数字孪生流域共建共享相关政策解读

2022-11-18钱峰周逸琛

中国水利 2022年20期

钱峰，周逸琛

（水利部信息中心，100053，北京）

数字孪生是一种集成多物理、多尺度、多学科属性，具有实时同步、真实映射、高保真度特性，能够实现物理时空和虚拟世界交互与融合的技术手段。数字孪生技术自诞生以来广泛应用于工业生产中，在产品研发、生产制造、设备运维、营销售后等方面发挥重要作用，助力实现产品全生命周期科学化精准化管理。

当前数字孪生技术在水利方面的应用刚起步，2021年水利部首次提出“数字孪生流域”概念，即以物理流域为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理流域同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理流域实时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施。2021年12月水利部召开推进数字孪生流域建设工作会议，部署在全国范围内推进数字孪生流域建设，推动新阶段水利高质量发展。2022年2月水利部组织开展数字孪生流域建设先行先试，涉及全国范围56家单位94项任务；7月水利部完成“十四五”七大江河数字孪生流域建设方案、11个重要水利工程数字孪生水利工程建设方案审查工作。数字孪生流域建设正在全国范围内推进并已取得成效。

数字孪生流域是一个全新概念，其建设是一项复杂巨系统。一是投入大，需要大量人力、物力和财力；二是层级多，涉及水利部本级、流域管理机构、各级水行政主管部门、水利工程管理单位等多个层级；三是任务重，包含数据底板、模型平台、知识平台、水利感知网、水利信息网、水利云等多项建设内容，建设体量大；四是难度高，当前数字孪生流域方面研究成果和成功案例很少，许多领域还是空白，亟须开拓；五是关联强，数字孪生流域是一个有机系统整体，不同层级、不同应用主体的数字孪生流域之间在数字底板和业务应用方面关联非常紧密。因此只有做好数字孪生流域共建共享工作，坚持“全国一盘棋”，做到不重不漏、集约节约、统筹共建、资源共享、业务协同，才能保障数字孪生流域建设的进度、质量和效益同步推进。

一、《办法》解读

为强化数字孪生流域共建共享，保障数字孪生流域建设协调有序开展，提升建设和应用效益，依据《政务信息资源共享管理暂行办法》《国家政务信息化项目建设管理办法》《水利信息资源共享管理办法（试行）》等有关规定，2022年3月水利部制定并印发《数字孪生流域共建共享管理办法（试行）》（以下简称《办法》），旨在解决“重建、漏建、未按要求建”“能否共享、共享什么、如何共享”等系列问题。《办法》有总则、职责分工、共建管理、共享管理、监督管理、附则共六章三十条。

1.适用范围

《办法》主要适用于水利部本级，以及各流域管理机构、各省（自治区、直辖市）水利（水务）厅（局）、计划单列市水利（水务）局、新疆生产建设兵团水利局开展的数字孪生流域建设和水利工程管理单位开展的数字孪生工程建设。省级水行政主管部门可参照《办法》制定实施细则并对省级以下水行政主管部门开展数字孪生流域共建共享进行指导。

2.定义和原则

数字孪生流域共建共享的定义为：各单位遵循智慧水利建设顶层设计和数字孪生流域建设有关要求，开展的对数字孪生流域共建内容分工协作建设和共享内容有序共享应用的工作。定义有两层含义：一是共建，即对数字孪生流域有重叠、交叉等内容进行合理分工、协作建设，避免重复建设、数据不一致、投资浪费。二是共享，一方面是将数字孪生流域共建、其他数字孪生流域需要的内容等提供出来共享；另一方面根据履职需要共享其他数字孪生流域有关内容。

数字孪生流域共建共享遵循原则：“整体谋划、协同推进”，强调各单位分工协作、有序推进数字孪生流域建设；“流域统筹、不漏不重”，强调以流域为单元加强对流域内省级水行政主管部门数字孪生流域建设统筹协调，避免应建未建或重复建设情况；“统一标准、有序共享”，强调围绕水利治理管理活动、数字孪生流域建设和应用实际需要，标准规范先行，按照“一数一源”等合理有序共享数字孪生流域建设成果；“整合集约、安全可靠”，强调按照“整合已建、统筹在建、规范新建”要求充分利用现有各类信息化资源和共享有关数字孪生流域建设成果强化国产软硬件应用。

3.共建管理

（1）数据底板

一是数据底板中“数据资源池的基础数据、地理空间数据”为共建内容，其他内容如“数据资源池的监测数据、业务管理数据、跨行业共享数据以及数据模型、数据引擎等内容”，按照现有模式进行建设和应用；二是基础数据共建，依照事权职责，分级建设所辖各类水利对象基础数据并逐级汇交至水利部；三是地理空间数据共建，水利部本级负责全国范围L1级数据底板建设，流域管理机构负责大江大河大湖及主要支流、跨省（自治区、直辖市）主要河流L2级数据底板建设，省级水行政主管部门负责所辖范围内主要河湖L2级数据底板建设，水利工程管理单位负责水利工程相关范围L2、L3级数据底板建设，具体建设范围由水利工程管理单位与所在流域管理机构或省级水行政主管部门共同协商。

（2）模型平台

模型平台原则上按三级分级进行建设，水利工程管理单位仅建设模型平台功能。通用模型原则上由水利部本级统一开发，流域管理机构、省级水行政主管部门、水利工程管理单位开发专用模型。

（3）知识平台

知识平台原则上按三级分级进行建设，水利工程管理单位仅建设知识平台功能。通用知识原则上由水利部本级统一开发，流域管理机构、省级水行政主管部门、水利工程管理单位开发专用知识组件或服务。

（4）水利信息网

主要包括水利业务网和水利工控网。共建内容仅为水利业务网广域网（由骨干网、流域省区网、地区网组成），水利业务网城域网、部门网及水利工控网由各单位根据实际需要，按照原有模式建设。水利业务网广域网由各单位分级负责建设，包括各自节点网络设备的建设改造。

（5）水利云

主要包括一级水利云、二级水利云及水利工程管理单位计算存储资源。共建内容主要为：一级水利云（水利部节点和流域管理机构节点）由水利部本级和流域管理机构共同建设，二级水利云由各省级水行政主管部门建设，水利工程管理单位计算存储资源由各水利工程管理单位建设。

4.共享管理

（1）共享要求

使用方履职需使用基础数据、地理空间数据及通用模型、通用知识组件等成果，则提供方应无条件提供共享。专用模型、专用知识组件等成果共享由提供方与使用方协商决定。

（2）共享方式

可根据实际情况选用数据交换、调用服务、离线拷贝等方式，具体共享方式应在“十四五”数字孪生流域建设方案或数字孪生流域建设先行先试实施方案等中进行明确。

（3）共享工作任务

主要包括资源编目、汇集更新、共享服务等任务。各项任务按照《水利信息资源共享管理办法（试行）》《水利信息资源目录编制指南》等来开展，任务完成情况应在年度建设总结报告中体现。

（4）年度共享清单报告

各单位在提交数字孪生流域（水利工程）年度建设情况总结时应包括已完成交换或提供共享服务的成果清单，并提供可核查的成果服务对象、次数、时长、效果等信息，用于共享清单复核。

（5）年度共享清单复核

明确水利部本级、流域管理机构、省级水行政主管部门在开展数字孪生流域（水利工程）年度建设成果评估时，应依托水利一张图重点对共享清单进行复核。

5.监督管理

（1）跟踪指导

水利部本级层面主要是实施台账管理、定期通报进展，相关业务司局按职责加强跟踪指导；流域管理机构、省级水行政主管部门层面按照要求加强所辖范围内数字孪生流域（水利工程）建设的跟踪指导。

（2）监督检查

水利部本级层面主要是开展监督检查，将结果作为评优评先、预算安排等的参考；流域管理机构、省级水行政主管部门按照要求加强所辖范围内数字孪生流域（水利工程）建设的监督检查。

（3）奖惩机制

主要是水利部本级层面，已将数字孪生流域（水利工程）建设纳入最严格水资源管理制度考核和河长制湖长制督查激励。

（4）成果遴选与发布

主要是水利部本级层面，将适时组织开展数字孪生流域（水利工程）建设优秀成果、案例的遴选与推荐，进行发布并推广应用。

二、实施路径

1.具体要求

水利部编制了《“十四五”数字孪生流域建设总体方案》，作为开展数字孪生流域建设的重要指导和相关项目前期工作的重要依据。方案中对共建共享具体要求进行了明确。

数字孪生流域共建共享要以流域为单元、空间范围为边界，三级数字孪生平台建设为抓手、共建共享制度和标准规范为依据，紧扣数据底板共建共享重点，突破水利模型共建共享难点，开展水利知识共建共享试点，注重网络安全联防联控，按照任务分工进行共建，按照业务履职需要开展共享。

（1）水利部本级

制定共建共享相关技术标准和制度，建设服务水利治理管理的L1级数据底板，集成流域、相关省、工程管理单位相关内容，形成统一行业数据底板；建设行业级模型管理和服务平台，提供模型及目录注册、使用的支撑和服务，组织建设通用模型供调用；建设行业级知识管理和服务平台供注册、使用。

（2）流域管理机构

建设服务于水利治理管理的L2级数据底板及委属工程管理单位的L3级数据底板、流域模型库和知识库。数据底板方面，主要利用数据交换平台实现数据向部本级汇集，建设数据服务供部本级调用；模型和知识方面，提供具体模型和知识服务供其他单位共享。

（3）省级水行政主管部门

建设服务于水利治理管理的省级L2级数据底板、模型及知识并提供共享。

（4）水利工程管理单位

主要根据水利治理管理需要，建设工情数据、出入库水位流量监测数据、工程外观BIM数据、工程区域高精度地理空间数据等。

（5）外行业单位

主要共建服务于水利治理管理的外部专业数据。通过全国一体化政务服务平台和全国政务信息共享网站进一步完善地名、土地利用规划、国有建设用地使用权出让和划拨、水质等数据；结合需要，开展地形地貌、土壤、土地利用类型、植被覆盖、以电折水、水资源费改税数据等共享获取。

2.资源共享平台

基于水利部本级数字孪生流域、流域（省）级数字孪生流域、数字孪生水利工程三级平台共建共享，构建资源共享平台，形成一体化数字孪生流域共享机制，具体实施数据、模型、知识等资源共建共享。

（1）数据底板方面

通过水利部本级建设的服务于水利行业管理的基础数据、监测数据、地理空间数据、跨行业共享数据及业务管理数据，集成流域管理机构L2级数据底板的相关数据资源，形成数据产品集，对数据格式、质量控制、数据分类、数据定义和编码等进行优化；建设数据资源目录，实现数据组织，满足信息共享需求，掌握数据资源现状和业务系统的建设情况，避免数据重复采集，解决地区、部门之间数据资源查询和共享困难问题。数据资源集中在资源共享平台中，通过相互之间数据调用与数据注册的形式，实现基础数据、监测数据、地理空间数据、跨行业数据、业务管理数据的共享服务，同时完善权限管理，实现服务的注册、状态监测、查询、组合、评价、数据维护以及用户认证、授权管理等功能，为水利数据资源集成与共享提供统一的服务接口。具体见图1。

图1 数字孪生流域数据资源共享流程示意图

图2 数字孪生流域模型资源共享流程示意图

图3 数字孪生流域知识资源共享流程示意图

（2）模型方面

通过水利部本级建设的水利专业模型方案、智能识别模型实例库、可视化场景库，集成流域管理机构模型平台，基于WebService或容器技术，对模型进行包装并以微服务的方式封装到容器镜像中，发布到资源共享平台的模型仓库中，由平台统一管理。水利部本级及流域管理机构分别对水利专业模型库、智能识别模型库、可视化模型库进行注册，根据模型服务描述标准对待发布模型服务包含的名称、功能、传递参数个数、类型、顺序、返回结构等信息进行描述，通过共享资源平台完成模型服务的发布和存放。模型平台的共享面向水利部本级及各流域管理机构，提供权限管理功能，根据用户及默认的权限，设置对其开放不同的模型服务，实现方案、实例、场景的调用。具体见图2。

（3）知识方面

通过知识引擎对知识的分析和处理，以服务接口形式提供针对特定业务场景的知识应用，接口参照数据底板和模型平台标准，采用API+token形式对外发布注册，可供各流域管理机构和省级水行政主管部门按需求直接调用或进一步灵活定制开发；水利部本级水利知识引擎共享水利知识模式层设计规范，保障各流域管理机构水利知识图谱的标准化构建和图数据库存储的规划化管理，同时将知识表示、知识抽取、知识融合、知识存储、知识推理等算法工具以接口形式注册至知识平台共享调用，实现检索、问答、推荐及可视化等功能。具体见图3。

3.考核评估

为有力有效推进数字孪生流域建设先行先试，水利部网信办制定了《数字孪生流域建设先行先试中期评估工作方案》。其中将“共建共享”作为重要评估内容，重点评估各单位数字孪生流域建设先行先试实施方案确定的共建共享内容（含清单）完成情况与实际成效，数据底板与先行先试任务所在流域管理机构一张图、全国水利一张图共享情况，模型、知识等被调用或应用情况。