水利工程作為水資源調(diào)配與利用的核心載體，其智慧化升級是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵路徑。本文圍繞閩江流域水利工程數(shù)字孿生建設(shè)的技術(shù)落地展開，依托圖撲軟件自研 HT 前端技術(shù)構(gòu)建全維度可視化體系，融合 GIS、粒子仿真、邊緣計(jì)算等技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)水利工程全要素實(shí)時(shí)監(jiān)測與智能化管理，為水力資源的高效開發(fā)、生態(tài)保護(hù)與安全運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

水利工程數(shù)字孿生系統(tǒng)以 HT 前端技術(shù)為核心構(gòu)建可視化底座，全程未引入第三方插件，保障系統(tǒng)的輕量化、兼容性與運(yùn)行穩(wěn)定性。系統(tǒng)將 HT 可視化技術(shù)與 GIS、粒子仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)、邊緣計(jì)算等技術(shù)深度融合，打通邊緣端傳感器、業(yè)務(wù)系統(tǒng)與云端可視化平臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈路，實(shí)現(xiàn)壩、堤、溢洪道、水閘、水電站等水利設(shè)施，以及水質(zhì)、環(huán)境、水位、降雨等水文環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸與可視化展示。

基于 HT 的 B/S 架構(gòu)設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)天然適配 C/S 向 B/S 轉(zhuǎn)型的行業(yè)趨勢，支持 PC、PAD、智能手機(jī)等多終端跨平臺(tái)訪問，用戶通過瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)水利工程場景的遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作，打破傳統(tǒng)控制室的空間局限性。同時(shí) HT 支持與 Angular、React、Vue 等主流前端框架無縫融合，為系統(tǒng)的二次開發(fā)與功能拓展提供靈活的技術(shù)支撐。

水利工程全場景數(shù)字孿生建模

依托 HT 的專業(yè)建模與渲染引擎，對閩江流域水利工程進(jìn)行 1:1 高精度數(shù)字孿生建模，覆蓋水電站廠房、生態(tài)魚道、泄洪閘門、水輪發(fā)電機(jī)組等核心設(shè)施，以及河道、庫區(qū)、岸線等自然地理場景，在數(shù)字空間完整還原物理工程的外觀、結(jié)構(gòu)、空間關(guān)系與運(yùn)行邏輯。

建模過程中結(jié)合 DOM（數(shù)字正射影像）和 DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)，對河道、河底進(jìn)行三維空間建模，疊加精細(xì)化水電站模型后進(jìn)行渲染優(yōu)化；同時(shí)采用顯示列表、紋理優(yōu)先級、細(xì)節(jié)層級模型（LOD）等 HT 渲染技術(shù)，在保證場景逼真度的前提下，實(shí)現(xiàn)三維河流虛擬場景的實(shí)時(shí)流暢顯示，兼顧可視化效果與系統(tǒng)運(yùn)行效率。此外，系統(tǒng)通過粒子仿真技術(shù)打造力場粒子效果，仿真模擬江流流動(dòng)狀態(tài)，并結(jié)合 GIS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)流域地理信息的精準(zhǔn)標(biāo)注與多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合接入，讓數(shù)字孿生場景更貼合工程實(shí)際。

多維度數(shù)據(jù)監(jiān)測與可視化實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)集成水利工程業(yè)務(wù)系統(tǒng)中各類傳感器采集的多維度數(shù)據(jù)，包括生物信息、氣象信息、水位水頭信息、閘門啟閉參數(shù)、水輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)等，通過 HT 豐富的可視化組件與快捷數(shù)據(jù)綁定方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示、統(tǒng)計(jì)分析與異常預(yù)警。

基礎(chǔ)水文與環(huán)境監(jiān)測

搭建水質(zhì)、水位、降雨、氣象等數(shù)據(jù)概覽面板，實(shí)時(shí)展示水溫、PH 值、電導(dǎo)率、溶解氧、PM2.5、風(fēng)速風(fēng)向等指標(biāo)，同時(shí)可視化 25 個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的分布及沙溪、閩江、金溪三大流域的監(jiān)測數(shù)據(jù)占比，實(shí)現(xiàn)流域環(huán)境的全域感知。

工程設(shè)施運(yùn)行監(jiān)測

對泄洪閘門開度、啟閉耗時(shí)，魚道水位、流速、過魚量，水電站裝機(jī)量、機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度等核心參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過 HT 二維組態(tài)與三維可視化結(jié)合的方式，直觀呈現(xiàn)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與狀態(tài)預(yù)警

采用多類型圖表統(tǒng)計(jì)全廠有功功率、無功功率、日 / 月 / 年累計(jì)發(fā)電量、發(fā)電計(jì)劃完成率等生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過黃色、綠色、紫色對機(jī)組預(yù)警、正常、故障三種狀態(tài)進(jìn)行可視化區(qū)分，同時(shí)以雙曲線形式展示近 12 小時(shí)單臺(tái)機(jī)組功率波動(dòng)，為工程精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

水電站核心業(yè)務(wù)流程的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

水力發(fā)電工藝流程可視化還原

依托 HT 三維組態(tài)能力，完整還原水力發(fā)電從水力勢能→機(jī)械能→電能→合格電能的全流程，通過動(dòng)態(tài)可視化效果展示能量轉(zhuǎn)換的核心原理與設(shè)備運(yùn)行邏輯，同時(shí)接入各環(huán)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工藝流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控與效率優(yōu)化。

勢能轉(zhuǎn)機(jī)械能：可視化壩前水位落差形成的水力勢能，以及充水平壓、閘門開啟、水流通過導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的全過程，實(shí)時(shí)展示轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉開度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

機(jī)械能轉(zhuǎn)電能：還原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過勵(lì)磁磁場在定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢的能量轉(zhuǎn)換過程，結(jié)合水頭、流量數(shù)據(jù)判斷機(jī)組輸出功率合理性。

初級電能轉(zhuǎn)合格電能：可視化發(fā)電機(jī)出口母線、升壓變壓器、500kV GIS 開關(guān)站的輸電流程，展示電能從機(jī)組輸出到接入電網(wǎng)的全鏈路，動(dòng)態(tài)模擬電流通過 27.5km 同塔雙回 500kV 線路輸送至變電站的過程。

同時(shí)，基于 HT 的二維組態(tài)技術(shù)重構(gòu)傳統(tǒng)發(fā)電工藝組態(tài)圖，結(jié)合 SCADA 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖紙美化與數(shù)據(jù)對接，以平面圖形式展示壩頂高程、引水鋼管、主變壓器、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)施的運(yùn)行先后順序，讓發(fā)電工藝流程更清晰易懂。

水輪機(jī)核心部件的仿真拆解實(shí)現(xiàn)

水輪機(jī)作為水電站核心設(shè)備，依托 HT 打造三維仿真拆解功能，基于設(shè)備零件圖、三維圖等素材，1:1 還原壓力鋼管、蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子等核心部件的結(jié)構(gòu)與組裝 / 拆解原理，同時(shí)在場景中關(guān)聯(lián)部件屬性信息（如蝸殼進(jìn)口直徑 7600mm、轉(zhuǎn)子總重約 1500t 等），實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部業(yè)務(wù)流程、行為邏輯、狀態(tài)變化的數(shù)字化呈現(xiàn)。

該功能通過三維仿真動(dòng)畫全方位展示水輪機(jī)內(nèi)外部結(jié)構(gòu)，突破了平面圖、靜態(tài)模型、實(shí)地參觀的局限性，不僅可用于工作人員的設(shè)備組裝、拆分、維修培訓(xùn)，還能通過直觀的動(dòng)畫演示，避免因語言誤差造成的理解偏差，提升培訓(xùn)效率與效果。

電站主接線圖與線路監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

利用 HT 大屏組態(tài)、UI 組態(tài)能力搭建水電站主接線圖，可視化發(fā)電機(jī)電壓級母線接線方式（單母線、雙母線等），以及隔離開關(guān)、斷路器、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的連接關(guān)系，獲取設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以紅色字體標(biāo)識運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備、綠色字體標(biāo)識停機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)支持對短路電流限制等電力系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)的可視化展示，保障輸電環(huán)節(jié)的安全穩(wěn)定。

智慧巡檢與安防系統(tǒng)的技術(shù)落地

全場景智慧巡檢可視化

基于 HT 構(gòu)建沉浸式智慧巡檢系統(tǒng)，支持第一人稱視角自由漫游（WASD 方向鍵 + 鼠標(biāo)操作），可在 3D 場景中查看發(fā)電機(jī)詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)、攝像頭監(jiān)控畫面等信息；同時(shí)支持繪制、保存常用巡檢路線，實(shí)現(xiàn)固定路線自動(dòng)漫游，滿足個(gè)性化巡檢需求。巡檢過程中，系統(tǒng)可在設(shè)備位置停留并展示設(shè)備詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)巡檢流程的數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化。

在視頻集成方面，HT 無縫結(jié)合 HTML5 多媒體功能，集成壩頂、發(fā)電機(jī)層、配電室等區(qū)域的攝像頭視頻資源形成統(tǒng)一視頻流，通過 3D 場景交互調(diào)取相應(yīng)監(jiān)控視頻；同時(shí)實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合技術(shù)，將視頻畫面精準(zhǔn)融合至三維模型對應(yīng)的地理坐標(biāo)位置，融合效果不受模型傾斜、旋轉(zhuǎn)影響，支持關(guān)鍵路徑自動(dòng)視頻巡檢、重點(diǎn)區(qū)域目標(biāo)快速鎖定，為運(yùn)維人員提供實(shí)時(shí)態(tài)勢感知與歷史數(shù)據(jù)回溯能力。

一體化智慧安防監(jiān)控

依托 HT 打造水電站智慧安防可視化體系，融合視頻監(jiān)控系統(tǒng)、出入口管理系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)、周界水域偵測系統(tǒng)等多系統(tǒng)數(shù)據(jù)，獲取安防設(shè)備與人員監(jiān)測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多維度安防監(jiān)控。

人員管理：可視化站內(nèi)人員分布、人員統(tǒng)計(jì)、安全認(rèn)證、SOS 報(bào)警等信息，實(shí)時(shí)展示不同區(qū)域（主廠房、副廠房、中控樓等）的人員數(shù)量與崗位分布。

行為分析：對主廠房等核心區(qū)域的人員不安全行為（未穿工作服、打電話、違規(guī)操作等）進(jìn)行可視化報(bào)警，展示報(bào)警時(shí)間、區(qū)域、事件并關(guān)聯(lián)視頻查看。

區(qū)域監(jiān)測：對水庫、大壩、發(fā)電廠房等關(guān)鍵區(qū)域的闖入、煙火、設(shè)備故障等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過 3D 場景圖標(biāo)點(diǎn)擊即可查看監(jiān)控畫面、報(bào)警詳情，為突發(fā)事件處理提供直觀準(zhǔn)確的技術(shù)支撐。

流域生態(tài)與水文動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)

流場與岸線動(dòng)態(tài)仿真

利用 HT 粒子仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)流場實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過不同顏色粒子標(biāo)識 0.5~1.0m/s、1.0~2.0m/s 等不同流速區(qū)間，仿真模擬江流流動(dòng)狀態(tài)，實(shí)時(shí)展示流域流速數(shù)據(jù)；同時(shí)基于歷史水位數(shù)據(jù)，通過 HT 可視化技術(shù)模擬江流周邊岸線變化情況，精準(zhǔn)判斷水位臨界值，為水位調(diào)節(jié)、洪澇災(zāi)害預(yù)防、周邊居民轉(zhuǎn)移預(yù)警提供數(shù)據(jù)支撐。

水質(zhì)反演與環(huán)境預(yù)測

依托 HT 研發(fā)的云圖渲染技術(shù)，實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)數(shù)據(jù)反演功能：基于采集的江流、水庫水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)，選取立體水域進(jìn)行可視化展示，以云圖深淺表征水質(zhì)數(shù)據(jù)高低，同時(shí)支持時(shí)間軸操作，反演全年水質(zhì)變化情況。通過水質(zhì)反演，可精準(zhǔn)判斷水中化學(xué)殘留物、鹽分、微生物、藻類等指標(biāo)含量，當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重水質(zhì)問題時(shí)，系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)出預(yù)警，為水質(zhì)治理與補(bǔ)救措施制定提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

生態(tài)魚道可視化監(jiān)測

針對水電工程的生態(tài)保護(hù)需求，依托 HT 構(gòu)建生態(tài)魚道可視化模塊，完整還原魚道進(jìn)口、槽身、出口、誘魚補(bǔ)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可視化過魚種類、洄游路線等生態(tài)信息。同時(shí)采集魚道水位、流速、過魚量、水溫等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，搭建生態(tài)信息數(shù)據(jù)面板，實(shí)現(xiàn)魚道生態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，讓水電工程開發(fā)與水生生態(tài)保護(hù)相協(xié)調(diào)。

系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢與應(yīng)用價(jià)值

本數(shù)字孿生水利工程系統(tǒng)基于 HT 前端技術(shù)開發(fā)，核心優(yōu)勢體現(xiàn)在技術(shù)自主化、場景輕量化、功能一體化、拓展靈活性四個(gè)方面：全程未使用第三方插件，保障系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性；B/S 架構(gòu)與跨平臺(tái)訪問能力，讓水利工程監(jiān)控突破空間限制；集成交叉監(jiān)測、工藝流程可視化、智慧巡檢、安防監(jiān)控、生態(tài)仿真等全功能模塊，實(shí)現(xiàn)水利工程管理的一體化；支持與主流前端框架融合、多源數(shù)據(jù)接入，為系統(tǒng)后續(xù)功能升級與業(yè)務(wù)拓展提供技術(shù)空間。

在應(yīng)用價(jià)值層面，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了閩江流域水利工程的全要素、全流程數(shù)字化管理，不僅提升了水電站發(fā)電效率、水利設(shè)施運(yùn)行安全性，還實(shí)現(xiàn)了流域水資源與生態(tài)環(huán)境的協(xié)同監(jiān)測，為水資源合理調(diào)配、洪澇災(zāi)害預(yù)防、水生生態(tài)保護(hù)提供了數(shù)字化、可視化的技術(shù)支撐。同時(shí)，系統(tǒng)的仿真教學(xué)、可視化培訓(xùn)功能，也為水利行業(yè)人才培養(yǎng)提供了全新的技術(shù)手段，推動(dòng)水利工程管理向自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化、智慧化升級。

技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用展望

水利工程的智慧化建設(shè)是水資源綜合利用的必然趨勢，未來將基于現(xiàn)有數(shù)字孿生技術(shù)體系，進(jìn)一步完善水電站自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化技術(shù)，提升系統(tǒng)的智能決策與自主調(diào)控能力；同時(shí)結(jié)合遠(yuǎn)距離、超高壓、超導(dǎo)材料等輸電技術(shù)，將數(shù)字孿生水利工程的技術(shù)成果推廣至西部水力資源開發(fā)等場景，實(shí)現(xiàn)全國水力資源的高效調(diào)配與利用。

依托 HT 前端技術(shù)的持續(xù)迭代，未來將進(jìn)一步深化數(shù)字孿生與水利工程的融合，拓展仿真分析技術(shù)在水質(zhì)預(yù)測、洪澇預(yù)警、機(jī)組故障診斷等場景的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)從 “實(shí)時(shí)監(jiān)測” 到 “智能預(yù)判” 的升級，讓數(shù)字孿生技術(shù)成為水資源綜合利用體系（水力發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、灌溉、防洪、旅游）的核心技術(shù)支撐，推動(dòng)水利行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

審核編輯 黃宇