天衍智水利大数据BIM建模技术及其应用取得突破性进展

一、与国家级研究机构、央企合作开展水利大数据BIM建模

（一）与中交公路规划设计院联合开发——三维山洪防真及气象预警平台

基于激光雷达地表点云数据及地质、建筑等基础大数据，智能化构建地形、地质、构筑物三维一体化模型以及洪水三维矢量流场模型、洪水三维淹没模型，并实现不同降雨强度与降雨时间下的山洪汇流三维仿真，为三维可视化、精准化的山洪灾害监测预警、治理工程设计等提供支撑。

1.中交公路规划设计院委托的北京房山区良乡山洪地灾三维矢量一体化建模及仿真，该区多次爆发小型山洪灾害，给公路及下方的居民造成威胁，采用山洪仿真平台，校核了中交公路规划设计院设计的公路桥涵断面、排洪沟的工程设计，并对强降雨条件下，对下游的居民区的山洪灾害进行预先评估，并基于天气预报信息进行山洪仿真，可实时查询山洪的水深、流速、流向等参数，评估成灾的可能性。

2.重庆地质矿产研究院委托的重庆巫溪县白鹿泥石流三维矢量一体化建模及仿真，构建了30平方公里三维地表及汇流模型，根据降雨量与时间进行山洪汇流仿真，优化泥石流沟排洪工程设计工作。

（二）与南京水利科学研究院联合开发——坝体溃决过程三维仿真系统

坝体溃决过程三维仿真系统是2014年自主研发的面向防洪领域的一款高端三维仿真平台，是国内第一款SPH三维流体粒子流溃坝及淹没范围仿真分析平台，达到国际先进水平，部分指标达到国际领先水平。

主要功能包括加载水库坝区仿真全场景、库区全视点漫游、设置三维仿真演示参数、一维Breach计算及结果浏览、三维溃坝仿真（动态设置溃口位置与关联Breach工程、计算动态三维溃口模型）、SPH三维流体粒子仿真计算。

（三）与长江水利委员会长江勘测设计院联合研制——滇中调水工程三维施工仿真系统平台

2017年滇中引水工程是国家节水供水重大水利工程中的标志性工程，也是中国西南地区规模最大、投资最多的水资源配置工程。本系统平台基于滇中调水工程区域的地表、地质、道路、铁塔、管道等基础大数据，智能化构建了地上地下三维一体化模型，并实现项目三维可视化仿真、全要素对象化及施工进度的三维可视化管理，并在全矢量三维数字地球平台上实现三维浏览、基本信息查询、施工进度可视化仿真、生成施工进度报表等功能。

（四）与南京水利科学院联合研制——引汉济渭工程三维施工仿真系统平台

引汉济渭工程是解决陕西关中、陕北缺水的战略性水资源配置工程，是国务院批准的重大基础设施建设项目。本系统平台基于引汉济渭工程区域的地形、水电站、水体、引水管线等基础大数据，智能化构建了地上地下三维一体化模型，并实现了大区域三维地表模型、黄金峡水利枢纽三维可视化仿真、三河口水利枢纽三维可视化仿真及引水管道三维可视化管理，并在全矢量三维数字地球平台上实现三维浏览、基本信息查询、施工进度可视化仿真、生成施工进度报表、监测视频接入等功能。

（五）水利部——河道管理范围内建设项目信息管理系统

该管理系统由水利部委托开发，针对长江、黄河、珠江、海河、松辽、淮河、太湖等7个流域机构及相应的32个省（市、区），基于流域基础大数据智能化构建了流域三维模型，并在全矢量三维数字地球平台上，实现了各负责单位对河道管理范围内建设项目信息的填报、查询、统计、分析和三维化管理。

（六）黑龙江大学水利教育三维综合仿真平台

开发了黑龙江大学大顶子山航电枢纽工程虚拟仿真教学系统，基于航电枢纽及周边实地现状等基础大数据，构建了地形地貌、工程地质与水文地质、江水和坝体结构等的三维环境和实验对象，虚拟再现或交互完成了工程建设和管理关键环节的真实过程，主要模块包括：大顶子山航电枢纽三维子系统、库区上游江水回漫动态仿真子系统、太阳岛区域三维降雨与淹没模拟子系统、三维冰凌效果可视化仿真子系统、三维舌瓣门子系统、水利枢纽厂房与内部主要设备漫游子系统、水利工程施工仿真子系统等。

二、项目实施的体会

水利项目往往涉及大区域复杂地形和地质和水文条件，其中包含海量的地表、地质、水体等基础大数据，必须采用自主的智能化建模技术，构建水利工程构筑物、物联网大数据、水利行业大数据等与基础大数据的一体化模型，才能支撑起三维化、智慧化、精准化的水利工程项目规划、建设、运维全流程专业应用体系。

目前基于大区域地表地下一体化建模应用平台，针对行业复杂问题都面临着以下挑战：

（一）针对动态增长变化、不同类型的海量基础大数据，目前采用人机交互的建模方式，效率低、成本高，而且无法生成行业专业化应用所需的模型成果。

（二）空间模型的三大主力军，即测绘、地质与建（构）筑物体系三大空间模型基本自成体系，三者模型之间很难实现共享、融合与一体化。

（三）对空间模型的内在规律研究不够，未能深刻认识空间模型中自然空间模型（地质模型及地表模型）与人造空间模型（BIM）之间巨大差异以及如何实现空间拓扑一致的融合。

（四）对空间模型作为一种矢量非结构化大数据模型的复杂性认识不够，未能充分认识到空间大数据模型是最为复杂的一种大数据模型。

三、解决支撑专业应用瓶颈难题的突破性进展

1. 构建大区域的地上地表地下一体化空间三维模型，必须解决空间拓扑一致，要从大数据技术、三维矢量化技术、全矢量三维数字地球技术、三维激光雷达数字测绘技术等前沿技术领域取得实质性进展，实现地表、地质、水系等自然空间基础大数据模型与人造空间模型之间三维化、矢量化与拓扑一致化的理论与方法，结合行业专业化应用方法及理论。

2. 针对某个项目，要完成高精度的地上地表地下一体化三维模型，费用较高，往往是一个单一水利项目不易承受的。解决思路是从基础大数据建设的角度构建该模型，可以用于国土、规划、农业、水利、交通等各行各业，并整合各种资源，就可以分摊每一种应用的费用，也就是当前基础大数据新基建的重要建设内容。

四、天衍智后续有条件开展的水利大数据服务工作

（一）城市内涝风险控制

针对城市内涝与防洪形势比较严重的城市，以整个城市的地表、地物以及埋深数十米的工程地质、水文地质、环境地质等的高精度基础大数据采集、加工，以及城市周边洪水消纳缓冲区域的高精度基础大数据采集、加工等为基础，快速、低成本实现大区域地上地下一体化高精度全矢量三维建模，支持三维淹没区的精确计算、分析、预测及控制（已申请国家发明专利《基于目标导航定位的淹没区自适应风险控制方法及系统》，专利号：201610640001.1）。

（二）基础大数据与重大水利工程咨询

中国水资源在时空分布上极不均衡，水资源跨时空的调度，是中国合理利用开发水资源、构建水安全的重大举措。

重大调水工程意义重大，公司以“3D+大数据+智能”解决环境基础大数据智能化建模问题，可以有力支撑工程选线优化及途经影响的大面积区域，以采用工业遥感采集技术，整体采集高精度地表、地 物、水体等原始大数据，并结合国家地质调查等原始历史大数据，进行大区域地质、地表、地物、河湖水体等一体化基础大数据建模等为目标，构建以“基础大数据建设”支撑重大水利工程体系。