基于數字孿生的高海拔高土石壩工程施工管控探索

摘 要：為解決高海拔高土石壩工程施工過程復雜、施工周期長等因素引起的施工進度和質量管控難題，采用數字孿生理論與技術體系建立高土石壩工程數字孿生模型，模型包括基于三維ＧＩＳ 和ＢＩＭ 融合技術建立的表達工程施工動態過程的虛擬模型、基于循環仿真網絡和貝葉斯修正技術建立的反饋優化施工方案的進度分析模型、基于物聯網和大壩填筑全流程跟蹤管理模型建立的大壩填筑質量跟蹤和管控模型。以西南某高海拔地區高心墻土石壩工程為例，對高土石壩工程數字孿生模型開展工程應用。實踐表明：建立的高土石壩工程數字孿生模型可實現高土石壩工程所在地區地形地貌和工程施工進度面貌的三維動態展示，快速追溯出現質量問題的工程部位的施工過程，同時借助現場ＧＰＳ 監測和移動端輸入等信息采集手段實現平臺虛擬模型與現場工程實體模型的雙向聯動。

關鍵詞：高海拔；高土石壩；數字孿生；施工過程管控；進度分析；質量管控

中圖分類號： ＴＶ５１２；ＴＰ３９１．９ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．１２．０２２

引用格式：杜成波．基于數字孿生的高海拔高土石壩工程施工管控探索［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（１２）：１２４－１２９．

我國水電工程逐步向西南高海拔地區發展，但該地區自然環境惡劣，加之高土石壩工程本身施工過程復雜、填筑材料方量多，使得工程進度、質量管控面臨巨大挑戰。因此，如何實現高海拔高土石壩工程施工過程的全面有效管控是當今水電行業需要研究的一項重要課題。

數字孿生是一種數字化理念和技術手段，它以數據與模型的集成融合為核心，在數字空間對物理對象進行精準數字化映射，基于數據整合與分析預測來模擬、驗證、預測、控制物理實體全生命周期，實現對工程施工決策的動態優化與驗證。其中，面向的物理對象包括實物、行為、過程，構建孿生體涉及的數據包括實時數據和歷史數據，集成的模型涵蓋物理模型、機理模型和流程模型等。與既有的數字化技術相比，數字孿生具有虛實映射、實時同步、共生演進、閉環優化反饋等獨特技術。近年來，數字孿生技術在制造、交通、能源、土木等行業得到應用，實現機理描述、異常診斷、風險預測、決策輔助等應用價值，有望在未來成為經濟社會產業數字化轉型的通用技術［１－３］ 。然而，數字孿生技術在水電行業的應用還處于探索階段，較為成熟的應用是對現實數據的二維、三維展示和管理［４－５］ ，而對物理實體的構造流程跟蹤和反饋優化有待深入研究。