基于数字孪生的高海拔高土石坝工程施工管控探索

摘 要：为解决高海拔高土石坝工程施工过程复杂、施工周期长等因素引起的施工进度和质量管控难题，采用数字孪生理论与技术体系建立高土石坝工程数字孪生模型，模型包括基于三维ＧＩＳ 和ＢＩＭ 融合技术建立的表达工程施工动态过程的虚拟模型、基于循环仿真网络和贝叶斯修正技术建立的反馈优化施工方案的进度分析模型、基于物联网和大坝填筑全流程跟踪管理模型建立的大坝填筑质量跟踪和管控模型。以西南某高海拔地区高心墙土石坝工程为例，对高土石坝工程数字孪生模型开展工程应用。实践表明：建立的高土石坝工程数字孪生模型可实现高土石坝工程所在地区地形地貌和工程施工进度面貌的三维动态展示，快速追溯出现质量问题的工程部位的施工过程，同时借助现场ＧＰＳ 监测和移动端输入等信息采集手段实现平台虚拟模型与现场工程实体模型的双向联动。

关键词：高海拔；高土石坝；数字孪生；施工过程管控；进度分析；质量管控

中图分类号： ＴＶ５１２；ＴＰ３９１．９ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０２２

引用格式：杜成波．基于数字孪生的高海拔高土石壩工程施工管控探索［Ｊ］．人民黄河，２０２３，４５（１２）：１２４－１２９．

我国水电工程逐步向西南高海拔地区发展，但该地区自然环境恶劣，加之高土石坝工程本身施工过程复杂、填筑材料方量多，使得工程进度、质量管控面临巨大挑战。因此，如何实现高海拔高土石坝工程施工过程的全面有效管控是当今水电行业需要研究的一项重要课题。

数字孪生是一种数字化理念和技术手段，它以数据与模型的集成融合为核心，在数字空间对物理对象进行精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期，实现对工程施工决策的动态优化与验证。其中，面向的物理对象包括实物、行为、过程，构建孪生体涉及的数据包括实时数据和历史数据，集成的模型涵盖物理模型、机理模型和流程模型等。与既有的数字化技术相比，数字孪生具有虚实映射、实时同步、共生演进、闭环优化反馈等独特技术。近年来，数字孪生技术在制造、交通、能源、土木等行业得到应用，实现机理描述、异常诊断、风险预测、决策辅助等应用价值，有望在未来成为经济社会产业数字化转型的通用技术［１－３］ 。然而，数字孪生技术在水电行业的应用还处于探索阶段，较为成熟的应用是对现实数据的二维、三维展示和管理［４－５］ ，而对物理实体的构造流程跟踪和反馈优化有待深入研究。