摘要：本研究针对水利工程全生命周期管理中的信息断层问题，构建了“无人机实景建模+BIM+云平台”技术体系。通过大疆机场3代（DJI Dock 3）与华为Atlas 800 Model A2的边缘计算能力，实现设计-施工-运维数据动态更新，研究成果为水利工程数字化转型提供了创新范式。

关键词：水利工程；无人机实景测量；BIM协同；数字孪生；边缘计算

0 引言

水利部《智慧水利建设规划（2021-2025）》指出，传统工程管理存在 数据割裂（模型转换损耗率32%）、协同低效（变更响应＞72h）、监测滞后（人工巡检覆盖率＜45%）三大痛点。本研究通过融合无人机实景测量、BIM（Building Information Modeling， 建筑信息模型）与边缘计算技术，构建全生命周期数字化工作流，支撑“数字孪生流域”战略落地。

1 研究目标与技术路线

1.1 OSGB→IFC轻量化插件

针对BIM模型轻量化转换问题，开发OSGB→IFC轻量化插件，通过几何化简、纹理压缩及网格压缩，结合中间格式转换及属性精简，实现模型轻量化率突破80%且信息完整度达95%以上，解决数据传输与存储瓶颈。

1.2 微服务云协同平台

行业主流厂商推出微服务云协同平台，支持并发用户实时协作、云端轻量化引擎实现秒级加载、智能版本控制系统自动合并冲突，破解BIM协同效率与性能瓶颈，推动设计协作向云端智能化转型。

1.3 水利LOD500标准

水利LOD500标准通过全要素毫米级建模、集成水文地质参数等完整属性、支持传感器动态关联，并依据相关规范构建“感知-分析-预警”闭环，解决传统模型精度不足、数据孤岛及风险预警滞后问题，为数字孪生水利设施提供标准化支撑。

2 关键技术理论

2.1 无人机实景测量优化

采用大疆M300 RTK平台结合五镜头系统优化方案，实现厘米级定位、增强抗磁干扰能力、同步采集多视角数据，配合高精度融合技术与深度学习辅助，有效破解多源数据融合中的精度与效率瓶颈，支持复杂场景实时高精度三维建模。

2.2 水利BIM标准体系

构建覆盖全生命周期的标准化框架，制定数据标准、应用标准、交付标准、协同标准，有效打通信息孤岛，提升BIM在水利工程中的系统性与应用深度。

2.3 云协同平台架构

通过云端核心实现全局调度与模型训练，边缘节点完成本地实时处理与关键信息回传，采用Delta差分算法实现高效数据版本控制，减少传输量87%，提升协作灵活性。同时，通过边缘节点缓存关键数据、云端AI模型动态分配计算任务、AES-256加密与私有化部署，显著提升无人机协同作业的稳定性、效率与数据安全性。

3 一体化应用框架实证

3.1 设计阶段创新

3.1.1 参数化设计创新

采用Blender插件实现参数化网格生成与地形优化，通过动态规划算法分析DEM确定最优开挖路径，减少土方量，提升设计效率与工程经济性。

3.1.2 生态避让技术

利用大疆M300 RTK无人机搭载热红外相机，识别植物群落蒸腾作用形成的“冷岛效应”，结合SVM分类模型建立本地植物光谱数据库，实时标注避让区域，有效平衡工程建设与生态保护需求。

3.2 施工阶段管控

3.2.1 进度偏差预警

采用无人机日扫描技术自动识别钢筋骨架三维坐标，发现偏差并实时推送预警至施工员移动端，实现100%覆盖巡检，提升施工质量与工程进度监控效率。

3.2.2 质量追溯

开发BIM集成智能温控系统，通过预埋光纤传感器自动采集温度场数据，当内外温差超阈值时自动预警并调节冷却水流，同时将数据写入BIM构件属性生成数字档案，形成“采集-预警-追溯”质量闭环管理。

3.3 运维阶段升级

3.3.1 数字孪生平台

构建数字孪生平台与智能监测系统融合方案，利用InSAR技术与无人机激光雷达实现毫米级形变监测，部署智能监测终端实时上传位移数据，并设定动态阈值联动BIM模型高亮风险区域，形成“空天地一体化”智能监测预警体系。

4 结论

本研究提出基于模型的系统工程（MBSE）驱动的全生命周期数字化协同范式，实现设计、生产、质量、成本等数据的集成管理，缩短产品开发周期，降低变更成本，并达成设计-生产-运维无缝衔接，显著提升全生命周期管理效率。

通过自适应映射算法实现OSGB模型元素与IFC实体类自动匹配，结合批量处理引擎快速转换场景数据，内置几何拓扑规则校验模块，使转换后模型符合率≥98.5%，显著提升模型转换效率与质量。

构建“监测-预警-响应-调度”全链条解决方案，前端部署空天地一体化监测网络，中端配备智能搜救设备与电源保障，后端搭建跨部门协同调度平台，缩短洪涝应急响应时间，提升防灾减灾能力。

三大核心技术突破构建高效节水灌溉体系，前端部署物联网传感器实现实时监测，中端开发水肥一体化系统，末端推广非常规水源利用，规模化应用后提升水资源利用率25%以上，同时降低节水成本，提高作物产量与品质，减少化肥用量，降低土壤硝酸盐含量与CO₂排放。

参考文献

[1]水利部. 智慧水利建设顶层设计（2021-2025）[R]. 北京： 中国水利水电出版社， 2021.

[2] DJI大疆创新. 大疆机场3代技术规格书[Z]. 深圳： 大疆， 2024.

[3]华为技术有限公司. Atlas 800 Model A2产品手册[Z]. 深圳： 华为， 2024.

[4]杨晶晶，张龙丰.无人机倾斜摄影测量在大范围带状区域三维重建中的应用[J].测绘与空间地理信息，2025，48（02）：205-210.

[5]李必军，郭圆，周剑.智能驾驶高精地图发展与展望［J］.武汉大学学报（信息科学版），2023，49（4）：491－505．

[6]冯昶，杜清运，范晓宇．高精动态地图基础平台众源更新技术路线研究［J］.测绘地理信息，2023，48（1）：10－15．