【摘要】数字孪生水利工程是数字空间对物理水利工程全要素、全过程的数字映射、智能模拟、前瞻预演，虚拟再现真实水利工程。数字化交付作为数字孪生水利工程的基石，通过建设期各种数据资料的分类、收集、整理、审批，在移交物理工程的同时移交一个三维数字化水利工程，并在运维阶段实现与生产运行管理系统的数据集成，最终实现面向全生命期的数字孪生水利工程。

【关键词】数字化交付；数字孪生水利工程

1  数字孪生水利工程建设数据需求

数字孪生水利工程以物理水利工程为单元、时空数据为底座、数学模型为核心、水利知识为驱动，对物理水利工程全要素和建设运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演，与物理水利工程同步仿真运行、虚实交互、迭代优化，实现对物理水利工程的实时监控、发现问题、优化调度的新型基础设施。

数字孪生水利工程包括数字孪生平台、信息化基础设施和典型应用等内容，其中数据底板建设要求充分利用工程设计施工图纸、建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling）等资料，建设工程数据底板，汇聚工程全要素、全过程地理空间数据、基础数据、监测数据、业务管理数据以及外部共享数据，从而提出了对水利工程全生命期的数据需求。

2  数字化交付在数字孪生水利工程中的作用

数字孪生水利工程建设，离不开数据的支撑，其地理空间数据、基础数据、监测数据、业务管理数据、外部共享数据等构成了数字孪生水利工程的算据基础，而数据的采集与处理则涉及工程设计到施工、再到持续运维的整个周期。

由于水利工程建设普遍存在周期长、涉及范围广、工程参建方多的特点，其边设计、边采购、边施工的传统工程建设模式容易导致工程进度数据不清晰不准确，如设备、材料的到货时间，土建、电气、机械等专业施工进度等数据，主要依赖于项目负责人不断跟进项目现场施工、物料采购的进展情况，容易导致数据滞后，与现场情况不符。同时，设计、施工过程中产生的图纸、图像、文档等信息不仅数据量大、数据格式不统一，且不便于保存，导致数据的割裂和丢失，无法满足工程全生命期要求。数字化交付则采用更高效、更集成、更具人性化的数字化手段来实现设计、采购、施工各阶段的数据集成与关联，从而满足数字孪生水利工程建设要求。

数字化交付在数字孪生水利工程中有以下作用：

（1）实现数据自动采集、自动关联，统一数据标准。数字化交付的核心工作之一是识别和处理各种来源数据，实现数据的自动抽取、关联，数字化交付以工程对象为载体，按照统一规定的各项要求，有效整合工程设计、采购、施工、运维等关联数据，形成集中、规范、完整、统一的数据资产仓库。

（2）工程信息查询快捷方便，实现工程各参建方的信息共享。通过多种查询方式，如属性查询、联合查询、查询结果智能化报表等方式，将工程建设阶段的设计信息、采购信息、施工信息等一切与工程相关的数据和文档以关联的方式在数字化交付平台展现，使工程各参建方彻底摆脱工程基础数据查找难的烦恼，满足工程各参建方对透明数据的需求。

（3）工程运维阶段为生产运行管理系统提供基础数据信息，实现数据的全生命期流转。通过数字化交付，从源头掌握工程运行管理数据，并以此为基础实现工程数字化，开展现代化的工程运维管理及设备资产管理，从而实现工程全生命期的数字化管理。

3  数字化交付的技术实现

3.1  数字化交付方案架构

数字化交付在建设期通过数字化实现针对水利工程的各种资料的分类、收集、整理、审批，并最终移交给运营维护团队的过程，实现在移交一个物理工程的同时，移交一个三维数字化的工程，并在运维阶段实现与生产运管系统的数据集成，为工程运行管理提供服务，最终实现面向全命周期的数字孪生水利工程。数字化交付架构如图1。

数字化交付基于位号、三维数字化模型、P&ID图为索引，集成来自工程全生命期的静态数据和动态数据，包括设计阶段的2D/3D图文档数据资料、建设阶段的施工文档、设备文档。

在建设期，为参与项目的设计方、施工方、供货方、业主方提供一个跨组织的协作平台、信息共享平台。帮助业主实现施工进度可视化模拟、施工安排、施工条件数据的自动获取等功能。

    运维期，借助原工程数据，并关联运维阶段的运行数据、维修数据等，形成以位号和三维模型为索引的大数据中心。提高工程运维效率、提高工程安全性、提高各管理系统数据的一致性、减少差错和事故。

图1  数字化交付架构图

3.2  数字化交付实现

3.2.1  设备位号编码制定

数字化交付需明确并统一项目的设备和材料编号方法，满足项目工程设计、工程施工、工程数字化交付和工程运行管理需要，包括项目施工文件、资料的管理和数字化交付管理等内容。

以某引调水工程为例，其工程编号结构由四节构成。

具体格式如下： F0 - F1 - F2 - F3

每一节分别对应：

单元号F0：两位数字组成，若第一位数字为零时，零不可省略。对应工程各标段序号（例：01 表示一级泵站标）。

装置类别F1：各装置对应代码编号，由1位大写字母表示（范围：A~Z，除去I、O）。

设备组F2：装置类别中，具体对应某一设备组编号，由2位数字＋1位小写字母表示。数字代表每种设备组标识符，若某种设备在同一房间出现多台，从门口位置开始依次从a—z排序（例：F01a 表示阀门装置/距房门第一套球阀）。

位置编码F3：详细描述设备所在区域位置，由1位字母＋5位数字组成，共6位字符。前两位为各标段建筑物标识；第三、四位表示楼层，若房间内部有地下楼层用‘00’标识；最后两位为房间编号。（例：A10301，表示A1楼、03层、01房间）。

3.2.2  数据存储方案

根据各项目规定、WBS分解结构、工程项目管理方式、数字化交付平台规划与未来应用及现有数据分析，制定数据的存储方案，可按根目录、片区层级、专业层级和文档类型层级等对数据进行存储。

（1）根目录

在数字化交付平台应用服务器上，可以用工程名称作为项目所有资料的根文件夹，在该文件下，依据片区分别监理各自对应的目录。

（2）片区层级

片区层级的划分依据项目统一规定并结合实际情况进行划分，统一按照格式“[片区代号].[片区名称]”命名，例如：01.一级泵站。

另外，“00.工程”目录，其主要用于存放不属于任何片区的数据文档。

（3）专业层级

在片区层级下，依据专业分别建立各自对应的目录，专业目录的名称统一按照格式“[专业 ID].[专业名称]”命名，例如：EL.电气。

（4）文档类型层级

在片区层级下，依据文档类型分别建立各自对应的目录，文档类型的名称统一按照格式“[文档类型ID].[文档类型名称]”命名，例如：BOM.材料清单。

图2  数据存储层级示意图

3.2.3  工程信息集成方案

数字化交付平台需完成三维模型集成、图文档集成和工程数据集成，在整理数据时，应对数据表单进行检查，确保严格按照统一规定的模板进行整理，从而保证其能够被接口工具正确处理。

（1）三维模型

对于三维模型集成，需要同时导入模型文件和信息描述XML文件，以便于三维模型中的对象在 AIM平台建立相应的层级关系并形成热点。

（2）图文档

对于收集的AutoCAD 2D DWG图纸、Office文档、PDF文档等，这些图文档均来自各片区专业人员收集整理的数据文件，包括设计(E)、采购(P)、施工(C)和调试运维(O)等各阶段数据。

图文档涉及的电子文件格式，可以采用相应的AIM数据处理接口对图文档进行处理，以抽取可视化文件和工程信息XML文件。

（3）工程数据

在整理数据时，应对工程表单进行检查，确保严格按照统一规定提供的模版进行整理，从而保证其能够被接口工具正确处理。

通过从工程表单中提取并发布信息，可以直接在AIM系统中查看位号和图文档的属性信息，而不必打开Excel文件来浏览。同时，也可以实现按属性来搜索信息。

3.2.4  工程信息组织方案

根据收集整理的三维模型、图文档、工程表单等信息发布至平台后，以片区为单位进行信息整合。在平台中可以按照各种业务需求和应用场景组织、关联数据，最终形成多种树状导航结构。以按专业浏览文档为例，在专业导航树下会按照专业、文件类型组织具体的文件，如图3。

图3  专业导航树示意图

3.2.5  数据发布

（1）数据发布流程

资料收集和整理后，应按照数据存储方案定义的文档存储结构存放，然后基于各类Gateway处理并通过导入工具将数据发布到平台中。

图4  数据发布流程图

在数据发布整个流程中，有两个数据的检查节点：

数据发布到平台的过程中，系统会给出导入出错的日志，用户需根据错误日志检查相关配置或原始数据。

数据处理并发布到平台后，用户使用IE浏览器访问平台，在平台中进一步检查本次发布的数据是否完整，关联关系是否建立。

（2）非结构化图文档发布

设计、采购和施工中需要交付的非结构化图文档（Office、PDF、DWG格式）由收集和整理人员提交后，按定义的数据存储结构组织数据，再基于该存储结构处理和发布数据。

（3）Excel格式工程表单发布

对于扫描版文件或需集成至数字化交付平台对象的属性信息，由各片区及专业人员收集并将文件存放在定义的“Excel工程表单”下的对应片区文件夹中，最后基于该存储结构处理和发布数据。

3.3  数字化交付难点

数字化交付在水利工程建设领域，有别于传统的水利工程数据管理模式和交付方式，虽然数字化交付已逐渐从一个新兴概念发展成为许多制造或石化行业的标配，但在水利行业的应用仍处于探索阶段，相比于其他行业，数字化交付在水利行业依旧面临以下难点：

（1）基础数据及规则信息不统一。水利工程建设涉及信息面广，数据量大且专业众多，包括地质、生态、水工、建筑、结构、电气、水机和金属结构等各专业，需要通用工具对各种数据类型进行整合，打破组织之间的数据壁垒，构建互相信任的协同体系。

（2）水利行业数字化交付标准规范制定缺乏依据。目前为止，水利行业尚无统一的数字化交付流程制定标准和设备位号编制规定，只能根据各建设单位业务流程和工程特点制定交付流程标准和设备位号编制规则，缺乏统一性和一致性。

（3）建设项目数字化交付的过程管控缺乏有效技术手段支撑，数据交付进度、质量难以把控。项目施工现场环境复杂，施工过程每天都会产生大量的施工数据和资料，施工单位人员水平参差不齐，为了追赶工程进度，往往忽视了过程数据的收集和记录，无法满足交付过程控制需求。

4  结论

综上所述，数字化交付是在实体水利工程之外，再移交一座依托于数据、文档、三维模型，以及它们与工程对象关联关系的数字化虚拟水利工程，这将会对水利工程项目的设计方式、建设管理方式、成果移交方式和管理运营方式带来一系列转变，数字化交付作为数字孪生水利工程的基石，不仅为水利工程建设前期提高效率，也实现了工程竣工后日常运维的数据精细化管理，使数据能够持续为决策提供有力支撑，提高工程的运行效率和安全性，最终实现面向全生命期的数字孪生水利工程。

【参考文献】

[1]  汪再军，周迎．基于BIM的建设工程竣工数字化交付研究［J］．土木建筑工程信息技术，2021，13（4）：13-22．

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[3]  李艳刚，基于项目管理过程的数字化交付平台构想［J］．项目管理技术，2020，18（1）：63-67．