信息技术赋能行业高质量发展系列——数字孪生技术助力行业高质量发展（一）

当前，《交通强国建设纲要》《关于建设世界一流港口的指导意见》《关于推进长江航运高质量发展的意见》等一系列文件对港口航道工程建设的高质量发展和技术创新趋势提出了具体要求。新一轮科技革命和产业变革加速演进，涌现出云计算、物联网、大数据、人工智能、3D打印等一大批新兴技术，引领经济快速变革。随着信息技术等颠覆性创新的持续推进，科技数字化、网络化、智能化发展明显加快，推动社会迈进了数字化和智能化时代。

数字孪生（Digital Twin）是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。作为一种充分利用模型、数据、智能并集成多学科的技术，数字孪生面向建造全生命周期过程，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用，提供更加实时、高效、智能的服务，为行业高质量发展和技术创新提供了更有效的途径。

水规院面向水运行业科技前沿，聚焦智能港航领域，瞄准港航系统虚拟仿真、智能设计、智能生产与智慧运营等主攻方向开展工作，相继承接了广州港、几内亚Morebaya港等国内外多个航道规划设计及研究项目，平陆运河、湘桂运河等为代表的一大批航道、船闸项目，长洲五线船闸、京杭运河台儿庄船闸等船闸工程的论证、规划和设计项目。在系统仿真、智能集成设计、数字孪生研究等方面积累了丰富的工程经验。

在大量实船观测数据和工程实践经验基础上，将系统仿真模拟技术引入到船闸通过能力分析研究当中，分析了船闸通过能力计算公式中关键参数的选取方法，建立了单线船闸、多线船闸和梯级枢纽船闸等多种船闸运行仿真模型，形成了基于船闸过闸服务水平的船闸合理通过能力仿真分析方法。

研究成果能够提升复杂条件下船闸系统通过能力计算的科学性、准确性，提升设计人员计算效率，可广泛应用于对多级、多线船闸工程的规划设计和运营管理等相关工作，已成功应用于长洲五线船闸、平陆运河马道船闸、株洲二线船闸、京杭运河台儿庄船闸、万年闸复线船闸、信江双港航运枢纽和八字嘴航电枢纽工程、赣江新干航电枢纽工程、三峡船闸和三峡枢纽水运新通道等船闸工程的论证、规划和设计，为相关工程建设规模论证和平面布置优化提供了重要依据。

研究提出的采用“船闸运行不均衡系数”计算通过能力方法和通过系统仿真模拟方法确定船闸通过能力的方法已经被 《船闸总体设计规范》修订稿 所采纳。研究成果曾获得 中国航海学会科学技术奖特等奖、中交集团科学技术奖一等奖、中国水运建设行业协会科学技术奖二等奖和中国施工企业管理协会科学技术奖一等奖。 依托研究出版了《船闸通过能力仿真分析方法》技术著作，已获授权软件著作权1项。

基于物联网、系统仿真等关键技术，通过物理船闸与虚拟船闸的双向映射与实时交互，实现数据的集成、融合、挖掘分析及再利用，实现船闸运行要素管理、船闸运行仿真、运行过程控制的迭代运行及优化，其中，船闸过闸流程模拟根据选定的场景参数和模型算法，模拟出该船舶过闸的情况，包括船舶速度、闸室水位变化、过闸时间等相关因素；船舶过闸仿真预演从船闸信息管理系统实时数据库中调取船舶过闸调度排挡数据，根据排挡数据，进行船舶过闸的模拟仿真预演，数字孪生系统会根据船舶参数信息，展示相应的船舶模型，模拟仿真船舶过闸的全套流程。通过数字孪生系统的各项功能，达到船闸运行数据共享、流程协作、智能化运营的目的。