CN117522634A - 基于bim和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，涉及数字孪生技术领域，该发明通过数字孪生技术，对整个水系统进行数字建模、仿真、优化和预测，实现对水资源利用效率的最大化，同时优化水系统运营流程，在保障供水质量的前提下，缩短水的处理过程；通过对整个水系统进行实时监控和数据分析，实现准确预测水资源和水系统的未来需求，实现了提高供水效率、降低成本、保障供水质量的智慧水务需求；同时，基于数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统可以及时发现和分析水质污染、水源枯竭等风险，实现风险快速控制和应对，从而保证了供水的安全。
Description
技术领域
本发明涉及数字孪生技术领域，具体为基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统。
背景技术
基于BIM的智慧水务数字孪生模型是一种将物理世界与数字世界相结合的模型，通过数据采集、传感器监控、模型预测和实时控制的技术手段，可以对水库、河流、水厂等水务建筑的水资源存储、调度、利用方面进行实时、高效、准确的监测和控制。
传统信息化管理手段多是采用数据采集与视频监视控制系统(SCADA)实现站点设备运行和视频信号采集与自动控制，SCADA组态系统布置简便、运行可靠，同时也存在节点抖动、遥信误发漏发、系统界面单一、隐藏工程无法监测等不足；且传统水务管理中的数据分散、不规范，难以进行有效管理和整合，而且大多数数据都是过去的历史数据，难以及时反映当前情况，人工处理和运营量大，难以同时管理多个因素和变量，时间成本高，运营效率低下。
由此可见，如何实现多系统融合，在数字空间对站点运行全过程的数字化映射和智能化模拟、线上线下同步仿真运行和设备高效管理，是水务工程智慧化管理面临的一个技术难题。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，具体为：
通过支撑保障体系层采集各类设备监测数据，其基于BIM数字孪生的智慧水务信息化管理平台运行的物理基础，对采集到的各类监测数据进行预处理；
进一步的，通过数据感知监测采集系统对工程站点内的各个设备进行数据采集，包括：
使用水质监测设备监测水中各种物质的含量，包括：PH值、溶解氧、氨氮、磷酸盐、铅、汞、苯、温度和浑浊度，同时需要监测水质变化趋势情况；
使用水位监测设备监测水库、河流等水源的水位信息，以便及时调节水源供应；使用水表监测设备实时监测用户用水情况，实现水费计量和节水管理；使用监控摄像头监测水源周边环境安全状况，在发现污染或其他异常情况及时报警；使用智能控制器对水泵、水阀等设备进行控制，实现智能供水和节能减排等目标；使用水文测站监测雨量、水位、温度、湿度等气象和水文指标，以便及时预测和应对洪涝等灾害；
进一步的，使用数据传输网络系统将采集到的数据传输至数据中心进行处理，确保数据传输的时效性、安全性和可靠性；
进一步的，通过数据引擎系统对各类数据进行抽取、转换、加载和计算分析处理，为业务应用系统提供完备的数据支撑服务；
进一步的，从传感器设备、水务管网、用户用水信息等数据源中采集数据，数据抽取方式包括：轮询方式、定时方式和触发方式；在抽取数据的同时，系统也可以对数据进行验证和校验；
进一步的，针对数据源中不同的数据格式、命名不统一、数据间的差异性等问题，在数据抽取后进行数据转换的操作，实现数据整合的目标，使数据具有一定的统一性和标准性，数据转换采用ETL、ELT和API接口的方式；
进一步的，将经过抽取、转换后的数据加载到目标数据仓库中，以供进一步的处理分析，数据加载主要分为：全量加载和增量加载两种方式；其中，全量加载可以保证数据的完整性，增量加载可以在一定程度上缩短数据处理时间和提升数据处理效率，保证增量数据与全量数据的一致性；
进一步的，将数据加载到目标数据仓库中，通过OLAP分析、数据挖掘、统计分析等方法对数据进行处理；智慧水务系统可以通过各种分析算法等方法，对数据集进行挖掘和分析，以便为各种业务决策和做出更准确的预测提供依据；例如，对供水压力、排水流量、雨量数据等进行统计计算分析，发现数据分布规律，预测供水和排水等水务流程的变化，为决策提供数据支持；
进一步的，利用BIM引擎系统对BIM数字孪生模型进行快速加载、友好交互和高效显示；
进一步的，运行基础信息层基于BIM数字孪生的智慧水务信息化管理平台运行的信息流，其对各类运行基础信息进行管理，更具体的，是进行数据分析、数据管理、数据决策和数据创新应用的核心；其中，运行基础数据包括静态属性信息、动态监测数据、业务运行数据、地理空间数据、跨部门共享数据和运维数据；
进一步的，静态属性信息包括建设年代信息、生产厂家信息、保修期信息、技术参数信息和水源，是在系统设计和建设时收集的数据，作为系统基础数据；
进一步的，动态监测数据包括通过实时传感器采集的水位数据、流量数据、闸门开度数据、电压数据、水质数据、氨氮数据、浊度数据、气象数据、水压、水温、水力、水文、水能等多维度、实时产生的监测数据；
进一步的，业务运行数据包括预报调度数据、工程安全分析数据、生产运营数据、会商决策数据以及水务管理系统内部各项业务运行相关的数据；
进一步的，地理空间数据包括GIS数据、BIM模型数据和环境实景影像数据，系统中也需要包含不同的地理空间信息，包括：河流信息、水源地信息、水库信息、管道信息、泵站跟水厂的位置、结构和特点数据；
进一步的，跨部门共享数据在智慧水务系统中需要和其他部门数据进行互联共享，包括气象数据、水文数据、交通数据等，数据跨部门共享可优化决策和服务效果；
进一步的，运维数据也是必需的，这些数据反映了系统各项操作、维护、升级数据，用于系统故障排查、运维管理和优化，包括设备保养数据、工单数据、预案数据及物资数据；
进一步的，使用BIM数字孪生模型层对现实物理环境的真实还原与数字化映射，是基础数据、监测数据、运行数据和历史数据的集成载体，实现站点SCADA系统、设备管理系统与视频监控系统的集成融合的核心功能，是实现站点可视化管理与展示的关键依托；
进一步的，收集和整合多个来源的数据以实现BIM数字孪生模型的真实还原，包括现场勘测数据、方案设计数据、各种工程数据及其它相关数据；这些数据应遵循BIM标准，整合到单一模型中；
进一步的，对于要建立的数字孪生模型所对应的真实环境，需要收集相关的数据，包括水位数据、流量数据、闸门开度数据、电压数据、水质数据、氨氮数据、浊度数据、气象数据这些多维度、实时产生的监测数据；
进一步的，将收集到的数据进行整合，以确保数据的准确性和一致性；水务系统中，不同数据之间的关联性较高，因此，在整合数据的过程中，需要对系统的各个组成部分属性以及数据参数进行整合；
进一步的，基于整合后的数据集，进行数字化建模；这个过程需要遵循BIM标准，将水务系统的各部分分别建立为模型，以确保数字孪生模型可以高度精准地反映水务系统的真实结构和环境；
进一步的，针对建立好的数字孪生模型，进行仿真处理；如对水质、水位等数据进行实时监测、分析和预测；
进一步的，BIM数字孪生模型层包括水闸、泵站、水厂等站点环境模型、建筑结构模型、设备仪表模型、机电配套模型、给排水模型、工艺管线模型以及隐蔽工程(含地下管线)模型；根据工程全生命周期不同阶段管理侧重，BIM数字孪生模型精度应有所区分；
进一步的，通过数据融合应用层根据BIM数字孪生模型层对物理站点进行数字化管理，以实现对水闸、泵站、水厂等日常运行管理的无人化、数字化和智慧化；
进一步的，以站点数字孪生为基础，利用专业数学模型，在线上实现对物理站点的同步仿真运行、虚实交互和数字赋能，切实提高站点运行管理能力；
进一步的，通过运行控制模块对水质水位等数据进行实时监测、分析和预测，结合AI技术，实现自动化控制和实时优化水务系统的运行模式和效率；将SCADA系统、现地控制系统、视频监控系统、感知监测系统等与站点相应单体、设备和仪表模型逐一映射、贯通数据流，基于数字孪生模型调阅生产区域监控视频、控制设备启停，实现站点远程精准控制，保证系统运行的稳定性；
进一步的，利用感知监测数据和各类水务数学模型对水闸、泵站上游来水量、水位、闸门开度、水泵机组启动组合等进行在线快速仿真，提前给出理论建议值，辅助站点运行控制；利用水厂进出水水质指标，对水厂工艺药剂投放量进行快速模拟计算，合理确定药剂添加时间，保证出厂水水质；
进一步的，对设备信息进行智能监控和管理，对于设备故障等各种异常情况，可以实现及时发现和快速响应，从而提高系统的故障处理和维护效率；基于设备模型建立设备健康档案，档案内容包括设备台账信息、设备测点信息、设备工单信息、设备结构拆解信息等，为设备全生命周期管理提供翔实的数据支持，延长设备使用寿命；
进一步的，基于水闸、泵站、水厂等站点工程完整的BIM数字孪生模型，通过隐蔽工程模块监测水下管道、隧道等重要设施中的状态变化、损伤和腐蚀情况，对于站点内埋于地下的各类工艺管线、构筑物、监测设备等进行完整复盘，构建隐蔽工程运管档案，在线展示地下管网、检修井详情，为管网等隐蔽工程运维安全提供保障；
进一步的，使用数字孪生模型实现多个应用场景，例如，预测未来某段时间内水位变化情况，或对不同水质的过滤效率进行模拟；这些场景可以对决策者提供更加精准和可靠的数据支持，帮助其更快地做出决策，全面提升站点数字化、智慧化运维水平。
（三）有益效果
本发明提供了基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，具备以下有益效果：
1、通过数字孪生技术，对整个水系统进行数字建模、仿真、优化和预测，实现对水资源利用效率的最大化，同时优化水系统运营流程，在保障供水质量的前提下，缩短水的处理过程；
2、通过对整个水系统进行实时监控和数据分析，实现准确预测水资源和水系统的未来需求，实现了提高供水效率、降低成本、保障供水质量的智慧水务需求；
3、基于数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统可以及时发现和分析水质污染、水源枯竭等风险，实现风险快速控制和应对，从而保证了供水的安全。
附图说明
图1为本发明应用模块和使用场景示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“步骤一”、“步骤二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
参考图1所示，本实施例提供了基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，包括支撑保障体系层、运行基础信息层、BIM数字孪生模型层、数据融合应用层；所述智慧水务信息化管理系统在运用时，包括以下步骤：
步骤一、通过支撑保障体系层采集各类设备监测数据，其基于BIM数字孪生的智慧水务信息化管理平台运行的物理基础，对采集到的各类监测数据进行预处理；
所述支撑保障体系层包括数据感知监测采集系统、数据传输网络系统、数据引擎系统以及BIM引擎系统；具体为：
步骤101、通过数据感知监测采集系统对工程站点内的各个设备进行数据采集，其设备和数据包括：
使用水质监测设备监测水中各种物质的含量，包括：PH值、溶解氧、氨氮、磷酸盐、铅、汞、苯、温度和浑浊度，同时需要监测水质变化趋势情况；
使用水位监测设备监测水库、河流等水源的水位信息，以便及时调节水源供应；
使用水表监测设备实时监测用户用水情况，实现水费计量和节水管理；
使用监控摄像头监测水源周边环境安全状况，在发现污染或其他异常情况及时报警；
使用智能控制器对水泵、水阀等设备进行控制，实现智能供水和节能减排等目标；
使用水文测站监测雨量、水位、温度、湿度等气象和水文指标，以便及时预测和应对洪涝等灾害；
步骤102、使用数据传输网络系统将采集到的数据传输至数据中心进行处理，确保数据传输的时效性、安全性和可靠性；
步骤103、通过数据引擎统对数据进行抽取、转换、加载和计算分析处理，为业务应用系统提供完备的数据支撑服务；具体步骤如下：
1031、数据抽取：从传感器设备、水务管网、用户用水信息等数据源中采集数据，数据抽取方式包括：轮询方式、定时方式和触发方式；在抽取数据的同时，系统也可以对数据进行验证和校验，以降低数据错误或异常出现的概率；
1032、数据转换：针对数据源中不同的数据格式、命名不统一、数据间的差异性等问题，在数据抽取后进行数据转换的操作，实现数据整合的目标，使数据具有一定的统一性和标准性，数据转换采用ETL、ELT、API接口、文件传输等方式；
1033、数据加载：将经过抽取、转换后的数据加载到目标数据仓库中，以供进一步的处理分析，数据加载主要分为全量加载和增量加载两种方式；其中，全量加载可以保证数据的完整性，但是当数据量较大时，可能会造成系统资源和时间浪费；增量加载可以在一定程度上缩短数据处理时间和提升数据处理效率，保证增量数据与全量数据的一致性；
1034、据计算分析：数据已加载到目标数据仓库中，通过OLAP分析、数据挖掘、统计分析等方法对数据进行处理；智慧水务系统可以通过各种分析算法等方法，对数据集进行挖掘和分析，以便为各种业务决策和做出更准确的预测提供依据；例如，对供水压力、排水流量、雨量数据等进行统计计算分析，发现数据分布规律，预测供水和排水等水务流程的变化，为决策提供数据支持；
步骤104、BIM引擎系统用于对BIM数字孪生模型进行快速加载、友好交互和高效显示。
步骤二、运行基础信息层，基于BIM数字孪生的智慧水务信息化管理平台运行的信息流，对各类运行基础信息进行管理，更具体的，是进行数据分析、数据管理、数据决策和数据创新应用的核心；其中，运行基础数据包括静态属性信息、动态监测数据、业务运行数据、地理空间数据、跨部门共享数据和运维数据；具体为：
静态属性信息：包括建设年代信息、生产厂家信息、保修期信息、技术参数信息、水源等，是在系统设计和建设时收集的数据，作为系统基础数据，通常不会频繁变化。这些数据通常包括水源地的水质、地理位置、历史数据等；
动态监测数据：包括水位数据、流量数据、闸门开度数据、电压数据、水质数据、氨氮数据、浊度数据、气象数据、水压、水温、水力、水文、水能等多维度、实时产生的监测数据；这些数据是实时传感器采集得到的，可以反映水质和水量等相关变化，对监测和预警非常重要；
业务运行数据：包括预报调度数据、工程安全分析数据、生产运营数据、会商决策数据以及水务管理系统内部各项业务运行相关的数据，这些数据反映了水务管理系统的业务操作、管理水平和效率；
地理空间数据：包括GIS数据、BIM模型数据、环境实景影像数据，系统中也需要包含不同的地理空间信息，例如，河流、水源地、水库、管道、泵站、水厂等位置、结构和特点等；通过地理信息系统，可以实现对不同的空间元素进行定位、查询和统计分析；
跨部门共享数据：智慧水务系统需要和其他部门数据进行互联共享，包括气象数据、水文数据、交通数据等，这些数据跨部门共享可优化决策和服务效果；
运维数据：系统的运维数据也是必需的，这些数据反映了系统各项操作、维护、升级等数据，可以用于系统故障排查、运维管理和优化，包括设备保养数据、工单数据、预案数据、物资数据等。
步骤三、使用BIM数字孪生模型层对现实物理环境的真实还原与数字化映射，是基础数据、监测数据、运行数据和历史数据的集成载体，实现站点SCADA系统、设备管理系统与视频监控系统的集成融合核心功能，是实现站点可视化管理与展示的关键依托；具体步骤如下：
步骤301、收集和整合多个来源的数据以实现BIM数字孪生模型的真实还原，包括：现场勘测数据、方案设计数据、工程数据及其它相关数据；这些数据遵循BIM标准，整合到单一模型中；此外，数字孪生模型还需要考虑材料和适用标准等方面的因素，以使模型更准确地反映出现场的实际情况；
步骤302、对于要建立的数字孪生模型所对应的真实环境，需要收集相关的数据，包括：水位数据、流量数据、闸门开度数据、电压数据、水质数据、氨氮数据、浊度数据、气象数据这些多维度、实时产生的监测数据，以便建立真实的数字化映射；
步骤303、将收集到的数据进行整合，确保数据的准确性和一致性；水务系统中，不同数据之间的关联性较高，因此，在整合数据的过程中，需要对系统的各个组成部分属性以及数据参数进行整合，以保证后续的模型运行的稳定性和准确性；
步骤304、基于整合后的数据集，进行数字化建模；这个过程需要遵循BIM标准，将水务系统的各部分分别建立为模型，以确保数字孪生模型可以高度精准地反映水务系统的真实结构和环境；
步骤305、针对建立好的数字孪生模型，进行仿真处理；如对水质、水位等数据进行实时监测、分析和预测；另外，系统还可以根据数据结果和模型反馈，结合AI等技术，提高水务系统的效率和安全性，确保系统运行的稳定性；
步骤306、BIM数字孪生模型层包括水闸、泵站、水厂等站点环境模型、建筑结构模型、设备仪表模型、机电配套模型、给排水模型、工艺管线模型以及隐蔽工程(含地下管线)模型；根据工程全生命周期不同阶段管理侧重，BIM数字孪生模型精度应有所区分，以提供更好的加载、显示和管理效果。
步骤四、通过数据融合应用层根据BIM数字孪生模型层对物理站点进行数字化管理，实现对水闸、泵站、水厂等日常运行管理的无人化、数字化和智慧化；实现对物理站点的同步仿真运行、虚实交互和数字赋能操作，切实提高站点运行管理能力；基于BIM数字孪生的智慧水务应用场景包括但不限于以下步骤：
步骤401、使用运行控制模块对水质水位等数据进行实时监测、分析和预测，结合AI技术，实现自动化控制和实时优化水务系统的运行模式和效率；将SCADA系统、现地控制系统、视频监控系统、感知监测系统等与站点相应单体、设备和仪表模型逐一映射、贯通数据流，基于数字孪生模型调阅生产区域监控视频、控制设备启停，实现站点远程精准控制，保证系统运行的稳定性；
步骤402、通过仿真模拟模块利用感知监测数据和各类水务数学模型，对水闸、泵站上游来水量、水位、闸门开度、水泵机组启动组合等进行在线快速仿真，提前给出理论建议值，辅助站点运行控制；利用水厂进出水水质指标，对水厂工艺药剂投放量进行快速模拟计算，合理确定药剂添加时间，保证出厂水水质；
步骤403、对设备信息进行智能监控和管理，对于设备故障等各种异常情况，实现及时发现和快速响应，提高系统的故障处理和维护效率；基于设备模型建立设备健康档案，档案内容包括设备台账信息、设备测点信息、设备工单信息、设备结构拆解信息等，为设备全生命周期管理提供翔实的数据支持，延长设备使用寿命；
步骤404、通过隐蔽工程模块基于水闸、泵站、水厂等站点工程建立完整的BIM数字孪生模型，监测水下管道、隧道等重要设施中的状态变化、损伤和腐蚀情况，对于站点内埋于地下的各类工艺管线、构筑物、监测设备等进行完整复盘，构建隐蔽工程运管档案，在线展示地下管网、检修井详情，为管网等隐蔽工程运维安全提供保障；
步骤405、使用数字孪生模型实现多个应用场景，例如，预测未来某段时间内水位变化情况，或对不同水质的过滤效率进行模拟；这些场景可以对决策者提供更加精准和可靠的数据支持，帮助其更快地做出决策，全面提升站点数字化、智慧化运维水平。
上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于，包括支撑保障体系层、运行基础信息层、BIM数字孪生模型层、数据融合应用层，该智慧水务信息化管理系统在应用时，包括以下步骤：
步骤一：通过支撑保障体系层采集各类设备监测数据，对采集到的各类监测数据进行预处理；
步骤二：运行基础信息层基于BIM数字孪生的智慧水务信息化管理平台运行的信息流，对运行基础信息进行管理；
步骤三：使用BIM数字孪生模型层对现实物理环境的真实还原与数字化映射，实现站点SCADA系统、设备管理系统与视频监控系统的集成融合；
步骤四：数据融合应用层根据BIM数字孪生模型层对物理站点进行数字化管理，在线上对物理站点进行同步仿真运行、虚实交互和数字赋能。
2.根据权利要求1所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：支撑保障体系层包括数据感知监测采集系统、数据传输网络系统、数据引擎系统以及BIM引擎系统。
3.根据权利要求2所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：数据感知监测采集系统用于对工程站点内的各个设备进行数据采集；数据传输网络系统用于将采集到的数据传输至数据中心进行处理；数据引擎系统用于对各类数据进行抽取、转换、加载和计算分析处理。
4.根据权利要求3所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：数据抽取从传感器设备、水务管网、用户用水信息数据源中采集数据；在数据抽取后进行数据转换，数据转换采用ETL、ELT和API接口的方式；
数据加载模块将经过抽取、转换后的数据加载到目标数据仓库中，以供进一步的处理分析；数据计算分析模块将已加载到目标数据仓库中的数据，通过OLAP分析、数据挖掘和统计分析后对数据进行归一化处理。
5.根据权利要求1所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：运行基础信息层基于BIM数字孪生的智慧水务信息化管理平台运行的信息流，对运行基础信息进行管理；其中，运行基础数据包括静态属性信息、动态监测数据、业务运行数据、地理空间数据、跨部门共享数据和运维数据。
6.根据权利要求5所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：静态属性信息包括建设年代信息、生产厂家信息、保修期信息、技术参数信息、水源，是在系统设计和建设时收集的数据；
动态监测数据包括水位数据、流量数据、闸门开度数据、电压数据、水质数据、氨氮数据、浊度数据、气象数据、水压数据、水温数据、水力数据、水文数据、水能数据；
业务运行数据包括预报调度数据、工程安全分析数据、生产运营数据、会商决策数据以及水务管理系统内部各项业务运行数据；
运维数据包括设备保养数据、工单数据、预案数据及物资数据；
地理空间数据包括GIS数据、BIM模型数据和环境实景影像数据，系统中也需要包含不同的地理空间信息，包括：河流信息、水源地信息、水库信息、管道信息、泵站跟水厂的位置、结构和特点数据；跨部门共享数据包括气象数据、水文数据及交通数据。
7.根据权利要求1所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：BIM数字孪生模型层对现实物理环境的真实还原与数字化映射，是基础数据、监测数据、运行数据和历史数据的集成载体，实现站点SCADA系统、设备管理系统与视频监控系统的集成融合核心功能，实现站点的可视化管理与展示。
8.根据权利要求7所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：建立数字孪生模型包括如下步骤：
收集和整合现场勘测数据、方案设计数据、工程数据及其它相关数据以实现BIM数字孪生模型的真实还原；
对于要建立的数字孪生模型所对应的真实环境，需要收集相关的数据，包括：水位数据、流量数据、闸门开度数据、电压数据、水质数据、氨氮数据、浊度数据、气象数据这些多维度、实时产生的监测数据；
将收集到的数据要进行整合基于整合后的数据集，进行数字化建模；遵循BIM标准，将水务系统的各部分分别建立为模型；
针对建立好的数字孪生模型，进行各种仿真处理；根据数据结果和模型反馈，结合AI等技术，提高水务系统的效率和安全性；
根据工程全生命周期不同阶段管理侧重，对BIM数字孪生模型精度进行区分，以提供更好的加载、显示和管理效果。
9.根据权利要求1所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于：数据融合应用层根据BIM数字孪生模型层对物理站点进行数字化管理，对水闸、泵站、水厂进行无人化、数字化和智慧化日常运行管理；以站点数字孪生为基础，利用专业数学模型，挖掘历史、实时数据价值，对物理站点进行同步仿真运行、虚实交互和数字赋能操作。
10.根据权利要求9所述的基于BIM和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统，其特征在于，基于BIM数字孪生的智慧水务应用场景包括以下方面：运行控制：模型对水质水位数据进行实时监测、分析和预测；结合AI技术，自动化控制和实时优化水务系统；将SCADA系统、现地控制系统、视频监控系统、感知监测系统与站点相应单体、设备和仪表模型逐一映射和贯通数据流，基于数字孪生模型调阅生产区域监控视频和控制设备启停，远程精准控制站点；
仿真模拟：利用感知监测数据和水务数学模型对水闸、泵站上游来水量、水位、闸门开度、水泵机组启动组合进行在线快速仿真，提前给出理论建议值，辅助站点运行控制；
设备信息：智能监控和管理设备信息，及时发现和快速响应设备故障或各种异常情况；
隐蔽工程：基于水闸、泵站、水厂等站点工程完整的BIM数字孪生模型，监测水下管道、隧道等重要设施中的状态变化、损伤和腐蚀情况，对于站点内埋于地下的各类工艺管线、构筑物、监测设备等进行完整复盘，构建隐蔽工程运管档案，在线展示地下管网、检修井详情，为管网等隐蔽工程运维安全提供保障。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202410023849.4A CN117522634A (zh) | 2024-01-08 | 2024-01-08 | 基于bim和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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ID=89753570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410023849.4A Pending CN117522634A (zh) | 2024-01-08 | 2024-01-08 | 基于bim和数字孪生技术的智慧水务信息化管理系统 |
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|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115310939A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-08 | 上海市水利工程设计研究院有限公司 | 一种基于bim数字孪生的智慧水务信息化管理平台 |
| CN115688227A (zh) * | 2022-10-13 | 2023-02-03 | 长江空间信息技术工程有限公司(武汉) | 数字孪生水利工程运行安全监测系统及运行方法 |
| CN116542387A (zh) * | 2023-05-16 | 2023-08-04 | 张施泽 | 一种基于Unity3D的智慧水文系统 |
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2024
- 2024-01-08 CN CN202410023849.4A patent/CN117522634A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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| CN115688227A (zh) * | 2022-10-13 | 2023-02-03 | 长江空间信息技术工程有限公司(武汉) | 数字孪生水利工程运行安全监测系统及运行方法 |
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