位于湖北潜江和天门交界处，横亘汉江之上的兴隆水利枢纽，是南水北调中线一期汉江中下游四项治理工程之一，开发任务以灌溉和航运为主，兼顾发电。2009年开工建设，2014年建成试运行，当前，正在进行数字孪生工程的建设。今年初，《湖北省流域综合治理和统筹发展规划纲要》中提出，构建数字孪生流域体系。数字孪生兴隆水利枢纽是湖北省水利厅负责的首个，也是目前省属唯一的正在实施的数字孪生水利工程项目。为什么要构建数字孪生水利工程？如何建设一个数字孪生水利工程？来看记者的探访。

数字孪生，就是将现实世界里真实存在的物理实体，在电脑中制作一个数字化的“孪生体”。要把汉江之上的兴隆水利枢纽放到电脑系统中，首先需要运用　GIS　和　BIM两项技术。GIS是地理信息系统，通过集成不同精度的地理信息数据，让兴隆枢纽所处的地理位置、地貌特征一目了然，从而形成了枢纽的地形地质“背景”：比如上游有哪些河流，下游的河道呈什么形态，左右岸是什么样的地形，地质条件怎么样，周围有哪些建筑、多少农田，都进行了详细的记录。

有了清晰翔实的背景，紧接着就是运用BIM技术来描绘枢纽工程本身了。千里之外的枢纽闸坝、电站厂房、船闸等等，由钢筋混凝土构建而成，而在设计师的办公室电脑里，对每一块混凝土、每一层构筑物、每一扇泄水闸门等进行三维映射，形成BIM模型，可真实展示和实时查看每一层混凝土有多厚，每一层构筑物有多高。BIM模型是枢纽实体高精度的孪生体，小到枢纽工程里的每一根水管、每一个通风口、每一处消防栓，都会完全真实的呈现。

可能看到这，这套系统的复杂程度，就已经可以想象了，但这只是整个数字孪生工程的一小部分。接下来，还要融入数字孪生的监测数据、业务管理数据等五大类数据，给电脑里的孪生体注入“灵魂”，让它可以和真实的水利枢纽一样“感同身受”。

以大坝安全为例，在枢纽大坝建设的过程中，混凝土内部预先埋设了很多传感器，来监测大坝的应力、应变、渗流等状况。过去，需要靠人工进行多个点位的监测，而未来，这些数据可以直接传输到数字孪生系统中，与对应的BIM模型绑定，于是电脑中的“孪生体”就能清楚地感受到大坝坝体发生的每一丁点细微变化，并且主动告诉工作人员。还可以依托专业模型进行预演，来预测未来变化趋势，给工作人员维护和保障大坝的安全，提供更科学、更精确的指导、帮助。

兴隆水利枢纽已经运行了近10年。过去，每一年都要产生大量人工记录的各项业务运行参数，比如库区水位、流速流量、闸门开启或闭合的调度情况，电站运行的情况，船闸运行情况等等。现在，对每一项记录的数据进行整编，并逐步录入电脑系统，形成兴隆数字孪生的基础数据资源，可以理解为，这十年记录的每一项数据记录，都成为数字孪生兴隆枢纽的“工作经验”。

这个经验有多重要？现在，湖北正值汛期，我们先来盘点一番兴隆枢纽战胜过的汛情。2017年，兴隆枢纽有效应对了10月2日下泄流量8640m3／s和10月6日下泄流量13700m3／s两轮洪峰的严峻考验；2020年配合长湖成功撇洪，为引江济汉撇长湖洪水发挥了重要作用。2021年9月3日，成功应对了11600m3／s的洪峰流量。

汛情不同于旱情，常常来得又急又狠。每一次调度，每一次开启、闭合泄水闸门，库区水位会发生什么变化？上游来水还能承受吗？如果下游河床进一步冲刷、坝下水位进一步下降会带来什么影响？兴隆枢纽还安全吗？因此现实世界里，每一次调度，都是宝贵的经验。而在数字孪生系统中，和现实工程有着一模一样的库区、下游河道、堤防以及枢纽建筑物。面临洪水考验的时候，参考曾经遇到的相似洪水过程，在电脑里进行一次预演，上下游水位和流量等等相关的变化，都可以有了更清晰、更准确的预判，为保障流域安全做出更加精准科学的调度。

数字孪生流域是智慧水利的核心与关键，通过算据、算法、算力建设，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。数字孪生兴隆水利枢纽工程是典型的低水头、径流式水利枢纽，数字孪生工程在实施过程中，充分挖掘和提炼其可推广可复制的亮点，包括平原区的多闸孔多功能水闸的多目标综合智能调度、可视可控的标准化智慧运行管理体系和深厚软基上多孔闸坝智能安全监测预警。未来，可以为汉江中下游乃至全国范围内同类型的水利枢纽数字孪生建设借鉴。

当前，省汉江兴隆枢纽管理局、省水利水电规划勘测设计院等多家单位、近百人正在全速推进数字孪生兴隆枢纽的建设，预计在7月底完成数字孪生系统整体框架搭建，完成数据和业务应用的集成，今年年底部分应用投用，并完成项目先行先试建设水利部验收，明年年底完成项目整体验收，项目进入试运行期。

（原标题：探秘数字孪生 湖北省水利厅首个数字孪生水利工程建设正酣）