本文是一篇职称论文，文章阐述了数字孪生三峡的建设目标、总体框架、建设内容及初步成果，分析了数字孪生三峡先行先试建设的特色与亮点，并结合新阶段水利高质量发展的要求，对数字孪生三峡下一步建设提出了展望。
0 引言
三峡工程是国之重器，是长江流域骨干性、控制性工程，是保护和治理长江的关键性工程[1-2]。三峡工程作为国家水网重要结点，在支撑长江经济带高质量发展和实现中华民族伟大复兴新征程中具有重要的基础性、战略性地位，三峡工程安全运行和高质量发展事关战略全局、事关长远发展、事关人民福祉。
随着2020年三峡工程完成整体竣工验收，三峡工程已全面转入运行期，如何保障三峡工程长期稳定安全运行，更好发挥三峡工程巨大综合效益，是三峡工程运行管理的重要任务。长期持续的信息化建设为三峡工程运行管理提供了有力支撑，然而，在新发展阶段面对新的形势、新的问题、新的业务需求，三峡工程在精准防洪调度、工程运行安全管理、综合决策等方面仍然存在差距，亟需进一步加强现代信息技术与三峡运行管理业务应用深度融合，提升工程运行管理智慧化水平。信息技术的快速发展为智慧水利提供了发展动力，创新了技术手段，扩展了应用场景，以数字孪生为核心的智慧水利建设，代表了水利现代化的发展方向，成为推动新阶段水利高质量发展的六条实施路径之一[3-4]。通过数字孪生三峡建设，将实现物理工程与数字孪生工程同步交互映像，有效提升三峡工程综合管理能力和智能化水平，保障三峡工程枢纽安全、信息系统安全、库容安全、库区地质安全、水质安全、防洪安全、航运安全、供水安全、河道安全和生态安全，为长江经济带高质量发展提供水利新质生产力保障。数字孪生三峡建设是彰显“大国重器”的有力支撑，也是贯彻习近平总书记关于三峡工程的重要指示批示精神、落实好水利部党组关于数字孪生水利建设部署要求的重要举措。
1 建设概况
数字孪生三峡是12项重大水利工程数字孪生工程先行先试建设项目之一，是数字孪生长江的重要组成部分。由水利部三峡工程管理司组织，水利部信息中心、中国长江三峡集团有限公司（以下简称三峡集团）、水利部长江水利委员会（以下简称长江委）、中国水利水电科学研究院（以下简称水科院）、湖北省水利厅、重庆市水利局6家单位共同承建，建立了项目建设管理机制，成立了以三峡司为领导、各承建单位为成员的数字孪生三峡工程建设协调工作小组，统筹协调，共同推动项目建设实施。按照水利部党组对数字孪生水利工程提出的“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的理念和对三峡工程提出的“着眼大时空、统筹大系统、彰显大担当、确保大安全”的要求，组织编制了《“十四五”数字孪生三峡建设方案》，并通过水利部审查。
项目于2023年2月正式启动，共分25 个子项目，重点开展数据底板、模型平台、知识平台以及业务应用建设，截止目前，建成数字孪生三峡1.0版，已初步构建了数字孪生三峡L2、L3级数据底板、模型平台、知识平台，初步建成了防洪精准调度、三峡枢纽工程运行安全、三峡水库管理范围内涉河建设项目监管、三峡水库岸线管理及三峡水库排污口管理等5大业务应用体系，初步实现三峡防洪“四预”、重点河段“智慧巡库”、枢纽安全智能巡检、后续重点项目智能管控等功能。数字孪生三峡取得了一系列关键技术突破，相关成果先后入选了2022年度水利部成熟适用科技成果推广清单、2023年度水利部先进实用技术重点推广指导目录、2023年度全国数字孪生水利建设典型案例名录、2023年度数字孪生水利建设十大样板名单。
2 建设目标
依据《“十四五”数字孪生三峡建设方案》，数字孪生三峡建设总体目标是实现三峡工程及库区物理全要素和运行安全管理全过程的数字化映射、智慧化模拟。数字孪生三峡建设以大时空、系统性视角，统筹考虑长江流域及工程本身的需求[5]，推进实体工程与数字孪生工程同步交互映像。
数字孪生三峡试点建设内容涉及面广，建设范围覆盖三峡工程坝区、库区以及下游影响区共1470km河段，按照“需求牵引、应用至上”的原则有计划地分步实施。试点阶段的建设目标为：力争在防洪精准调度、三峡枢纽工程运行安全管理、三峡水库运行安全管理和三峡后续工作管理等业务应用板块取得突破，搭建数字孪生平台，实现防洪四预、智慧巡库、
枢纽安全智能巡检、重点项目智能管控等核心功能，基本建成统一支撑、多级部署、多户共享的数字孪生三峡1.0版。在防洪精准调度方面，提高库区洪水预报调度精度及预报要素时空分辨率，提升库区防洪安全分析与调度决策能力，统筹考虑洲滩民垸及蓄滞洪区运用，提升调度方案精准化决策能力和分洪运用精细化展示能力。在三峡枢纽工程运行安全管理方面，基于枢纽主体工程L3级数据底板，实现三峡大坝安全监测数据自动化采集、存储管理、计算分析、评价预警等功能。在三峡水库运行安全管理方面，实现对三峡水库库区范围中高精度遥感和水下地形监测全覆盖，动态掌握库容变化情况，及时准确发现影响库容的行为和因素，实现三峡水库管理范围内涉河建设项目精细化监管，搭建三峡水库排污口跟踪管理系统，保障三峡水库库容和水质安全。在三峡后续工作管理方面，完善三峡后续工作项目管理一张图，建立项目库、政策库、案例库，实现滚动项目库和年度实施方案线上申报审核、重点项目进度动态跟踪、三维展示和智能管控等功能，通过数字赋能提升三峡后续工作管理能力。
3 总体框架与建设内容
数字孪生三峡建设总体框架主要由信息化基础设施、数字孪生平台、业务应用、网络安全体系和保障体系等组成，如图1所示。
各主要建设内容如下。
一是信息化基础设施。包括水利感知网、水利信息网和水利云。遵循数字孪生共建共享原则，充分整合利用已建的水利感知体系并进行补充完善，以现有水利骨干网为依托，实现网络互联互通，结合多级部署需要，优化各级水利云配置。
二是数字孪生平台。包括数据底板、模型平台和知识平台。数据底板建设方面，重点建设库区、坝区、下游影响区的DOM、DEM数据以及部分重点区域的倾斜摄影模型数据，汇聚整合社会经济、水质等外部共享数据，构建了数字孪生三峡工程L3级数据底板。模型平台建设方面，构建了三峡水库概率预报模型、长江中下游行蓄洪工程调度推演模型、三峡库一维水沙数学模型等25个模型，研发模型管理平台实现模型注册、调用与管理、模型训练、模型展示等功能。知识平台方面，建设调度规则、工程安全、工程运维、业务规则四大类知识库，构建水利知识引擎和知识管理平台，从而实现了知识抽取、知识融合、知识推理、知识存储，为水利业务应用提供知识服务。
三是业务应用。重点建设了防洪精准调度系统、三峡枢纽工程安全运行管理系统、三峡水库涉河建设项目监管系统、三峡水库岸线管理信息系统、三峡水库排污口跟踪管理系统、三峡水库库容泥沙冲淤动态监控系统，通过业务应用体系建设提升工程综合管理能力。
四是网络安全体系。从网络安全管理、安全防护、安全监督三个方面构建数字孪生三峡网络安全体系。建立健全网络安全管理制度、管理规范、管理流程，形成网络安全管理制度标准体系，覆盖网络安全组织管理、人员管理、建设管理、运维管理、应急响应和监督检查等各项工作。
五是保障体系。从体制机制、标准规范、技术创新、运维体系、人才队伍建设以及宣传与交流等方面，构建数字孪生三峡建设和运行保障体系。
4 关键技术
数字孪生三峡建设关键技术包括基于GIS+BIM的L3级数据底板建设技术、模型平台及精度提升技术、流域洪水智能预报调度互馈体系、流域水工程联合智能调度技术、流域水工程联合智能调度技术以及排污口智能识别与动态监管等。
4.1 基于GIS+BIM技术构建L3级数据底板
按照数字孪生水利工程建设“锚定安全运行、精准调度等目标”的要求，全面整合三峡工程等已有信息化成果，构建三峡工程坝区管理范围L3级数据底板，打造与物理工程孪生的数字化孪生场景。针对新问题新需求，大胆探索采用最新的技术手段提出全新解决方案。
在地理空间数据建模方面，采用无人机低空倾斜摄影测量技术，通过正射与倾斜摄影两种方式，完成枢纽重点区域的航空摄影工作，对影像数据进行处理，生成满足工程可视化要求的数字正射影像、数字高程模型与高精度倾斜实景三维模型成果，实现了枢纽区重点区域和建筑物的三维可视化表达。
4.2 标准接口服务化模型平台及模型能力提升
按照“标准化、模块化、云服务”的要求，建设了数字孪生三峡模型平台，实现了模型注册、调用、共享接口等功能，确保各类水利专业模型的通用化封装及接口标准化，以微服务方式统一提供调用服务。
同时，对现有各类模型进行整合，并结合业务需求新增了部分专业模型，形成了具有标准服务的模型库，实现了模型的统一管理和对外服务。此外，针对现有专业模型计算速度慢、计算精度低等问题，引入神经网络、深度学习等人工智能模型算法，融合机理模型与数据驱动方法，改善和提升了模型计算精度，提供了工程调度运行模拟能力。
5 建设展望
智慧水利与新质生产力存在深层的密切联系，智慧水利的核心在于利用先进信息技术提升水资源利用和管理效率，实现水利工程的规划、设计、施工和运行的智慧化管理过程，以及通过水利工程调度实现流域防洪、供水、生态环境保护等业务需求；而新质生产力则强调通过对知识、技术、创新和数据等无形资产的应用和价值创造来推动经济和社会的发展，因此，智慧水利建设是发展行业新质生产力的体现。数字孪生三峡建设要随着信息技术发展不断更新迭代，更好地服务和满足流域管理与保护的业务需求，更好地服务和适应数字经济的发展。
在目前已经初步构建数字孪生底层技术的基础上，未来的数字孪生三峡建设将重点突出以下几个发展和建设方向：一是构建空天地一体的立体监测体系，推进低轨卫星、无人机、北斗及5G等应用，提升工程和流域动态监测告警能力。二是打造“人工智能+三峡”的数字孪生平台，升级模型模拟和管理功能，开发适应变化环境的
