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在全球气候变暖与城市化加速背景下,极端暴雨引发的城市内涝频发,传统应急管理模式已难以满足精细化防灾需求.为提升城市内涝预报预警能力,文章基于数字孪生技术,整合多源异构时空数据,耦合 SWMM 与二维地表水动力模型,结合大规模并行计算及 GIS+BIM 可视化技术,开发城市内涝预报预警系统.将其应用于北京清河流域,实现内涝全过程实时仿真推演、滚动预报与精准风险预警.研究成果可为城市内涝智慧防控与应急决策提供关键技术支撑.
城市内涝数字孪生预报预警水文水动力模型参数率定
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为解决传统水利培训场景受限、实操性弱、成本高昂、周期较长等问题,文章依托数字孪生峡江水利枢纽工程,构建电排站及相关设备三维模型,开发机组拆解、维修、组装等标准化检修流程数字模块,创新构建"教-学-练-考-评"一体化虚拟培训场景,实现了融合三维建模与 VR 技术的水泵机组检修仿真教育培训系统,支撑了多批次工程维修人员培养以及 12 台水泵解体大修任务.研究成果有效突破了传统培训瓶颈,显著提升了培训效果与效率,切实提升了人员业务熟练度,为数字孪生驱动的虚拟现实技术在水利领域的应用提供了可行实践范例.
虚拟仿真技术水泵机组拆解维修峡江水利枢纽工程
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传统的二维水闸设计方法存在信息孤立、设计变更困难、协同性差等突出问题.建筑信息模型(BIM)技术的引入为实现水闸设计的参数化、可视化、协同化和全生命周期管理提供了有效途径.本文系统梳理了BIM在水闸设计领域的研究与应用进展,从参数化建模、计算分析集成、协同设计平台、消能工优化及数字孪生等角度进行综述,对比分析了Revit二次开发、Dynamo可视化编程、Bentley平台及Inventor iLogic等不同技术路线的优势及局限,并对BIM与数值仿真、GIS、VR/AR及物联网等技术的融合发展趋势进行了展望.研究表明,BIM技术已从单一的三维展示向正向设计、一体化计算、全生命周期管理深度演进,未来将在水闸工程的智慧化建设中发挥核心支撑作用.
BIM水闸设计参数化建模二次开发正向设计全生命周期管理
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大体积混凝土结构因水泥水化热导致内部温度升高,在降温阶段产生巨大拉应力,是引发温度裂缝的主要原因.传统的温控方法依赖经验,难以实现精准、实时的调控.本研究基于混凝土开裂全过程分析,集成物联网、大数据与人工智能技术,构建大体积混凝土防裂智能监控系统.通过建立温度场与应力场耦合数值模型,分析关键参数对温度应力发展的影响规律,并利用仿真试验机进行温控曲线优化,最后以实际工程为依托进行现场验证.结果表明:该系统实现了混凝土出机口、入仓、浇筑温度的合格率均超过 99.0%,内部最高温度与降温速率均满足设计要求,实现无有害温度裂缝的高质量施工,为大体积混凝土结构的智能建造与质量控制提供了可靠解决方案.
大体积混凝土温控防裂智能监控仿真试验温度应力
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本研究运用演化博弈理论深入分析地下水生态补偿中的多方博弈过程,构建了政府未介入和政府介入的生态补偿行为演化博弈模型.并利用系统动力学进行验证,通过 Vensim 软件,探讨沈阳翟家水源地生态补偿机制中的政府、水务集团和村民三方行为变化趋势.研究发现,政府的奖惩机制能有效抑制水务集团和村民的行为波动,且初始合作意愿对生态补偿建设有显著影响.研究表明,明确的激励与约束机制及合作意愿增强有助于提升生态补偿治理效率与效果.
地下水生态补偿演化博弈系统动力学仿真
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针对新疆北疆极端温差、围岩强度高、断层破碎带长等复杂地质条件下,隧道掘进机(TBM)关键部件易过早失效的工程难题,开展了系统研究.采用现场调研、室内模拟试验、数值仿真与工程验证相结合的方法,系统分析刀盘、主轴承、密封系统等核心部件的失效特征.揭示了复杂地质环境下 TBM 关键部件"磨蚀-疲劳-密封失效"的耦合失效机理,提出了针对性的材料优化、结构改进及运维防控技术体系.研究成果可为新疆地区 TBM隧道工程的高效、安全施工提供技术支撑,降低工程运维成本,推动复杂地质条件下 TBM 施工技术的升级.
TBM关键部件失效机理防控技术
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当前,水利新质生产力规模化转化仍处于探索阶段,随着国家水网建设的大力推进,需要总结长距离跨流域调水工程数字孪生建设经验.以国家水网主骨架南水北调中线工程为研究对象,系统总结其数字孪生建设的顶层设计与实践成效,从工程安全、供水安全、水质安全3个维度,深入阐述了安全监测与智能运维、输水调度仿真预演、冰期智能管控、全域水质水生态监测等核心技术体系与应用成果.工程安全方面,提出穿黄隧洞"数据统计预测+机理有限元仿真"双驱动安全分析方法,研发了多机型机器狗全场景巡检、无人机全域立体巡检及视频监控智能分析的智能运维技术;供水安全方面,研发了包含水情数据智能清洗、参数自主率定、多尺度水动力耦合仿真的输水调度仿真预演技术,提出了数据与机理双驱动的冰期输水"四预"智能管控方法;水质安全方面,自主研发了浮游藻类与入侵生物智能监测装备,建立了多营养级生物联合预警与鱼类智能监测评估技术体系.南水北调中线工程通过数字孪生技术与水利业务的深度融合,实现了工程管理从传统人工管控向数字化、智能化的范式转型,是水利新质生产力赋能跨流域调水工程智慧化建设的典型实践,可为跨流域调水工程智慧化建设提供参考.
数字孪生新质生产力智慧水利智能管控南水北调中线工程
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为改善单管四机水电站系统控制性能,基于二端口网络理论构建引水系统数学模型,建立单管四机水电站调节系统整体模型,引入鮣鱼算法(ROA)对四台水轮机组调速器PID控制参数同步优化.针对单管四机水电站调节系统频率调节和开度调节模式进行仿真验证,利用ROA算法优化对比参数同步与不同步调速系统响应特性,验证所提方法在单管四机水电站调节系统控制参数优化的可行性.仿真结果表明,同步优化后系统振荡次数至少减小50％,提高了系统运行的稳定性.
单管四机水电站结构二端口网络引水系统模型ROA算法PID参数同步优化
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为应对大型排涝闸站水力机械设备繁多、信息交互量大、协同设计困难等问题,提出一种基于BIM技术的水力机械正向设计方法.采用Revit软件平台,依托近年来实施的大型排涝闸站工程,从项目启动规划、基础样板、协同原则3个方面系统归纳了水力机械BIM设计标准,总结了一套兼顾几何精度、信息完整性与轻量化要求的设备建模流程,并从碰撞检查、CFD仿真结合及模具精准构建、三维出图等方面探索了优化应用方法,并将该方法应用于浙江省余姚市陶家路江泵站工程.应用结果表明:陶家路江泵站水力机械BIM设计在机电设备协调布置、碰撞分析、流道方案选定及模具制作等方面均取得显著效果,研究成果可为大型水利工程水力机械BIM设计提供参考.
水力机械BIM正向设计陶家路江泵站工程
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当故障检测时,由于受电力系统运行故障判定标准偏差的影响,会存在检测失效的问题,因此,本文研究了水利贯流式泵站电力系统运行故障检测技术.通过获取水利贯流式泵站多电机电力系统中有限相邻电机的相量信息,建立电机间的互连项,补偿建模误差的影响,并利用其生成多电机电力系统动态模型,将其作为电力系统运行故障判定标准.采用带有自适应参数的逼近器更新电力系统动态模型中的导纳,根据更新导纳下多电机电力系统动态模型的波动幅值确定故障电机.仿真结果表明,设计技术能够在准确提取水利贯流式泵站电力系统中各电机电磁功率的基础上,有效检验电机不同程度的故障.
相量信息互连项多电机电力系统动态模型自适应参数逼近器波动幅值电磁功率
