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数字孪生构建佛山市智慧水利建设与实战应用

发表时间:2026-04-10 17:19

一、概况

佛山市智慧水务平台紧密围绕“数字佛山”发展战略,全面贯彻落实水利部及省水利厅关于智慧水利建设的决策部署,立足本地水务管理实际,坚持“整体规划、集约建设、分步实施”的原则,聚焦实战需求、强化应用导向,切实推动智慧水务从“展示型”向“实战型”转变。

2025年度平台深度融合雨情、水情、工情、气象信息及监控视频等多源数据,构建统一数据底座,以及水安全、水环境、排水三大应用,整合全市116个水库三维建模和50个重点水利工程建模,依托大数据分析、智能模型与可视化展示技术,实现城市防涝管理全过程闭环管控:事前精准布防(预排调度、清淤疏浚、力量前置),事中高效处置(实时监测、智能预警、快速响应),事后复盘总结(过程分析、经验提炼、优化提升),形成“全链条、可追溯、可迭代”的智慧化管理闭环。通过实战化运行,平台已成为防汛抗涝“指挥调度的作战图”,显著提升佛山市洪涝联排联调的信息化、智能化、协同化水平。

下一步,佛山将持续优化平台功能,深化数据融合与模型迭代,不断筑牢“物理工程+数字孪生”双重防线,以智慧赋能水务治理现代化,切实服务城市安全运行与高质量发展大局。

二、建设标准合规性

针对洪涝灾害成因复杂、分布分散、响应时效要求高等特点,佛山市聚焦“四预”(预报、预警、预演、预案)能力提升,系统构建覆盖全市及周边水系的防洪排涝物联感知体系,全面实现对主要河道、水库、闸泵站、积水风险点等关键防控对象运行状态的在线实时监测与动态感知,为科学决策、精准调度和高效应急提供坚实支撑。

依托《数字孪生水利工程建设技术导则》(SL/T 855—2025)中“天空地水工”一体化感知体系建设要求,佛山市高标准推进感知网络布局,构建多源融合、全域协同的立体化监测体系。目前,已布设水务物联网节点,涵盖全市主要河道55个水文监测点、1033座闸泵站工况监测点、116座水库“水位—雨量—库容”三要素监测点,以及217个重点积水风险点的实时积水监测点位,实现对行洪通道、排水管网、调蓄设施等关键环节的全时段、全要素、全过程动态监控。同时,充分整合市视频平台6万路视频资源,通过视频智能分析与物联数据深度融合,提升异常事件识别能力与现场态势研判水平,形成“感知—分析—预警—响应”闭环管理机制。

图 1 水安全应用-监测预警与指挥调度总览

该物联感知体系在监测要素密度、空间覆盖广度、数据采集频次和系统集成能力等方面均达到行业领先水平,全面满足数字孪生水利对高精度、高时效、高可靠数据底座的建设要求。通过统一规划、标准引领、系统集成,防洪排涝物联感知体系有效支撑了洪涝联排联调、应急指挥调度和风险预判预警能力的提升,为构建“智慧、韧性、安全”的现代水利治理体系奠定坚实基础。

三、“四预”应用实战性

(一)强化事前精准预报预警,构建“预降水位—清疏整治—巡防布防”全链条防控体系。

在洪水或暴雨预警发布后,系统自动触发河涌水位预排指令,实时推送至相关责任人,并通过短信精准提醒。依托智能水位监测与分析平台,系统动态评估预排执行效果,对未按时完成任务的节点自动发起督办,确保预排措施落地见效。同时,系统根据积水风险点分布,智能下发周边管网清疏任务,自动通知管护责任人,责任人通过移动端APP实时上传清疏作业进展,系统即时汇总并可视化展示整体清疏进度,实现任务闭环管理,全面保障重点区域排水通道畅通无阻。在防汛响应和暴雨预警启动时,系统自动派发巡防签到工单,并通过短信提醒抢险责任人及时到位。责任人通过APP完成签到并上报现场准备情况,确保巡查人员、应急队伍及抢险设备提前部署、整装待命,显著提升应急响应的主动性与协同效率。

图 2 水安全应用-基于暴雨预警的风险点布防调度

2025年台风“杨柳”期间,系统高效联动全市330座泵站、共计803台排水机组开展预排作业,充分验证了“预报—预排”机制在实战中的快速响应能力与科学调度水平,为实现“早布防、快处置、会总结”的智慧防汛目标提供了有力支撑。

(二)增强事中监测预警和事件处置。

系统全面支持河道水位、水库水位及城市积水点的实时监测与智能预警,一旦发现异常,自动触发短信通知,第一时间推送至相关现场责任人,确保响应及时。同时,系统实现事件自动创建,现场处置人员可通过移动端APP实时上报处置进展,完成“发现—上报—处置—反馈”全流程闭环管理。

图 3 水安全应用-基于监测预警的事件处理

2025年汛期,全市217个重点积水点共生成656起积水事件,22个山洪灾害点共生成46起山洪预警事件,事件闭环处理率达93%,显著提升了佛山市防洪排涝应急响应的效率与精准度。

(三)促进事后台账生成和洪涝工程整治全过程管理。

在防汛响应及暴雨预警解除后,系统自动提取响应与预警期间的各类事件数据,智能生成事件处置台账,各区业务人员可在线编辑、补充并提交至市局,实现台账管理的规范化与高效化。平台全面支持对需开展工程整治的隐患点进行整治进度动态跟踪、整治成效评估及整治完成后的销账管理,构建起“排查整治—验收评估—销账闭环”的全生命周期管理机制。

截至目前,平台已累计归档2025年汛期整治项目163项,其中在建及立项项目19项,全面实现“一案一档、动态更新、全程可溯”的精细化管理目标,有力支撑城市洪涝治理工作的科学决策与闭环管控。

(四)推进“防涝一张图”智慧管理。

依托全市217处积水风险点台账,创新构建积水点专题应用场景,全面汇聚单个风险点的基础信息、排水通道布局、“一点一策”应对方案等静态数据,同时动态关联雨水管网液位、泵闸水位、河涌水位及实时视频图像等关键运行信息,实现“静态数据+动态感知”的深度融合。

平台为决策指挥人员提供直观、精准的可视化支撑,全面实现积水风险点预警全覆盖、全市抢险车辆布防与签到管理、积水事件处置全过程闭环管控,以及易涝点场景信息的全景式展示,有力支撑涝情趋势预判、应急响应与处置反馈的科学决策。

图 4 水安全应用-监测预警与事件处置一张图

图 5 水库三维实景建模

“防涝一张图”深度融合实时视频流与关键水工程的三维实景建模,支持多图层叠加、动态切换与空间分析,是“数字孪生平台”在城市内涝治理场景中的典型应用示范,标志着城市防涝管理向智能化、可视化、一体化迈进的重要一步。

四、技术创新性

(一)构建“天空地水工”一体化感知底座,实现高精度、全要素、实时化数据融合。

突破传统水务监测“碎片化、孤岛化”瓶颈,融合卫星遥感、无人机航拍、地面物联网(IoT)、视频监控与水工程运行数据,形成“天空地水工”多源异构数据协同感知网络。全市布设55个水文监测点、1033座闸泵站工况点、116座水库三要素监测点、217个积水点实时监测点,实现对行洪通道、排水管网、调蓄设施的全时段、全要素、全过程动态感知。在监测密度、覆盖广度、数据频次与系统集成度方面达到行业领先水平,为数字孪生提供坚实可靠的数据底座。

(二)打造“四预”闭环智能引擎,推动防洪排涝由被动响应向主动预判跃迁。

将“预报—预警—预演—预案”四预能力深度嵌入数字孪生平台,构建“感知—分析—决策—执行—反馈”全链条智能闭环。

一是预排调度智能化:暴雨预警触发后,系统自动下发河涌水位预排指令,联动330座泵站、803台机组,实现“早布防、快响应”。2025年台风“杨柳”期间累计排水5110万立方米,有效腾库降险。

二是风险布防精准化:基于积水风险点台账与实时水位数据,智能生成巡防签到工单、清疏任务工单,通过移动端APP实现任务派发、执行反馈、进度可视化闭环管理。

三是事件处置自动化:监测异常自动创建事件工单,现场人员通过APP上报处置进展,实现“发现—上报—处置—反馈”全流程可追溯。

四是复盘总结数据化:暴雨结束后,系统自动生成“一雨一报”复盘台账,集成降雨量、水位变化、成因分析、处置措施等多维数据,支撑科学决策与预案迭代。真正实现“事前精准布防、事中高效处置、事后复盘优化”的闭环管理,推动防汛从“经验驱动”向“数据+模型驱动”转型。

(三)构建“防涝一张图”可视化决策中枢,实现多维信息融合与空间智能分析。

融合静态数据(如“一点一策”方案、管网布局)与动态感知数据(水位、液位、视频流),构建“静态+动态”深度融合的城市内涝数字孪生可视化平台。

图 6 水安全应用-西南水闸、芦苞水闸分洪监测监控

一是支持“防涝一张图”多图层叠加、动态切换、空间分析与三维实景建模(如水库三维可视化)。二是实现积水风险点预警全覆盖、抢险车辆布防与签到管理、事件处置全过程追踪。三是通过三维建模与实时视频流融合,提供“所见即所得”的指挥视图,提升指挥调度的直观性与科学性。这是数字孪生技术在城市内涝治理场景中的典型应用示范,标志着城市防涝管理迈向“可视化、一体化、智能化”新阶段。

(四)实现“物理工程+数字孪生”双重防线,推动水务治理范式变革。

打破“物理系统”与“数字系统”割裂状态,构建“双轮驱动”的韧性治理新模式。数字孪生平台作为“虚拟大脑”,实时映射物理工程运行状态,支撑科学调度与应急推演。在台风“杨柳”极端天气下,系统成功应对“超标准、超极值”降雨(如1小时雨量129.5mm,打破历史极值),实现“预警及时、调度科学、响应迅速、处置高效”。事件闭环处理率达93%,平均处置时长缩短30%,显著提升城市韧性与安全水平。推动水务治理从“被动抢险”向“主动预防”、从“经验判断”向“数据智能”、从“局部管理”向“全局协同”跃升。

佛山市智慧水务平台以数字孪生为核心引擎,深度融合物联网、大数据、AI、三维建模与可视化技术,构建起“感知—分析—预警—调度—复盘”全链条闭环管理体系,不仅在台风“杨柳”实战中经受住极端天气考验,更开创了城市内涝治理数字化转型的新范式。其技术路径具有可复制、可推广、可迭代的典型示范意义,为全国智慧水利与城市安全治理提供了“佛山样板”。