包括預報調(diào)6.1.6外部共享數(shù)據(jù)6.2模型庫6.2.1一般要求6.2.2水利專業(yè)模型6.2.3智能識別模型6.2.4可視化模型6.3知識庫6.3.2預報調(diào)度方案庫6.3.3工程安全知識庫6.3.4業(yè)務(wù)規(guī)則庫應(yīng)構(gòu)建包括工程調(diào)度運用規(guī)程、機電設(shè)備運行操作規(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6.4.2數(shù)據(jù)引擎6.4.3知識引擎6.4.4模擬仿真引擎7信息化基礎(chǔ)設(shè)施7.1.1總體要求監(jiān)測設(shè)施應(yīng)采用共享、自建(新建或改造)等方式建設(shè)，功耗等功能的產(chǎn)品；新建或改造監(jiān)測設(shè)施應(yīng)支持I用融合多種功能、支持多類傳感器的一體化遠程終端單元 (RTU,RemoteTermina1Unit),應(yīng)支持遠程運維。宜采重要工程的監(jiān)測設(shè)施或涉及工程調(diào)度運行的重要監(jiān)測設(shè)施7.1.1.3通信方式WiFi6等無線通信方式應(yīng)用。絡(luò)，與云平臺等計算資源互聯(lián)互通，有機結(jié)合。邊7.1.2水文監(jiān)測庫區(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。可根據(jù)實際需求采用水位重點雨量監(jiān)測站宜汛期每小時、降水時段內(nèi)每5分鐘自動采集一組降雨量數(shù)據(jù)，包括時段降雨量和當日累計降雨7.1.2.2水位監(jiān)測水位監(jiān)測應(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處水位自動監(jiān)測站，可根據(jù)實際需求水位自動監(jiān)測頻次應(yīng)不低于6分鐘一次。7.1.2.3流量監(jiān)測7.1.2.4泥沙監(jiān)測泥沙監(jiān)測應(yīng)符合GB/T50159要求，應(yīng)采用自建等方式根據(jù)測驗成果計算水庫庫容及沖淤量。應(yīng)按SL339要求，針對多沙河流工程，在排沙期間應(yīng)開展出庫含沙量監(jiān)水庫淤積監(jiān)測，多沙河流水庫宜每年不少于1次，少沙測不少于每天1次，其他含沙量監(jiān)測頻率根據(jù)需要確定。7.1.3工程安全監(jiān)測工程安全監(jiān)測應(yīng)覆蓋工程建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)、機具備條件的單位，宜構(gòu)建基于星載平臺(北斗、衛(wèi)星InSAR等)、航空平臺(無人機攝影測量等)、地面平臺(高精度三維激光掃描儀等)的天空地一體化多源立體監(jiān)測系7.1.3.2變形監(jiān)測7.1.3.3滲流監(jiān)測7.1.3.4應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測7.1.3.5環(huán)境量監(jiān)測7.1.3.6工程運行監(jiān)測7.1.3.7險情監(jiān)測7.1.3.9巡視檢查巡查、視頻監(jiān)控等方式對主要水工建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)7.1.4其他監(jiān)測7.1.4.2設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測7.1.4.3其他監(jiān)測依據(jù)SL219在入庫、出庫等重要斷面布設(shè)監(jiān)測斷面。土壤7.2通信網(wǎng)絡(luò)不同網(wǎng)絡(luò)。工控網(wǎng)宜分為實時控制區(qū)和過程監(jiān)控區(qū)(非實時控制區(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)。7.2.2功能分區(qū)7.2.3水利業(yè)務(wù)網(wǎng)連接共享的需求，原則上宜不低于50Mbps。7.2.4工控網(wǎng)連接7.3工程自動化控制7.4信息基礎(chǔ)環(huán)境7.4.1機房環(huán)境7.4.2計算存儲求，配備必要的AI算力。計算存儲資源宜在當前需求基礎(chǔ)上預留冗余和發(fā)展空7.4.3會商調(diào)度中心8典型應(yīng)用在數(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)合實際需求持續(xù)擴展和升級完8.2工程安全智能分析預警(1)工程安全智能分析預警專題場景應(yīng)基于數(shù)字孿生平臺構(gòu)建，集成展示水工建(構(gòu))筑物、金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)(2)調(diào)用工程安全監(jiān)測分析相關(guān)模型，對工程安全監(jiān)應(yīng)變等重要監(jiān)測物理量所表征的工程安全性態(tài)及其演化趨(3)調(diào)用工程安全預警相關(guān)模型，結(jié)合工程安全實時(4)綜合工程安全監(jiān)測分析預測信息、工程設(shè)計相關(guān)(5)根據(jù)工程安全風險研判結(jié)果，依據(jù)工程安全應(yīng)急8.3防洪興利智能調(diào)度(1)防洪興利專題場景應(yīng)基于數(shù)字孿生平臺構(gòu)建，融(2)應(yīng)加強工程雨水情信息、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、山洪災害、水體(4)應(yīng)統(tǒng)籌防洪、防凌、灌溉、供水、生態(tài)用水、發(fā)8.4生產(chǎn)運營管理8.5巡查管護8.6綜合決策支持9網(wǎng)絡(luò)安全體系應(yīng)依據(jù)SL803等標準規(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)受到破壞時受侵害的客體和對客體的侵害程度確定系統(tǒng)等級。大型和重要中型水利工程的數(shù)字孿生水利工程系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全等級保護等級原則列為水利關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字孿生水利工程應(yīng)在9.2組織管理9.3安全技術(shù)9.3.1縱深防御應(yīng)按照網(wǎng)絡(luò)安全等級保護相應(yīng)等級要求開展安全物理維護等，審計日志數(shù)據(jù)留存應(yīng)不少于6個月。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9.3.2監(jiān)測預警9.3.3應(yīng)急響應(yīng)案管理和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備或系統(tǒng)管理功能的網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)急決9.4安全運營9.4.1運營架構(gòu)9.4.2權(quán)限管控9.4.3體系流程9.4.4威脅防護9.4.5安全監(jiān)測9.4.6響應(yīng)處置9.4.7威脅預防9.5監(jiān)督檢查9.6數(shù)據(jù)安全10保障體系圍繞數(shù)字孿生水利工程數(shù)字孿生平臺、信息化基礎(chǔ)設(shè)程管理單位與所在流域管理機構(gòu)或省級水行政主管部門協(xié)12參考文獻《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)施保護條例》《關(guān)于大力推進智慧水利建設(shè)的指導意見》(水信息〔2021〕323號)《智慧水利建設(shè)頂層設(shè)計》(水信息〔2021〕323號)《“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”基本技術(shù)要求(試行)》1平臺地理空間精度2345工程管理和保護范圍傾斜攝影模型6工程水工建(構(gòu))筑物傾斜攝影模型7水下地形8淤積嚴重、沖淤變化明顯或其他重點水下區(qū)域水下地形9模型閘門、發(fā)電機、水輪機等關(guān)鍵機電設(shè)備BIM模型地理空間時更新次每年更新1次根據(jù)工程運行管理需要確定工程管理和保護范圍傾斜攝影模型每年更新1次工程水工建(構(gòu))筑物傾斜攝影模型每年更新1次工程管理和保護范圍大斷面和回水區(qū)重要斷面水下地形模型閘門、發(fā)電機、水輪機等關(guān)鍵機電設(shè)模型庫水利專業(yè)模型等工程安全模型，不同尺度來水預報、水庫蓄水淹沒分析、庫區(qū)及影響區(qū)洪水演進分析、水流泥沙運動、工程綜合調(diào)度等防洪興利模型泄洪通道監(jiān)測分析、機電設(shè)備故障診斷分析等智能分析模型，并定期調(diào)整優(yōu)化各類模型智能識別模型構(gòu)建遙感識別、視頻識別、音頻識別等智能識別模型定期調(diào)整優(yōu)化可視化模型構(gòu)建工程自然背景演變、工程上下游流場動態(tài)、水利機電設(shè)備操控運行等模型渲染效果、效率明顯提升，并定期知識庫預報調(diào)度方案庫構(gòu)建工程防汛預案、入庫預報方案、工程調(diào)度案等預報調(diào)度方案庫工程安全知識庫案例、工程安全會商、工程安全鑒定、專項安等工程安全知識庫業(yè)務(wù)規(guī)則庫場檢查規(guī)程、工程安全應(yīng)急預案等業(yè)務(wù)規(guī)則庫提供多維多時空尺度數(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)知識引擎應(yīng)用等服務(wù)能力務(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)能力擬，工程安全前瞻預演信息施工程安全監(jiān)測變形監(jiān)測依托現(xiàn)有監(jiān)測手段，對老舊設(shè)施進行更新完善全面實時在線監(jiān)測滲流監(jiān)測依托現(xiàn)有監(jiān)測手段，對老舊設(shè)施進行更新完善全面實時在線監(jiān)測應(yīng)力應(yīng)變及溫度監(jiān)測依托現(xiàn)有監(jiān)測手段，對老舊設(shè)施進行更新完善全面實時在線監(jiān)測環(huán)境量監(jiān)測全面實時在線監(jiān)測工程運行監(jiān)測重點設(shè)備運行監(jiān)測全面實時在線監(jiān)測險情監(jiān)測重點部位監(jiān)測全面實時在線監(jiān)測專項監(jiān)測根據(jù)需要進行監(jiān)測雨水情監(jiān)測雨量監(jiān)測站布設(shè)庫區(qū)未控集雨面積按每50平方千米補充不少于2處雨量站，在壩區(qū)至少設(shè)1處雨量站雨量自動采集頻次重點雨量監(jiān)測站汛期每小時、降水時段內(nèi)每5分鐘自動采集1次水位站布設(shè)測站或共享流域管理機構(gòu)、地方水行政