智能大壩發(fā)展階段和實踐路徑

Development stages and practical paths of smart dam

柴福鑫，辛建達，程恒，張磊

中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)與水安全全國重點實驗室，100038，北京

摘要：在全球氣候變化影響加劇背景下，大壩面臨的環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜極端，構(gòu)建智能大壩是保障大壩高水平安全、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，是壩工技術(shù)發(fā)展的必然。系統(tǒng)闡述了智能大壩的發(fā)展階段和實踐路徑。根據(jù)功能需求與技術(shù)可行性，智能大壩發(fā)展分為三個階段：初級階段，搭建起比較完備的監(jiān)測感知體系，主要依托傳統(tǒng)理論方法結(jié)合工程經(jīng)驗分析診斷，決策與調(diào)控依賴人工完成；中級階段，升級為完備的監(jiān)測感知體系，分析診斷以仿真技術(shù)為核心，決策與調(diào)控借助智能化輔助決策平臺實現(xiàn)；高級階段，構(gòu)建起透徹的監(jiān)測感知體系，分析診斷、決策及調(diào)控全過程由人工智能技術(shù)主導(dǎo)。智能大壩的實踐路徑是數(shù)字孿生，通過映射物理大壩與數(shù)字大壩構(gòu)建同步仿真運行平臺，對大壩性態(tài)全要素和運行管理全過程進行數(shù)字化映射、智能化模擬，虛實交互、耦合優(yōu)化，提升調(diào)度指揮的科學(xué)性與安全性。在此基礎(chǔ)上分階段、分類別推進智能大壩建設(shè)，推動大壩建設(shè)與運維模式實現(xiàn)系統(tǒng)性變革。

關(guān)鍵詞：智能大壩；監(jiān)測感知；分析診斷；決策調(diào)控；數(shù)字孿生

作者簡介：柴福鑫，正高級工程師，主要從事防洪減災(zāi)技術(shù)研究。

通信作者：辛建達，正高級工程師，主要從事壩工結(jié)構(gòu)和溫控研究。E-mail：xinjd@iwhr.com

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.16.011

智能大壩建設(shè)是應(yīng)對全球氣候變化挑戰(zhàn)、推動水利工程現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的核心路徑，其發(fā)展歷程與技術(shù)迭代深刻影響著水安全與資源高效利用。在傳統(tǒng)工程管理模式難以適應(yīng)全球極端天氣事件頻發(fā)背景下，智能大壩通過融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，正逐步實現(xiàn)從“被動防御”到“主動預(yù)判”范式轉(zhuǎn)變。習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中指出要“構(gòu)建現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系”，在主持中央政治局第十一次集體學(xué)習(xí)時強調(diào)“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力是推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求和重要著力點”。水利部部長李國英指出，構(gòu)建智能大壩是應(yīng)對風(fēng)險挑戰(zhàn)、把握時代之變、塑造發(fā)展動能的關(guān)鍵之舉。智能大壩是壩工事業(yè)現(xiàn)代化的重要方向，基于我國水庫大壩建設(shè)管理的現(xiàn)實需求，深入研究智能大壩發(fā)展階段與實踐路徑，對于提升大壩現(xiàn)代化水平、保障流域安全和水資源高效利用具有重要意義，是推動水利工程智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵任務(wù)。

智能大壩發(fā)展階段

智能大壩建設(shè)統(tǒng)籌考慮功能需求與技術(shù)可能，分階段逐步推進，在應(yīng)用中不斷迭代升級，可分為初級、中級、高級三個發(fā)展階段。

智能大壩發(fā)展階段

①初級階段：具有基礎(chǔ)完善的監(jiān)測感知體系，可實現(xiàn)對主要物理量的監(jiān)測與感知，分析診斷以傳統(tǒng)理論、數(shù)理統(tǒng)計結(jié)合工程經(jīng)驗為核心，決策控制與調(diào)控依賴人工操作，側(cè)重數(shù)據(jù)的收集、存儲及人工處理，實時性與交互性較弱。

當前我國大型水庫大壩已建立了較為完善的監(jiān)測感知體系，但由于70%以上中小型水庫建于20世紀50—70年代，普遍存在建設(shè)標準低、老化失修嚴重、監(jiān)測手段原始等問題，中小型水庫智能大壩建設(shè)底子薄、基礎(chǔ)弱。為提升中小型水庫防汛預(yù)警能力、優(yōu)化水資源管理，我國自2021年全面啟動中小型水庫智能化改造項目，“十四五”以來，完成425座大中型水庫安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)、5.1萬余座小型水庫大壩安全監(jiān)測設(shè)施建設(shè)和5.7萬余座雨水情測報設(shè)施建設(shè)，監(jiān)測覆蓋率與自動化程度大幅度提高，水庫安全管理已基本實現(xiàn)從“模糊感知”到“精準掌控”的跨越式轉(zhuǎn)變。例如：江西新干縣作為全國首批試點縣，為98座小型水庫安裝滲壓計、量水堰等設(shè)施，整合滲流、位移、水位等8類數(shù)據(jù)接入省級平臺，實現(xiàn)大壩安全指標動態(tài)監(jiān)測與科學(xué)處置；安徽龍河口水庫引入北斗高精度位移監(jiān)測與機器視覺變形監(jiān)測技術(shù)，結(jié)合無人機自動巡航系統(tǒng)，構(gòu)建了全天候立體感知網(wǎng)絡(luò)，大壩監(jiān)測精度和巡查效率顯著提升；云南彌勒市通過部署“天空地水工”一體化監(jiān)測感知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)壩體毫米級形變實時捕捉，配合AI視頻分析自動識別管涌等13類風(fēng)險，風(fēng)險預(yù)警響應(yīng)時間大幅度縮短。智能化改造正推動中小型水庫從被動應(yīng)對轉(zhuǎn)向主動防控、從經(jīng)驗驅(qū)動轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動。總體而言，目前我國大部分已建水庫大壩已構(gòu)建起適應(yīng)工程需求的監(jiān)測感知基礎(chǔ)，但大部分水庫尤其中小型水庫大壩的分析診斷仍主要依賴傳統(tǒng)理論與經(jīng)驗積累，決策控制依賴人工操作，處于智能大壩建設(shè)初級階段。

②中級階段：具備系統(tǒng)完備的監(jiān)測感知體系，可覆蓋上下游庫區(qū)、大壩及河道的各類物理量，分析診斷以仿真技術(shù)為核心，依托智能輔助決策系統(tǒng)實現(xiàn)調(diào)控，側(cè)重數(shù)據(jù)分析與輔助決策，具備初步自動化調(diào)控能力，實時性與交互性良好。

目前國內(nèi)開展數(shù)字孿生工程、在線監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)以及矩陣管理的水庫大壩工程處于中級階段，部分建設(shè)初步達到了高級階段。例如：三峽工程構(gòu)建了覆蓋壩體、庫區(qū)及上下游河道的立體監(jiān)測網(wǎng)，布設(shè)萬余個傳感器，實時采集壩體應(yīng)力、水位、流速及氣象數(shù)據(jù)；“數(shù)字孿生三峽”平臺融合BIM+GIS技術(shù)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)與三維模型聯(lián)動，動態(tài)渲染壩體變形、滲流場等狀態(tài)，直觀展示船閘運行時序；建立的壩體三維有限元實時仿真系統(tǒng)，將采集的龐大監(jiān)測數(shù)據(jù)清洗后輸入模型，模擬不同水位組合下的壩體位移響應(yīng)，預(yù)測壩體變形趨勢；平臺通過整合雨水情等數(shù)據(jù)，運用流域預(yù)報模擬成果，結(jié)合防洪調(diào)度出庫流量，對比分析不同調(diào)度方案下的水庫輸沙排沙效果、庫區(qū)淤積量及淤積分布等，預(yù)演多種調(diào)度情景。小浪底工程聚焦黃河水沙特性，部署泥沙濃度、壩前沖淤等專項監(jiān)測設(shè)備，結(jié)合衛(wèi)星遙感監(jiān)測庫區(qū)淤積；通過開發(fā)水沙耦合仿真模型，利用多年調(diào)水調(diào)沙數(shù)據(jù)訓(xùn)練算法，模擬不同來水條件下的庫區(qū)沖淤過程，精準預(yù)測排沙效率；結(jié)合實際情況動態(tài)調(diào)整出庫流量，具備了突發(fā)險情的快速響應(yīng)能力，呈現(xiàn)出智能大壩建設(shè)中級階段“數(shù)據(jù)驅(qū)動、人機協(xié)同”的特征。

③高級階段：構(gòu)建全域透徹的監(jiān)測感知體系，可實現(xiàn)庫區(qū)、大壩及上下游河道全要素全過程的透徹感知，深度融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，以人工智能為核心開展分析、決策與調(diào)控，具備自主感知、診斷、決策、執(zhí)行及學(xué)習(xí)能力，擁有預(yù)報、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案“四預(yù)”及智能防洪、水資源調(diào)控等功能，可支撐工程智能運維與效益最大化。

智能大壩建設(shè)的高級階段是智能大壩的最終建設(shè)目標，具有強大的自主感知能力、自主分析診斷能力、自主決策控制能力和自主學(xué)習(xí)能力。例如：作為智能大壩建設(shè)期試點的古賢水利樞紐工程，通過研發(fā)參數(shù)化建模與大壩智能設(shè)計平臺，實現(xiàn)對碾壓混凝土重力壩、水工隧洞、金屬結(jié)構(gòu)、電站廠房的智能設(shè)計；研發(fā)大壩施工仿真與動態(tài)優(yōu)化模型，實現(xiàn)對大壩施工組織設(shè)計方案的仿真預(yù)演等。作為智能大壩運行期試點的西藏旁多水利樞紐補齊信息化監(jiān)測短板，構(gòu)建“天空地水工”一體化全要素全天候動態(tài)監(jiān)控體系，通過整合衛(wèi)星、無人機、視頻監(jiān)控、北斗應(yīng)用等新設(shè)備和新技術(shù)形成全方位、多維度監(jiān)控網(wǎng)；通過開展?jié)畏治鲇嬎氵M行下游洪水淹沒模擬計算，精準掌握下游區(qū)域淹沒范圍人員分布，劃定風(fēng)險點位及區(qū)域，實現(xiàn)有效預(yù)警，確保下游河道安全，呈現(xiàn)出智能大壩建設(shè)高級階段“人機融合與自主決策、全域協(xié)同與動態(tài)適配”躍升性特征，實現(xiàn)從“輔助支持”向“自主智能”的質(zhì)變。

智能大壩實踐路徑

智能大壩是壩工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，其全面實踐是一個長期漸進過程，依賴前沿技術(shù)突破與多學(xué)科深度融合。智能大壩的實踐路徑之一是數(shù)字孿生，通過耦合物理大壩與數(shù)字大壩，構(gòu)建同步仿真運行平臺，對大壩性態(tài)全要素和運行管理全過程進行數(shù)字化映射、智能化模擬，虛實交互、耦合優(yōu)化，提升調(diào)度指揮的科學(xué)性與安全性，通過強化頂層設(shè)計、突破關(guān)鍵技術(shù)、開展先行先試、完善標準體系等舉措，分階段、分類別推進智能大壩建設(shè)。

物理大壩和數(shù)字大壩交互

智能大壩實踐路徑

1.在役工程

對于在役工程，全面評估其結(jié)構(gòu)安全、運行狀態(tài)、調(diào)度情況及管理流程，據(jù)此明確智能化升級的需求和目標，提出感知、診斷、控制、調(diào)度、算力等系統(tǒng)的升級改造方案，選取適配的軟硬件技術(shù)和設(shè)備逐步實施改造并聯(lián)調(diào)聯(lián)試；收集運行信息，總結(jié)試點中存在的問題，為后續(xù)迭代改進提供依據(jù)。圍繞“監(jiān)測補盲、模型升級、決策自主”關(guān)鍵核心，構(gòu)建“全域感知—智能診斷—自主調(diào)控”閉環(huán)體系。通過開展系統(tǒng)評估、精準改造、能力補強、持續(xù)優(yōu)化，構(gòu)建高效可持續(xù)的在役智能大壩體系。在役工程的升級改造流程應(yīng)因壩施策、漸進改造，以智能技術(shù)賦能提升在役工程“可感、可知、可控”能力。

（1）監(jiān)測體系全域化改造

在役工程需以“補盲、提質(zhì)、自主”為核心，構(gòu)建覆蓋壩體、庫區(qū)及上下游河道的全要素感知網(wǎng)絡(luò)。在硬件層面，增設(shè)高精度分布式傳感設(shè)備、北斗終端等先進設(shè)備，形成天空地一體化監(jiān)測矩陣，實現(xiàn)從單點監(jiān)測向全域感知的轉(zhuǎn)變。截至2024年年底，現(xiàn)代化水庫運行管理矩陣全國平臺基本建成，8246座水庫開展了矩陣建設(shè)。上海、吉林、浙江等?。ㄖ陛犑校┮约皬V東省永漢河等流域已基本建成區(qū)域矩陣平臺；小浪底、丹江口、萬家寨、大藤峽、密云等水庫大壩已基本建成數(shù)字化應(yīng)用平臺并上線運行。以提升水庫現(xiàn)代化測報能力為目標，聚焦流域防洪與水庫調(diào)度需求，2023年7月，水利部啟動由氣象衛(wèi)星和測雨雷達、雨量站、水文站組成的雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”建設(shè)。通過研發(fā)產(chǎn)匯流水文模型、水動力洪水演進模型等技術(shù)，實現(xiàn)云中雨—落地雨—河道徑流全過程監(jiān)測預(yù)報，實現(xiàn)延長洪水預(yù)見期和提高洪水預(yù)報精準度的有效統(tǒng)一。2025年年底前實現(xiàn)氣象衛(wèi)星強降雨預(yù)警全覆蓋，在重點區(qū)域開展測雨雷達試點，初步構(gòu)建雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”；2035年年底全面建成雨水情監(jiān)測預(yù)報“三道防線”。目前已在山東大汶河、北京永定河等流域落地應(yīng)用，為智能大壩建設(shè)提供基礎(chǔ)支撐。

（2）分析診斷智能化升級

基于既有監(jiān)測數(shù)據(jù)積累，構(gòu)建多維度智能分析模型。針對壩體結(jié)構(gòu)性態(tài)，開發(fā)融合有限元理論與深度學(xué)習(xí)算法的混合診斷模型，自主識別裂縫擴展、材料劣化等隱性風(fēng)險，并預(yù)測大壩性態(tài)演變趨勢。針對水文過程，引入時空序列預(yù)測算法，結(jié)合氣象預(yù)報數(shù)據(jù)生成未來入庫流量過程，支撐防洪與興利調(diào)度決策。在數(shù)據(jù)治理方面，建立全生命周期數(shù)據(jù)清洗模型，自動識別異常值、缺失值并完成修復(fù)；構(gòu)建工程知識圖譜，整合設(shè)計標準、運維記錄及專家經(jīng)驗，形成可動態(tài)更新的規(guī)則庫，為智能診斷提供知識支撐。為響應(yīng)水利現(xiàn)代化要求，提升水利工程管理水平，三峽、小浪底、丹江口、大藤峽、萬家寨、太浦閘等重大水利樞紐加快推進數(shù)字孿生建設(shè)。通過構(gòu)建數(shù)字孿生平臺，完善水利感知網(wǎng)、信息網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，搭建數(shù)據(jù)底板，開發(fā)專業(yè)與智能識別模型，圍繞防洪調(diào)度、工程安全、庫區(qū)管理等業(yè)務(wù)實現(xiàn)“四預(yù)”功能，針對各樞紐特點開展特色應(yīng)用建設(shè)。

（3）預(yù)警防控系統(tǒng)化強化

構(gòu)建多層級水位監(jiān)測體系，結(jié)合激光測距與視頻識別技術(shù)實現(xiàn)壩頂水位的厘米級實時感知。開發(fā)暴雨洪水耦合模型，整合流域雨情、產(chǎn)匯流數(shù)據(jù)，提前預(yù)判漫頂風(fēng)險，并生成分級預(yù)警閾值。配套建設(shè)智能應(yīng)急體系，包括壩頂防漫頂擋墻自動升降裝置、庫區(qū)周邊聲光預(yù)警終端，形成“監(jiān)測—預(yù)警—處置”閉環(huán)調(diào)控體系。目前，三峽實現(xiàn)1.2萬多個測點在線監(jiān)測，支撐長江2024年第1號洪水防御，小浪底智能系統(tǒng)連續(xù)3年支撐調(diào)水調(diào)沙，丹江口在2023年秋汛中實現(xiàn)大壩性態(tài)動態(tài)推演，大藤峽、萬家寨、太浦閘等在防洪、工程安全、庫區(qū)管理等方面成效顯著，有力提升了水利工程調(diào)度與管理的科學(xué)化、精準化水平，為水利高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

（4）功能適配差異化提升

針對以防洪為主的在役工程，強化流域協(xié)同調(diào)度能力，通過標準化數(shù)據(jù)共享接口，實現(xiàn)與上下游水庫的實時信息交互。構(gòu)建防洪風(fēng)險動態(tài)評估模型，可根據(jù)來水情景自主調(diào)整調(diào)度策略，在保障安全的前提下提升洪水資源利用率。對于以供水為核心功能的在役工程，重點升級水資源調(diào)配系統(tǒng)。對于以發(fā)電為主的在役工程，優(yōu)化機組運行控制算法，構(gòu)建多目標優(yōu)化模型，自主選擇開機組合與負荷分配方案，提升發(fā)電效率。

為提升流域梯級工程協(xié)同運行水平，金沙江下游、大渡河流域推進梯級調(diào)度智能化建設(shè)。金沙江下游構(gòu)建梯級水電集控系統(tǒng)，整合遠程監(jiān)控、水庫調(diào)度等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯集與聯(lián)合優(yōu)化調(diào)控；大渡河流域研發(fā)智能感知設(shè)備，構(gòu)建大數(shù)據(jù)預(yù)測預(yù)警模型，建成自學(xué)習(xí)、自預(yù)警、自決策智慧化梯級電站群。通過流域梯級調(diào)度，金沙江下游梯級集控系統(tǒng)實現(xiàn)閘門遠程控制成功率100%，年降低運維成本超百萬元。大渡河流域成功預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害30余次，2022年瀘定地震后快速處置險情，2020年“8·18”洪水削峰率達80%。新技術(shù)應(yīng)用提升了資源利用率與防洪能力，為流域防洪安全和資源優(yōu)化利用提供支撐。

2.新建工程

對于新建工程，根據(jù)其工程等級、開發(fā)任務(wù)等特點，擬定詳細的設(shè)計和建設(shè)方案，涵蓋智能建設(shè)及感知、診斷、控制、調(diào)度、算力等系統(tǒng)，確保各系統(tǒng)協(xié)同運轉(zhuǎn)以提升大壩整體性能。投入運行后，根據(jù)實際需求持續(xù)優(yōu)化升級，總結(jié)成功經(jīng)驗，打造行業(yè)標桿，引導(dǎo)其他大壩工程向智能方向發(fā)展。

（1）感知體系的原生構(gòu)建

在設(shè)計階段即嵌入全域感知理念，形成“天空地水工”一體化監(jiān)測感知體系，實現(xiàn)水庫—大壩—下游一體化透徹感知。在壩體混凝土澆筑中同步布設(shè)智能設(shè)備，實現(xiàn)從施工期到運行期的全生命周期監(jiān)測。針對庫區(qū)地形特點，采用北斗導(dǎo)航、無人機航測等技術(shù)構(gòu)建三維基礎(chǔ)模型，配套部署水質(zhì)、泥沙、氣象等一體化監(jiān)測站，形成覆蓋壩體、庫區(qū)、河道的立體感知網(wǎng)絡(luò)。融合BIM與GIS技術(shù)構(gòu)建數(shù)字孿生底座，將感知數(shù)據(jù)與三維模型實時關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)工程狀態(tài)的可視化動態(tài)呈現(xiàn)。開發(fā)感知設(shè)備自校準模型，通過物理場仿真與實測數(shù)據(jù)比對，自主修正傳感器漂移誤差，確保長期監(jiān)測精度。例如：作為智能大壩建設(shè)期試點的浙江鏡嶺水庫，研發(fā)基于磁柵技術(shù)的新型混凝土壩應(yīng)力與變形直接監(jiān)測設(shè)備以及混凝土智能拌和監(jiān)測設(shè)備，重慶市跳蹬水庫開展工程建設(shè)管理工地“人、機、料、法、環(huán)”全要素全過程的即時感知、實時可視、安全在控和環(huán)保監(jiān)控，有效提升大壩智能建設(shè)感知能力。

（2）分析診斷的智能融合

構(gòu)建以物理機理為根基、AI算法為引擎的融合分析診斷體系，在設(shè)計階段即植入多維度分析模型框架，整合壩體結(jié)構(gòu)力學(xué)、水文水動力學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域理論，形成“物理模型+數(shù)據(jù)模型”雙驅(qū)動架構(gòu)。建立全生命周期數(shù)據(jù)驅(qū)動的診斷機制，開發(fā)時序預(yù)測模型，提前預(yù)警壩體異常性態(tài)。構(gòu)建情景庫與推理引擎，模擬強震等極端風(fēng)險場景下的工程響應(yīng)，自動生成損傷演化路徑與應(yīng)急處置閾值。打造“診斷-反饋-迭代”閉環(huán)系統(tǒng)，將專家評估、工程案例作為訓(xùn)練樣本，通過遷移學(xué)習(xí)優(yōu)化診斷模型泛化能力。例如：以城市供水為主的太平水庫，在建設(shè)環(huán)節(jié)結(jié)合深度學(xué)習(xí)和計算機視覺技術(shù)，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場人員的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)及環(huán)境的風(fēng)險因素的智能識別與預(yù)警，有效提升大壩智能建設(shè)分析診斷能力。

（3）智能決策的深度集成

構(gòu)建以AI為核心的決策中樞，整合水文、結(jié)構(gòu)、生態(tài)等多領(lǐng)域風(fēng)險評估和調(diào)控模型，開發(fā)自適應(yīng)調(diào)度算法，根據(jù)實時雨水情、電力負荷、生態(tài)流量、缺陷分級等約束條件，自主生成多目標優(yōu)化方案，并通過數(shù)字孿生仿真預(yù)判方案實施效果。建立情景推演模型，模擬地震、特大洪水等事件的工程響應(yīng)，提前生成應(yīng)急處置預(yù)案。構(gòu)建工程聯(lián)合調(diào)度及其優(yōu)化求解算法集，實現(xiàn)面向多調(diào)度方案的智能化優(yōu)選。研發(fā)迭代算法模型，提升決策方案與實際需求的匹配度，在支持系統(tǒng)自主決策的同時，允許人工干預(yù)調(diào)整，實現(xiàn)智能與經(jīng)驗的有機融合。例如：對于以防洪減淤、水資源調(diào)蓄為首要功能的古賢水利樞紐工程，通過強化流域協(xié)同能力，構(gòu)建跨區(qū)域數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)與上下游水庫的聯(lián)合調(diào)度。開發(fā)洪水演進數(shù)字孿生系統(tǒng)，精準模擬洪水在流域內(nèi)的傳播過程，為錯峰調(diào)度提供量化支撐。配套建設(shè)生態(tài)流量智能調(diào)控設(shè)施，在防洪的同時保障河道生態(tài)用水需求，有效提升大壩智能建設(shè)決策能力。

（4）算力系統(tǒng)的全域支撐

通過搭建存儲資源、計算資源、高速網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)共享和應(yīng)急通信系統(tǒng)，形成算力支撐體系，為新建工程智能分析、決策提供全域算力保障。構(gòu)建算力調(diào)度接口，滿足極端工況仿真、大尺度流域協(xié)同分析等超算需求。開發(fā)智能算力調(diào)度算法，根據(jù)任務(wù)優(yōu)先級與實時負載動態(tài)分配資源；配套建設(shè)算力安全防護體系，確保數(shù)據(jù)傳輸與計算過程的安全性，為智能大壩的自主感知、分析、決策提供持續(xù)可靠的算力支撐。

結(jié)論

構(gòu)建智能大壩是應(yīng)對風(fēng)險挑戰(zhàn)、把握時代之變、塑造發(fā)展動能的關(guān)鍵舉措。本文系統(tǒng)闡述了智能大壩的發(fā)展階段和實踐路徑，為智能大壩建設(shè)提供了目標指引和步驟規(guī)劃，助力智能大壩建設(shè)科學(xué)、高效、穩(wěn)步落地。

智能大壩建設(shè)需遵循技術(shù)演進規(guī)律，分階段穩(wěn)步推進。初級階段以搭建基礎(chǔ)監(jiān)測體系為核心，決策模式仍以人工為主導(dǎo)；中級階段依托仿真技術(shù)實現(xiàn)輔助決策與初步自動化調(diào)控，管理效率得到顯著提升；高級階段則通過人工智能深度賦能，達成全流程智能化管理，實現(xiàn)自主感知、診斷、決策與優(yōu)化。其中，數(shù)字孿生技術(shù)作為貫穿各階段的核心實施路徑，通過物理實體與虛擬模型的實時虛實耦合，有效增強大壩運行的安全性與調(diào)度的科學(xué)性，為各階段目標的實現(xiàn)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

未來將分級分類加快推進智能大壩建設(shè)，在應(yīng)用實踐中不斷迭代升級，并推動其與數(shù)字孿生流域、數(shù)字孿生水網(wǎng)有效銜接，加速水利行業(yè)智能化進程。

Abstract: Under the background of intensifying of global climate change, dam construction faces more challenges and complex environments. Smart dam construction becomes the key to ensure high-level dam safety and high-quality development and inevitable for dam engineering technology development. A systematic analysis was conducted on stages and practical paths of smart dam development. According to functions and technical feasibility, its development is divided into three stages. In the primary stage, a relatively complete monitoring and perception system shall be built to rely on traditional theoretical methods combined with lessons learned from projects for decision-making and regulation by man. In the intermediate stage, a complete monitoring and perception system is upgraded with simulation technology as the core for analysis and diagnosis and an intelligent platform for decision-making and regulation. In the advanced stage, a comprehensive monitoring and perception system shall be set up, with the entire process of analysis, diagnosis, decision-making, and regulation led by artificial intelligence technology. Digital twin shall be the practical path for smart dam development, with a synchronous simulation operation platform by mapping physical and digital dams. It digitally maps and intelligently simulates all elements of dam behavior and the entire process of operation and management, and optimizes virtual real interaction and coupling to realize scientificity and safety of scheduling and commanding. Based on the above, it aims to boost smart dam construction and facilitate systematic reform in dam construction and operation.

Keywordssmart dam; monitoring perception; analysis and diagnosis; decision-making and control; digital twin

本文引用格式：

柴福鑫，辛建達，程恒，智能大壩發(fā)展階段和實踐路徑[J].中國水利，2025（16）：66-71.

封面攝影郭曉敏

責(zé)編楊文杰

校對李盧祎

審核王慧

監(jiān)制楊軼

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