【水利】当超级水电工程遇上三维GIS

雅砻江流域是我国十三大水电能源基地之一，由雅砻江流域水电开发有限公司进行全流域水电开发和运营管理，是实施流域梯级统筹开发最典型的代表。流域水能资源开发是一项复杂的系统工程，涉及的管理面广，内容繁多，需结合先进技术手段做出管理信息化创新。超图全程参与了雅砻江公司发起的“流域水电全生命周期数字管理平台研究与应用”项目，在水电BIM和GIS结合方面实现了技术创新和实际应用，并于2017年底与雅砻江流域水电开发有限公司、中国电建集团成都院、天津大学携手共同获得2017年度水力发电科学技术奖一等奖。

雅砻江的超级水电工程

雅砻江系金沙江最大支流，源于青海省，流经四川西部，在攀枝花汇入金沙江。雅砻江干流全长只是黄河的1/4，但水量是黄河的1.1倍，天然落差高达3800多米，水能资源极其丰富。雅砻江流域将梯级建设22级电站，2025年实现装机3000万KW，总装机规模相当于1.5个三峡水电站。雅砻江流域已建或在建的一些大型水电站是我国乃至世界上的“超级工程”，如锦屏一级水电站的305米高大坝，是世界最高拱坝，被公认为世界建设管理难度最大，施工难度最大、工程技术难度最大、施工环境危险最大的水电站；如在建的两河口水电站，它具有国内最高、全球第二的295米高的土石坝，世界水电最大规模高边坡群、世界最大的泄洪水头高度及泄洪流速最大的泄洪设施。

雅砻江流域梯级电站分布

正在泄洪的锦屏一级水电站高拱坝

两河口水电站左岸坝肩及洞式溢洪道出口全貌

超级工程呼唤科学管理，基于全流域水能资源开发的迫切需要，雅砻江公司紧跟时代潮流，结合先进技术手段提升流域水电科学开发和高效管控水平，提出了“流域水电全生命周期数字管理平台研究与应用”项目。项目总体思路基于物联网及其他前沿信息采集技术手段，及时获取流域气象、径流等自然环境过程，工程设备设施运行过程、人类社会经济及生产管理过程等的数据，实现全流域、全业务、全层级数据的一体化集成管理，强化数据分析应用和管控，并在三维沉浸式虚拟环境下实现流域环境及数据资源的可视化集成展现。

项目所涉及的水电站建设的数据涵盖了地面、地下复杂精细的水工建筑物、厂房机电设备等模型。如何将大范围高精度BIM模型与数据接入三维GIS平台？如何实现大体量（多达几十万）精细模型优化与流畅显示？如何实现BIM模型与三维GIS平台高精度地形三维模型紧密贴合？诸多关键问题等待着先进技术的突破。

水电站模型和三维GIS融合的超图方案

经过两年的艰苦奋斗，水电站BIM模型与三维GIS平台高效融合的难题目前已被成功解决。超图研发了一套包含BIM到三维GIS的自动转换、模型压缩与轻量化、场景缓存、BIM与地形精确匹配等技术的流域级海量三维地理信息与建筑信息模型的高效融合技术，实现了BIM与GIS信息数据的无缝集成，做到从宏观到微观、室外到室内、地上到地下的一体化管理，有力提升了水电企业多维度管理水平及决策指挥水平。
01 三维GIS与BIM模型的高效融合技术

超图研发的BIM模型压缩技术与轻量化技术，海量三维地理信息与精细化BIM模型的高效融合技术，可实现对水电站设计BIM模型的优化，以便更好与三维GIS平台的融合和展示，实现TB量级的地理信息数据和精细至设备零部件的BIM模型高效融合，三维浏览响应时间短、浏览帧率高。

两河口枢纽工程设计模型

锦屏一级机电56万个三维模型对象

高精度流域DEM数据和影像数据（TB级数据量）

02 BIM模型和三维地形的精确匹配

设计模型和地形数据在平面坐标系和地球坐标系之间的转换，可实现在地球曲率影响下的模型和地形精确匹配，避免渲染时的裂缝和漏洞等问题，满足水电企业建设、运营、管理对数据的精度需求。

模型和地形数据的精确匹配效果

03 水电站模型的复杂时空关系动态管理

项目不仅实现了静态模型的转换渲染，还实现了模型的时空动态管理，可基于三维GIS平台可良好的实现水电工程设计期、施工期、运行期等全生命期的信息传递。

技术应用效果

项目建设中，三维GIS和BIM结合方面的技术突破，在雅砻江三维可视化展示与会商平台建设中得到了具体应用。流域水电工程数字化建设管理、流域数字化水电站管理、流域梯级水库调度、流域水电站征地移民管理、流域环境保护与水土保持管理、流域公共安全管理等模块中，都深入而广泛地利用了三维GIS和BIM结合的功能。目前项目研发成果已经在雅砻江集控中心等多个部门部署应用，受到了用户的一致好评。

雅砻江公司三维可视化展示与会商平台应用现场

水电站应急辅助决策

大坝安全监测信息查询

项目研究成果可以在更多的流域，包括金沙江、雅鲁藏布江、大渡河等更多的流域水电开发单位得到应用；超图将携手水电行业单位，助力水利水电行业数字化、信息化建设的落地工作，提升水利水电建设信息化管理水平。