永定河数字孪生流域资产运营管理系统建设实践

邓延利，王立朝

（1.永定河流域投资有限公司，100193，北京；2.河北省水利规划设计研究院有限公司，050021，石家庄）

永定河流经内蒙古、山西、河北、北京和天津五省（自治区、直辖市），流域面积47016 km2。永定河是推进京津冀协同发展战略实施的生态廊道，也是国家水网的骨干水资源配置通道，战略地位显著。近年，经过各方共同努力，永定河流域治理管理工作取得了明显成效。河道生态水量得到基本保障，河湖生态系统质量明显提升，水旱灾害防御能力稳步提高，流域协同治理能力明显提升。围绕推动新阶段水利高质量发展的目标路径，加快推进永定河流域治理管理现代化，永定河流域投资有限公司（以下简称永定河公司）开展了数字孪生流域资产运营管理系统建设。

一、永定河流域资产情况

为落实《京津冀协同发展规划纲要》，明确“六河五湖”生态修复，2017年国家发展改革委、水利部、原国家林业局联合印发的《永定河综合治理与生态修复总体方案》正式实施，拉开了新一轮永定河治理序幕。截至目前，永定河公司实施生态治理项目57 项，总投资超140 亿元，累计完成中央投资超40 亿元，累计治理河段804 km，新建和加固堤防369 km，建设巡河道路477 km，建设湿地类自然保护区4 个、湿地公园19个，湿地面积增加到250 km2，构建了蓝绿交织的生态空间。流域资产类型以水利项目为主，兼顾水生态、水环境、新能源、文旅康养等，具有点多面广线长、生态廊道系统庞杂的特点。

二、永定河流域资产管理需求分析

1.提高资产管理效率的需要

水利部印发的《加快推进永定河流域治理管理现代化工作方案》要求将永定河恢复为“流动的河、绿色的河、清洁的河、安全的河”，打造全国流域治理管理规范化、法治化、现代化标杆，对管理标准提出了较高要求。但永定河公司管理人力严重不足，无法实现企业跨区域、多层组织架构的高效、协同管理。从公司资产管理效率来看，迫切要求创新工作模式，充分发挥建管运一体化优势，加快标准化建设和智能化建设，确保永定河综合治理各项目推进实施顺利高效。

2.提升资产管理精细化水平的需要

资产运营管理是永定河公司最重要的日常管理业务，管理系统生命周期长。但目前公司在运资产多以传统人工管理方式为主，缺乏现代化管理技术手段，尤其巡查、维修、养护等日常管护工作多以纸质表单记录为主，对管理过程规范性、合理性、全面性无法准确掌握，缺乏精细化管理手段；建筑物设计、建造、运营和维护全生命周期管理缺乏精细化的数据和信息支持，尚未实现自动化控制和优化管理，距离精细化管理目标有差距。

3.企业高质量发展的需要

数字化转型是企业高质量发展的必由之路，数字孪生流域建设则是推动流域公司内部数字化转型和升级、提高公司核心竞争力、推动公司实现高质量发展的重要引擎。数字孪生流域通过对物理流域全要素和水利治理管理活动全过程的数字化映射、智能化模拟，可以支撑实现流域防洪，水资源管理与调配，预报、预警、预演、预案“四预”以及N项水利智能业务应用，从而有效提升流域管理公司的治理能力和管理水平。同时，可以解决公司水利行业数据资源体系不完备、基础设施配套不完善、网络安全风险高、数据分析和支撑能力弱、保障体系不健全等突出问题，打通内部数据孤岛，释放数据价值。通过大数据、人工智能、虚拟仿真等孪生技术应用，为流域管理公司的决策提供更加科学、精准的数据支持，支撑企业在优化资源配置、提升竞争力、增强企业品牌影响力等方面高质量发展。

三、系统设计

永定河数字孪生流域资产运营管理系统建设，在确保系统符合数字孪生整体规划要求下紧扣实际，确保实用性与前瞻性。

1.用户设计

按照应用至上原则，分析系统用户及对象。通过对永定河公司资产管理模式调研分析，当前用户包括总公司、运营公司、管护公司三个层级，涉及总公司领导、资管部领导及人员、总公司相关部门、运营公司管理人员、管护公司人员等五类人员。用户权限设置采用基于权限对象的用户管理策略，从多个维度对权限进行约束，有效实现动态、灵活的在线权限配置，包括权限控制、权限生成与权限变更等。

2.业务设计

资产管理对象包括水闸、泵站、水库、水电站、河道、自来水厂、污水处理厂、湿地、公园、酒店、民宿、营地等，业务主要包括日常巡视检查、维修养护、绩效考核、资金管理等方面。考虑各类资产特性及管理主体差异性较大、管理标准不一，通过对业务、数据、应用和基础设施全面分析，设计通过分层的方式对业务进行有效的分解，逐步细化，使其边界清晰，做到高内聚、低耦合。

3.总体架构

通过对流域资产管理对象、内容、流程的梳理，共设计流域资产全景、项目信息管理、资产信息管理、资金管理、运维管理、考核管理、资料管理、组织管理8个模块，同时建设数据驾驶舱和移动应用系统。系统总体架构如图1所示。

图1 系统总体架构

4.技术路线选择

根据使用要求对客户机/服务器（C/S）方式和浏览器/服务器（B/S）方式进行比选，考虑到系统应用场景及后期维护便捷性，系统采用B/S 结构进行设计开发。基于前后端分离开发模式，利用Spring Boot和Vue.js技术栈设计、开发表单管理，实现定制化的表单管理流程。技术架构如图2所示。

图2 技术架构

5.典型功能设计

（1）资产管理

根据资产管理对象类型多、数量多、差异大的特点，利用GIS技术与数据库技术建立网格化、多维度资产图层，实现全域资产快速定位、浏览、查询、统计分析等功能。同时建立了不同数据类型的更新维护机制，确保系统数据准确性及唯一性。结合数字孪生流域平台开发资产一张图，为孪生平台提供资产相关技术数据，系统建设充分考虑共享要求，采用共享孪生平台数据底板，构建二维、三维一体化资产全景图。资产全景图建立多层数据穿透，便于各类数据汇总、统计及查看，实现所见即所得，避免功能菜单过多过深影响使用体验。

（2）运维管理

作为系统核心模块，运维管理涵盖全流域资产日常运行维护工作，创新采用“标准化制度+信息系统开发”的方式，推动资产运行管理标准化。模块功能设计方案充分考虑系统如何辅助生产作用，基于管理模型建立预警中心，实现运维任务系统自动提示，运维标准自动加载，最大限度降低使用难度。同时考虑运维标准不确定性，如巡查频率、检查事项等系统开发应建立可维护机制，避免重复修改代码。针对运维中巡查任务重、使用频繁等特点，结合不同资产日常巡查、特别巡查及维修养护标准及要求，定制开发巡检系统，建立数据标准化采集、上报、受理、下达、执行、反馈全流程闭环管理。

（3）考核管理

考核管理是推动管理标准化、规范化的重要抓手，考核方式系统化有助于营造公平、高效的管理环境，提升考核人员工作效率，避免层层上报汇总计算各类数据，因此考核管理模块设计充分考虑考核详细环节，着力打造数字化考核管理体系，力求各项指标数字化、标准化，使各项指标能够通过系统自动汇总生产，自动赋分，减少人为干预。同时考虑考核指标可变性，考核模块采用可配置表单进行开发，满足后期更新使用。

四、应用成效

通过系统建设全面梳理了永定河公司资产数据，包括资产基础数据、多媒体数据、遥感数据、业务数据等，共建立目录图层8项，形成矢量数据1000余条、业务数据2000余条、资产基本信息数据20000余条，实现了全流域资产数字化可视化管理，数据随时可查可用，信息获取能力显著提升，基本实现无纸化办公。基于标准化考核管理模块，依托平台数据自动统计分析，实现一键考评，管理效率提升50%以上，成为资产管理提质增效、降本节支的有力抓手。同时根据运维标准开发应用系统，推进标准化制度落地落实，工程管理标准化水平显著提升。系统上线后经受住了高并发数据录入压力，验证了其稳定性和可靠性。同时通过了网信部门网络安全测试，安全性满足相关规定要求。随着功能及性能不断优化，系统易用性逐步提高，维护难度逐步下降。

系统建设在需求牵引、应用至上的原则指导下，明确了用户对象，清晰准确地确定了建设任务及目标，深入研究应用场景，保证了系统的实用性和易用性。此外采取制度建设与系统建设相结合的管理模式，开创了流域协同治理新思路，对于流域资产协同管理高质量发展具有借鉴意义。