水利工程作為水資源調配與利用的核心載體，其智慧化升級是實現水資源可持續利用的關鍵路徑。本文圍繞閩江流域水利工程數字孿生建設的技術落地展開，依托圖撲軟件自研 HT 前端技術構建全維度可視化體系，融合 GIS、粒子仿真、邊緣計算等技術能力，實現水利工程全要素實時監測與智能化管理，為水力資源的高效開發、生態保護與安全運行提供技術支撐。

水利工程數字孿生系統以 HT 前端技術為核心構建可視化底座，全程未引入第三方插件，保障系統的輕量化、兼容性與運行穩定性。系統將 HT 可視化技術與 GIS、粒子仿真、虛擬現實、邊緣計算等技術深度融合，打通邊緣端傳感器、業務系統與云端可視化平臺的數據鏈路，實現壩、堤、溢洪道、水閘、水電站等水利設施，以及水質、環境、水位、降雨等水文環境數據的實時采集、傳輸與可視化展示。

基于 HT 的 B/S 架構設計，讓系統天然適配 C/S 向 B/S 轉型的行業趨勢，支持 PC、PAD、智能手機等多終端跨平臺訪問，用戶通過瀏覽器即可實現水利工程場景的遠程監控與操作，打破傳統控制室的空間局限性。同時 HT 支持與 Angular、React、Vue 等主流前端框架無縫融合，為系統的二次開發與功能拓展提供靈活的技術支撐。

水利工程全場景數字孿生建模

依托 HT 的專業建模與渲染引擎，對閩江流域水利工程進行 1:1 高精度數字孿生建模，覆蓋水電站廠房、生態魚道、泄洪閘門、水輪發電機組等核心設施，以及河道、庫區、岸線等自然地理場景，在數字空間完整還原物理工程的外觀、結構、空間關系與運行邏輯。

建模過程中結合 DOM（數字正射影像）和 DEM（數字高程模型）數據，對河道、河底進行三維空間建模，疊加精細化水電站模型后進行渲染優化；同時采用顯示列表、紋理優先級、細節層級模型（LOD）等 HT 渲染技術，在保證場景逼真度的前提下，實現三維河流虛擬場景的實時流暢顯示，兼顧可視化效果與系統運行效率。此外，系統通過粒子仿真技術打造力場粒子效果，仿真模擬江流流動狀態，并結合 GIS 技術實現流域地理信息的精準標注與多源異構數據的融合接入，讓數字孿生場景更貼合工程實際。

多維度數據監測與可視化實現

系統集成水利工程業務系統中各類傳感器采集的多維度數據，包括生物信息、氣象信息、水位水頭信息、閘門啟閉參數、水輪機運行數據、水質監測數據等，通過 HT 豐富的可視化組件與快捷數據綁定方式，實現數據的實時展示、統計分析與異常預警。

基礎水文與環境監測

搭建水質、水位、降雨、氣象等數據概覽面板，實時展示水溫、PH 值、電導率、溶解氧、PM2.5、風速風向等指標，同時可視化 25 個監測站點的分布及沙溪、閩江、金溪三大流域的監測數據占比，實現流域環境的全域感知。

工程設施運行監測

對泄洪閘門開度、啟閉耗時，魚道水位、流速、過魚量，水電站裝機量、機組轉速、導葉開度等核心參數進行實時監控，通過 HT 二維組態與三維可視化結合的方式，直觀呈現設施運行狀態。數據統計與狀態預警

采用多類型圖表統計全廠有功功率、無功功率、日 / 月 / 年累計發電量、發電計劃完成率等生產數據，通過黃色、綠色、紫色對機組預警、正常、故障三種狀態進行可視化區分，同時以雙曲線形式展示近 12 小時單臺機組功率波動，為工程精細化管理提供數據支撐。

水電站核心業務流程的技術實現

水力發電工藝流程可視化還原

依托 HT 三維組態能力，完整還原水力發電從水力勢能→機械能→電能→合格電能的全流程，通過動態可視化效果展示能量轉換的核心原理與設備運行邏輯，同時接入各環節傳感器數據，實現工藝流程的實時監控與效率優化。

勢能轉機械能：可視化壩前水位落差形成的水力勢能，以及充水平壓、閘門開啟、水流通過導葉驅動水輪機轉輪旋轉的全過程，實時展示轉輪轉速、導葉開度等關鍵數據。

機械能轉電能：還原水輪機轉輪帶動發電機轉子旋轉，通過勵磁磁場在定子繞組產生感應電勢的能量轉換過程，結合水頭、流量數據判斷機組輸出功率合理性。

初級電能轉合格電能：可視化發電機出口母線、升壓變壓器、500kV GIS 開關站的輸電流程，展示電能從機組輸出到接入電網的全鏈路，動態模擬電流通過 27.5km 同塔雙回 500kV 線路輸送至變電站的過程。

同時，基于 HT 的二維組態技術重構傳統發電工藝組態圖，結合 SCADA 系統實現圖紙美化與數據對接，以平面圖形式展示壩頂高程、引水鋼管、主變壓器、水輪機、發電機等設施的運行先后順序，讓發電工藝流程更清晰易懂。

水輪機核心部件的仿真拆解實現

水輪機作為水電站核心設備，依托 HT 打造三維仿真拆解功能，基于設備零件圖、三維圖等素材，1:1 還原壓力鋼管、蝸殼、導水機構、轉輪、發電機定轉子等核心部件的結構與組裝 / 拆解原理，同時在場景中關聯部件屬性信息（如蝸殼進口直徑 7600mm、轉子總重約 1500t 等），實現設備內部業務流程、行為邏輯、狀態變化的數字化呈現。

該功能通過三維仿真動畫全方位展示水輪機內外部結構，突破了平面圖、靜態模型、實地參觀的局限性，不僅可用于工作人員的設備組裝、拆分、維修培訓，還能通過直觀的動畫演示，避免因語言誤差造成的理解偏差，提升培訓效率與效果。

電站主接線圖與線路監控實現

利用 HT 大屏組態、UI 組態能力搭建水電站主接線圖，可視化發電機電壓級母線接線方式（單母線、雙母線等），以及隔離開關、斷路器、發電機等設備的連接關系，獲取設備實時運行數據，以紅色字體標識運轉設備、綠色字體標識停機設備，實現線路運行狀況的實時監控，同時支持對短路電流限制等電力系統關鍵指標的可視化展示，保障輸電環節的安全穩定。

智慧巡檢與安防系統的技術落地

全場景智慧巡檢可視化

基于 HT 構建沉浸式智慧巡檢系統，支持第一人稱視角自由漫游（WASD 方向鍵 + 鼠標操作），可在 3D 場景中查看發電機詳細運行參數、攝像頭監控畫面等信息；同時支持繪制、保存常用巡檢路線，實現固定路線自動漫游，滿足個性化巡檢需求。巡檢過程中，系統可在設備位置停留并展示設備詳細信息，實現巡檢流程的數字化、標準化。

在視頻集成方面，HT 無縫結合 HTML5 多媒體功能，集成壩頂、發電機層、配電室等區域的攝像頭視頻資源形成統一視頻流，通過 3D 場景交互調取相應監控視頻；同時實現虛實融合技術，將視頻畫面精準融合至三維模型對應的地理坐標位置，融合效果不受模型傾斜、旋轉影響，支持關鍵路徑自動視頻巡檢、重點區域目標快速鎖定，為運維人員提供實時態勢感知與歷史數據回溯能力。

一體化智慧安防監控

依托 HT 打造水電站智慧安防可視化體系，融合視頻監控系統、出入口管理系統、入侵報警系統、周界水域偵測系統等多系統數據，獲取安防設備與人員監測數據，實現多維度安防監控。

人員管理：可視化站內人員分布、人員統計、安全認證、SOS 報警等信息，實時展示不同區域（主廠房、副廠房、中控樓等）的人員數量與崗位分布。

行為分析：對主廠房等核心區域的人員不安全行為（未穿工作服、打電話、違規操作等）進行可視化報警，展示報警時間、區域、事件并關聯視頻查看。

區域監測：對水庫、大壩、發電廠房等關鍵區域的闖入、煙火、設備故障等情況進行實時監測，通過 3D 場景圖標點擊即可查看監控畫面、報警詳情，為突發事件處理提供直觀準確的技術支撐。

流域生態與水文動態仿真技術

流場與岸線動態仿真

利用 HT 粒子仿真技術實現流場實時監測，通過不同顏色粒子標識 0.5~1.0m/s、1.0~2.0m/s 等不同流速區間，仿真模擬江流流動狀態，實時展示流域流速數據；同時基于歷史水位數據，通過 HT 可視化技術模擬江流周邊岸線變化情況，精準判斷水位臨界值，為水位調節、洪澇災害預防、周邊居民轉移預警提供數據支撐。

水質反演與環境預測

依托 HT 研發的云圖渲染技術，實現流域水質數據反演功能：基于采集的江流、水庫水質歷史數據，選取立體水域進行可視化展示，以云圖深淺表征水質數據高低，同時支持時間軸操作，反演全年水質變化情況。通過水質反演，可精準判斷水中化學殘留物、鹽分、微生物、藻類等指標含量，當出現嚴重水質問題時，系統可及時發出預警，為水質治理與補救措施制定提供數據依據。

生態魚道可視化監測

針對水電工程的生態保護需求，依托 HT 構建生態魚道可視化模塊，完整還原魚道進口、槽身、出口、誘魚補水系統的結構，可視化過魚種類、洄游路線等生態信息。同時采集魚道水位、流速、過魚量、水溫等實時數據，搭建生態信息數據面板，實現魚道生態的動態監測，讓水電工程開發與水生生態保護相協調。

系統技術優勢與應用價值

本數字孿生水利工程系統基于 HT 前端技術開發，核心優勢體現在技術自主化、場景輕量化、功能一體化、拓展靈活性四個方面：全程未使用第三方插件，保障系統運行的穩定性與安全性；B/S 架構與跨平臺訪問能力，讓水利工程監控突破空間限制；集成交叉監測、工藝流程可視化、智慧巡檢、安防監控、生態仿真等全功能模塊，實現水利工程管理的一體化；支持與主流前端框架融合、多源數據接入，為系統后續功能升級與業務拓展提供技術空間。

在應用價值層面，系統實現了閩江流域水利工程的全要素、全流程數字化管理，不僅提升了水電站發電效率、水利設施運行安全性，還實現了流域水資源與生態環境的協同監測，為水資源合理調配、洪澇災害預防、水生生態保護提供了數字化、可視化的技術支撐。同時，系統的仿真教學、可視化培訓功能，也為水利行業人才培養提供了全新的技術手段，推動水利工程管理向自動化、遠動化、智慧化升級。

技術發展與應用展望

水利工程的智慧化建設是水資源綜合利用的必然趨勢，未來將基于現有數字孿生技術體系，進一步完善水電站自動化、遠動化技術，提升系統的智能決策與自主調控能力；同時結合遠距離、超高壓、超導材料等輸電技術，將數字孿生水利工程的技術成果推廣至西部水力資源開發等場景，實現全國水力資源的高效調配與利用。

依托 HT 前端技術的持續迭代，未來將進一步深化數字孿生與水利工程的融合，拓展仿真分析技術在水質預測、洪澇預警、機組故障診斷等場景的應用，實現從 “實時監測” 到 “智能預判” 的升級，讓數字孿生技術成為水資源綜合利用體系（水力發電、航運、養殖、灌溉、防洪、旅游）的核心技術支撐，推動水利行業的高質量發展。

審核編輯 黃宇