天衍智水(shuǐ)利大(dà)數據BIM建模技術及其應用(yòng)取得(de)突破性進展

一、與國家級研究機構、央企合作開展水(shuǐ)利大(dà)數據BIM建模

（一）與中交公路規劃設計院聯合開發——三維山洪防真及氣象預警平台

基于激光(guāng)雷達地表點雲數據及地質、建築等基礎大(dà)數據，智能化(huà)構建地形、地質、構築物(wù)三維一體化(huà)模型以及洪水(shuǐ)三維矢量流場(chǎng)模型、洪水(shuǐ)三維淹沒模型，并實現不同降雨(yǔ)強度與降雨(yǔ)時(shí)間下(xià)的(de)山洪彙流三維仿真，爲三維可(kě)視化(huà)、精準化(huà)的(de)山洪災害監測預警、治理(lǐ)工程設計等提供支撐。

1.中交公路規劃設計院委托的(de)北(běi)京房(fáng)山區(qū)良鄉山洪地災三維矢量一體化(huà)建模及仿真，該區(qū)多(duō)次爆發小型山洪災害，給公路及下(xià)方的(de)居民造成威脅，采用(yòng)山洪仿真平台，校核了(le)中交公路規劃設計院設計的(de)公路橋涵斷面、排洪溝的(de)工程設計，并對(duì)強降雨(yǔ)條件下(xià)，對(duì)下(xià)遊的(de)居民區(qū)的(de)山洪災害進行預先評估，并基于天氣預報信息進行山洪仿真，可(kě)實時(shí)查詢山洪的(de)水(shuǐ)深、流速、流向等參數，評估成災的(de)可(kě)能性。

2.重慶地質礦産研究院委托的(de)重慶巫溪縣白鹿泥石流三維矢量一體化(huà)建模及仿真，構建了(le)30平方公裏三維地表及彙流模型，根據降雨(yǔ)量與時(shí)間進行山洪彙流仿真，優化(huà)泥石流溝排洪工程設計工作。

（二）與南(nán)京水(shuǐ)利科學研究院聯合開發——壩體潰決過程三維仿真系統

壩體潰決過程三維仿真系統是2014年自主研發的(de)面向防洪領域的(de)一款高(gāo)端三維仿真平台，是國内第一款SPH三維流體粒子流潰壩及淹沒範圍仿真分(fēn)析平台，達到國際先進水(shuǐ)平，部分(fēn)指标達到國際領先水(shuǐ)平。

主要功能包括加載水(shuǐ)庫壩區(qū)仿真全場(chǎng)景、庫區(qū)全視點漫遊、設置三維仿真演示參數、一維Breach計算(suàn)及結果浏覽、三維潰壩仿真（動态設置潰口位置與關聯Breach工程、計算(suàn)動态三維潰口模型）、SPH三維流體粒子仿真計算(suàn)。

（三）與長(cháng)江水(shuǐ)利委員(yuán)會長(cháng)江勘測設計院聯合研制——滇中調水(shuǐ)工程三維施工仿真系統平台

2017年滇中引水(shuǐ)工程是國家節水(shuǐ)供水(shuǐ)重大(dà)水(shuǐ)利工程中的(de)标志性工程，也(yě)是中國西南(nán)地區(qū)規模最大(dà)、投資最多(duō)的(de)水(shuǐ)資源配置工程。本系統平台基于滇中調水(shuǐ)工程區(qū)域的(de)地表、地質、道路、鐵塔、管道等基礎大(dà)數據，智能化(huà)構建了(le)地上地下(xià)三維一體化(huà)模型，并實現項目三維可(kě)視化(huà)仿真、全要素對(duì)象化(huà)及施工進度的(de)三維可(kě)視化(huà)管理(lǐ)，并在全矢量三維數字地球平台上實現三維浏覽、基本信息查詢、施工進度可(kě)視化(huà)仿真、生成施工進度報表等功能。

（四）與南(nán)京水(shuǐ)利科學院聯合研制——引漢濟渭工程三維施工仿真系統平台

引漢濟渭工程是解決陝西關中、陝北(běi)缺水(shuǐ)的(de)戰略性水(shuǐ)資源配置工程，是國務院批準的(de)重大(dà)基礎設施建設項目。本系統平台基于引漢濟渭工程區(qū)域的(de)地形、水(shuǐ)電站、水(shuǐ)體、引水(shuǐ)管線等基礎大(dà)數據，智能化(huà)構建了(le)地上地下(xià)三維一體化(huà)模型，并實現了(le)大(dà)區(qū)域三維地表模型、黃(huáng)金峽水(shuǐ)利樞紐三維可(kě)視化(huà)仿真、三河(hé)口水(shuǐ)利樞紐三維可(kě)視化(huà)仿真及引水(shuǐ)管道三維可(kě)視化(huà)管理(lǐ)，并在全矢量三維數字地球平台上實現三維浏覽、基本信息查詢、施工進度可(kě)視化(huà)仿真、生成施工進度報表、監測視頻(pín)接入等功能。

（五）水(shuǐ)利部——河(hé)道管理(lǐ)範圍内建設項目信息管理(lǐ)系統

該管理(lǐ)系統由水(shuǐ)利部委托開發，針對(duì)長(cháng)江、黃(huáng)河(hé)、珠江、海河(hé)、松遼、淮河(hé)、太湖等7個(gè)流域機構及相應的(de)32個(gè)省（市、區(qū)），基于流域基礎大(dà)數據智能化(huà)構建了(le)流域三維模型，并在全矢量三維數字地球平台上，實現了(le)各負責單位對(duì)河(hé)道管理(lǐ)範圍内建設項目信息的(de)填報、查詢、統計、分(fēn)析和(hé)三維化(huà)管理(lǐ)。

（六）黑(hēi)龍江大(dà)學水(shuǐ)利教育三維綜合仿真平台

開發了(le)黑(hēi)龍江大(dà)學大(dà)頂子山航電樞紐工程虛拟仿真教學系統，基于航電樞紐及周邊實地現狀等基礎大(dà)數據，構建了(le)地形地貌、工程地質與水(shuǐ)文地質、江水(shuǐ)和(hé)壩體結構等的(de)三維環境和(hé)實驗對(duì)象，虛拟再現或交互完成了(le)工程建設和(hé)管理(lǐ)關鍵環節的(de)真實過程，主要模塊包括：大(dà)頂子山航電樞紐三維子系統、庫區(qū)上遊江水(shuǐ)回漫動态仿真子系統、太陽島區(qū)域三維降雨(yǔ)與淹沒模拟子系統、三維冰淩效果可(kě)視化(huà)仿真子系統、三維舌瓣門子系統、水(shuǐ)利樞紐廠房(fáng)與内部主要設備漫遊子系統、水(shuǐ)利工程施工仿真子系統等。

二、項目實施的(de)體會

水(shuǐ)利項目往往涉及大(dà)區(qū)域複雜(zá)地形和(hé)地質和(hé)水(shuǐ)文條件，其中包含海量的(de)地表、地質、水(shuǐ)體等基礎大(dà)數據，必須采用(yòng)自主的(de)智能化(huà)建模技術，構建水(shuǐ)利工程構築物(wù)、物(wù)聯網大(dà)數據、水(shuǐ)利行業大(dà)數據等與基礎大(dà)數據的(de)一體化(huà)模型，才能支撐起三維化(huà)、智慧化(huà)、精準化(huà)的(de)水(shuǐ)利工程項目規劃、建設、運維全流程專業應用(yòng)體系。

目前基于大(dà)區(qū)域地表地下(xià)一體化(huà)建模應用(yòng)平台，針對(duì)行業複雜(zá)問題都面臨著(zhe)以下(xià)挑戰：

（一）針對(duì)動态增長(cháng)變化(huà)、不同類型的(de)海量基礎大(dà)數據，目前采用(yòng)人(rén)機交互的(de)建模方式，效率低、成本高(gāo)，而且無法生成行業專業化(huà)應用(yòng)所需的(de)模型成果。

（二）空間模型的(de)三大(dà)主力軍，即測繪、地質與建（構）築物(wù)體系三大(dà)空間模型基本自成體系，三者模型之間很難實現共享、融合與一體化(huà)。

（三）對(duì)空間模型的(de)内在規律研究不夠，未能深刻認識空間模型中自然空間模型（地質模型及地表模型）與人(rén)造空間模型（BIM）之間巨大(dà)差異以及如何實現空間拓撲一緻的(de)融合。

（四）對(duì)空間模型作爲一種矢量非結構化(huà)大(dà)數據模型的(de)複雜(zá)性認識不夠，未能充分(fēn)認識到空間大(dà)數據模型是最爲複雜(zá)的(de)一種大(dà)數據模型。

三、解決支撐專業應用(yòng)瓶頸難題的(de)突破性進展

1. 構建大(dà)區(qū)域的(de)地上地表地下(xià)一體化(huà)空間三維模型，必須解決空間拓撲一緻，要從大(dà)數據技術、三維矢量化(huà)技術、全矢量三維數字地球技術、三維激光(guāng)雷達數字測繪技術等前沿技術領域取得(de)實質性進展，實現地表、地質、水(shuǐ)系等自然空間基礎大(dà)數據模型與人(rén)造空間模型之間三維化(huà)、矢量化(huà)與拓撲一緻化(huà)的(de)理(lǐ)論與方法，結合行業專業化(huà)應用(yòng)方法及理(lǐ)論。

2. 針對(duì)某個(gè)項目，要完成高(gāo)精度的(de)地上地表地下(xià)一體化(huà)三維模型，費用(yòng)較高(gāo)，往往是一個(gè)單一水(shuǐ)利項目不易承受的(de)。解決思路是從基礎大(dà)數據建設的(de)角度構建該模型，可(kě)以用(yòng)于國土、規劃、農業、水(shuǐ)利、交通(tōng)等各行各業，并整合各種資源，就可(kě)以分(fēn)攤每一種應用(yòng)的(de)費用(yòng)，也(yě)就是當前基礎大(dà)數據新基建的(de)重要建設内容。

四、天衍智後續有條件開展的(de)水(shuǐ)利大(dà)數據服務工作

（一）城(chéng)市内澇風險控制

針對(duì)城(chéng)市内澇與防洪形勢比較嚴重的(de)城(chéng)市，以整個(gè)城(chéng)市的(de)地表、地物(wù)以及埋深數十米的(de)工程地質、水(shuǐ)文地質、環境地質等的(de)高(gāo)精度基礎大(dà)數據采集、加工，以及城(chéng)市周邊洪水(shuǐ)消納緩沖區(qū)域的(de)高(gāo)精度基礎大(dà)數據采集、加工等爲基礎，快(kuài)速、低成本實現大(dà)區(qū)域地上地下(xià)一體化(huà)高(gāo)精度全矢量三維建模，支持三維淹沒區(qū)的(de)精确計算(suàn)、分(fēn)析、預測及控制（已申請國家發明(míng)專利《基于目标導航定位的(de)淹沒區(qū)自适應風險控制方法及系統》，專利号：201610640001.1）。

（二）基礎大(dà)數據與重大(dà)水(shuǐ)利工程咨詢

中國水(shuǐ)資源在時(shí)空分(fēn)布上極不均衡，水(shuǐ)資源跨時(shí)空的(de)調度，是中國合理(lǐ)利用(yòng)開發水(shuǐ)資源、構建水(shuǐ)安全的(de)重大(dà)舉措。

重大(dà)調水(shuǐ)工程意義重大(dà)，公司以“3D+大(dà)數據+智能”解決環境基礎大(dà)數據智能化(huà)建模問題，可(kě)以有力支撐工程選線優化(huà)及途經影(yǐng)響的(de)大(dà)面積區(qū)域，以采用(yòng)工業遙感采集技術，整體采集高(gāo)精度地表、地 物(wù)、水(shuǐ)體等原始大(dà)數據，并結合國家地質調查等原始曆史大(dà)數據，進行大(dà)區(qū)域地質、地表、地物(wù)、河(hé)湖水(shuǐ)體等一體化(huà)基礎大(dà)數據建模等爲目标，構建以“基礎大(dà)數據建設”支撐重大(dà)水(shuǐ)利工程體系。