關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新案例

根石在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

文/王源棟

隨著“智慧水利”“數(shù)字孿生流域”等水利重大戰(zhàn)略的持續(xù)深入推進(jìn)，數(shù)字孿生山東黃河建設(shè)駛?cè)肟燔嚨馈榧涌焱七M(jìn)實(shí)現(xiàn)對(duì)河流運(yùn)行狀態(tài)的透徹感知，山東黃河河務(wù)局在全面推動(dòng)數(shù)字孿生體系建設(shè)的同時(shí)，強(qiáng)支撐、補(bǔ)短板，積極推動(dòng)智能感知體系研發(fā)，針對(duì)根石監(jiān)測(cè)、探測(cè)等難題，組織開展“揭榜掛帥”專項(xiàng)攻關(guān)。

經(jīng)過兩年多的研制開發(fā)，基本形成以“自主式”監(jiān)測(cè)感知體系和“主動(dòng)式”探測(cè)體系交叉驗(yàn)證的多元技術(shù)手段，建立起一套成熟的山東黃河河道整治工程多維度智能根石監(jiān)測(cè)預(yù)警體系。該體系的成功研發(fā)和實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了防洪工程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，增強(qiáng)了對(duì)突發(fā)性災(zāi)害和潛在危險(xiǎn)的快速反應(yīng)能力，解決了因信息孤島、數(shù)據(jù)信息傳遞滯后而增加決策成本的問題，最大限度地減少或避免了洪災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失。系統(tǒng)建成后，人工巡檢方式轉(zhuǎn)為“實(shí)時(shí)在線式”，保證信息及時(shí)和準(zhǔn)確的同時(shí)，大幅降低了人工、險(xiǎn)情搶護(hù)和工程維護(hù)的成本。

目前，山東黃河河道整治工程多維度智能根石監(jiān)測(cè)預(yù)警體系已覆蓋山東黃河9個(gè)縣（區(qū)）局，12處險(xiǎn)工、控導(dǎo)工程，也助力著陜西黃河河務(wù)局的信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和數(shù)字化建設(shè)。

主溜線智能識(shí)別算法

文/劉 瑩

主溜是河道橫截面上垂線流速最大的位置，主溜區(qū)含沙量最高、河床最深，水流對(duì)堤岸的沖刷作用較大，是黃河河勢(shì)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)對(duì)象。自20世紀(jì)50年代以來，黃河下游的河務(wù)部門每年都在汛前、汛期、汛后組織人工沿河查勘河勢(shì)，繪制河道主溜線。查勘人員在河道工程處進(jìn)行人員觀測(cè)，非工程處的觀測(cè)精準(zhǔn)度難以保證，且一年3次的常規(guī)觀測(cè)難以滿足洪水來臨時(shí)對(duì)復(fù)雜河勢(shì)變化的觀測(cè)需求。

為彌補(bǔ)人工查勘的缺點(diǎn)，山東黃河河務(wù)局于2021年起利用衛(wèi)星遙感和視頻監(jiān)控等新型觀測(cè)手段，探索主溜線智能識(shí)別方法。截至目前，已研發(fā)完成基于極值分析的遙感主溜線識(shí)別算法和基于視覺測(cè)流技術(shù)的視頻監(jiān)控主溜線識(shí)別算法。前者可以快速獲取到大范圍的河道主溜線，適用于全河段的常規(guī)河勢(shì)觀測(cè)；后者可以實(shí)現(xiàn)高頻次查勘，適用于防洪形勢(shì)嚴(yán)峻時(shí)的緊急加密觀測(cè)。經(jīng)對(duì)比，兩種算法的識(shí)別結(jié)果與人工查勘結(jié)果匹配。

智能識(shí)別算法的研發(fā)提升了河勢(shì)觀測(cè)的工作效率，對(duì)掌握主溜擺動(dòng)規(guī)律、預(yù)測(cè)河勢(shì)變化、完善防洪工程體系、提高河道防洪標(biāo)準(zhǔn)、降低長期主溜沖刷導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)隱患等意義重大。遙感算法河勢(shì)查勘系統(tǒng)入選了2021年度成熟適用水利推廣目錄清單。

BIM在數(shù)字孿生山東黃河建設(shè)的全過程應(yīng)用

文/李青雪

為更好地服務(wù)和支持?jǐn)?shù)字孿生山東黃河建設(shè)，山東黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院持續(xù)開展BIM技術(shù)專項(xiàng)攻關(guān)和實(shí)踐應(yīng)用，并成功將其應(yīng)用于黃河下游引黃涵閘改建工程（山東段）的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段和后期的施工及運(yùn)行管理中。

在黃河下游引黃涵閘改建工程（山東段）的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，山東黃河河務(wù)局利用BIM技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了“三解決”“一突破”。一是解決了涵閘結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析中傳統(tǒng)計(jì)算方式假定過多、計(jì)算過程繁雜等問題，實(shí)現(xiàn)了整體內(nèi)力分析計(jì)算，提高了計(jì)算精度與效率。二是解決了涵閘設(shè)計(jì)過程中水工建筑物、電氣、金屬三維設(shè)計(jì)技術(shù)難題，探索出一套高效便捷的涵閘三維設(shè)計(jì)全流程解決方案。三是充分利用和開發(fā)其模型碰撞檢查工具功能，解決了各種“錯(cuò)、漏、碰、缺”問題，減少了設(shè)計(jì)變更和工程建設(shè)成本。四是通過建立涵閘參數(shù)化族庫，成功實(shí)現(xiàn)了水閘各構(gòu)件模型的快速裝配，有效解決了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)圖紙修改量大、重復(fù)勞動(dòng)多等問題，實(shí)現(xiàn)該工程設(shè)計(jì)效率、成果質(zhì)量和數(shù)字化管理水平質(zhì)的突破，為數(shù)字孿生引黃涵閘建設(shè)搭建了扎實(shí)的BIM模型數(shù)據(jù)底板。

山東黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院通過建立多用途、高精度的三維可視化場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)工程方案的三維可視化展示、建設(shè)過程的仿真模擬和效果渲染等。當(dāng)前，基于BIM模型的管理系統(tǒng)在張肖堂涵閘改建施工中搭建并應(yīng)用。