關鍵技術創新案例

根石在線監測技術

文/王源棟

隨著“智慧水利”“數字孿生流域”等水利重大戰略的持續深入推進，數字孿生山東黃河建設駛入快車道。為加快推進實現對河流運行狀態的透徹感知，山東黃河河務局在全面推動數字孿生體系建設的同時，強支撐、補短板，積極推動智能感知體系研發，針對根石監測、探測等難題，組織開展“揭榜掛帥”專項攻關。

經過兩年多的研制開發，基本形成以“自主式”監測感知體系和“主動式”探測體系交叉驗證的多元技術手段，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測預警體系。該體系的成功研發和實踐應用，實現了防洪工程實時在線監測預警，增強了對突發性災害和潛在危險的快速反應能力，解決了因信息孤島、數據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造成的經濟損失。系統建成后，人工巡檢方式轉為“實時在線式”，保證信息及時和準確的同時，大幅降低了人工、險情搶護和工程維護的成本。

目前，山東黃河河道整治工程多維度智能根石監測預警體系已覆蓋山東黃河9個縣（區）局，12處險工、控導工程，也助力著陜西黃河河務局的信息化基礎設施建設和數字化建設。

主溜線智能識別算法

文/劉 瑩

主溜是河道橫截面上垂線流速最大的位置，主溜區含沙量最高、河床最深，水流對堤岸的沖刷作用較大，是黃河河勢監測的重點對象。自20世紀50年代以來，黃河下游的河務部門每年都在汛前、汛期、汛后組織人工沿河查勘河勢，繪制河道主溜線。查勘人員在河道工程處進行人員觀測，非工程處的觀測精準度難以保證，且一年3次的常規觀測難以滿足洪水來臨時對復雜河勢變化的觀測需求。

為彌補人工查勘的缺點，山東黃河河務局于2021年起利用衛星遙感和視頻監控等新型觀測手段，探索主溜線智能識別方法。截至目前，已研發完成基于極值分析的遙感主溜線識別算法和基于視覺測流技術的視頻監控主溜線識別算法。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河勢觀測；后者可以實現高頻次查勘，適用于防洪形勢嚴峻時的緊急加密觀測。經對比，兩種算法的識別結果與人工查勘結果匹配。

智能識別算法的研發提升了河勢觀測的工作效率，對掌握主溜擺動規律、預測河勢變化、完善防洪工程體系、提高河道防洪標準、降低長期主溜沖刷導致的風險隱患等意義重大。遙感算法河勢查勘系統入選了2021年度成熟適用水利推廣目錄清單。

BIM在數字孿生山東黃河建設的全過程應用

文/李青雪

為更好地服務和支持數字孿生山東黃河建設，山東黃河勘測設計研究院持續開展BIM技術專項攻關和實踐應用，并成功將其應用于黃河下游引黃涵閘改建工程（山東段）的規劃設計階段和后期的施工及運行管理中。

在黃河下游引黃涵閘改建工程（山東段）的規劃設計階段，山東黃河河務局利用BIM技術成功實現了“三解決”“一突破”。一是解決了涵閘結構內力分析中傳統計算方式假定過多、計算過程繁雜等問題，實現了整體內力分析計算，提高了計算精度與效率。二是解決了涵閘設計過程中水工建筑物、電氣、金屬三維設計技術難題，探索出一套高效便捷的涵閘三維設計全流程解決方案。三是充分利用和開發其模型碰撞檢查工具功能，解決了各種“錯、漏、碰、缺”問題，減少了設計變更和工程建設成本。四是通過建立涵閘參數化族庫，成功實現了水閘各構件模型的快速裝配，有效解決了傳統二維設計圖紙修改量大、重復勞動多等問題，實現該工程設計效率、成果質量和數字化管理水平質的突破，為數字孿生引黃涵閘建設搭建了扎實的BIM模型數據底板。

山東黃河勘測設計研究院通過建立多用途、高精度的三維可視化場景，實現工程方案的三維可視化展示、建設過程的仿真模擬和效果渲染等。當前，基于BIM模型的管理系統在張肖堂涵閘改建施工中搭建并應用。