Page 65 - 2025年第56卷第11期

时程数据进行感知，作为地震动力响应快速分析的输入参数；基于无人机建模和三维参数化建模构建
多尺度大坝三维高保真几何模型数据；提出考虑施工质量影响的大坝材料参数非均质性分析模型，以
量化整个大坝空间的物理力学参数并提高地震动力响应分析准确性。在系统的专业模型方面，提出基
于 pix2pixHD 的时空全域代理模型，以快速分析大坝地震动力响应结果的时空分布特征，实现大坝地
震过程的快速可视化。在系统虚实映射方面，提出基于关系型数据库的数字孪生信息虚实交互方法，
基于 JSON/XML 结构化数据、套接字（Socket）实时通信、Base64 编码等关键技术，构建涵盖 Web 服务
器、业务逻辑处理系统及数据库的信息感知与互馈流程。在系统可视化反馈方面，基于 Apache Tomcat
构建 B/S 架构实现跨平台使用，并基于 Pytorch 开发 CUDA 加速专业模型的计算效率，通过专业模型的
数据驱动三维物理场可视化分析，实现地震动力时空响应的实时性可视化表达。在所提框架下预留知
识平台接口，能够将大坝抗震设计资料、规范文件和应急预案等知识嵌入到系统中，通过地震台网接
入的地震数据在周边区域发生地震时进行早期预报，经过专业模型的快速分析实现大坝地震动力响应
分析和地震损伤结果的预演，进而基于资料和文件中的规则匹配，在强震情况发生时快速生成对应的
调度方案和风险预警，为组建起预报、预警、预演、预案的数字孪生水利工程“四预” ［17］ 提供重要的
数据底板、模型平台和可视化支撑。

图 1 大坝地震动力响应分析系统的数字孪生框架

3 大坝地震动力时空响应分析系统的数据底板构建

数据底板是支撑专业模型分析和系统运行的关键基础。为了提高大坝地震动力响应分析的准确
性，有必要构建高保真的三维大坝几何模型，并精确获取实际地震动信息和坝体材料的物理力学参
数，以辅助建立更准确和可靠的专业模型，同时为系统的可视化提供三维模型基础。
3.1 基于无人机建模和参数化建模的大坝三维几何模型建立 大坝三维几何模型是构建有限元模型和
可视化的数据基础。为了构建高保真大坝三维模型，通过无人机倾斜摄影建立坝区边坡模型的方法和
土石坝分区分仓参数化建模方法，以分别实现坝区地形实景模型和大坝精细参数化模型的更新，解决
在地形复杂施工区域的测量困难和模型更新费时费力等问题。首先，基于无人机倾斜摄影建立坝区复
杂地形和大坝已建部分的实景模型；其次，针对实景模型以上的大坝未建部分，通过设计资料和施工监
控信息计算坐标，在实景模型的基础上实现大坝的三维精细分区分仓的参数化建模 ［43］ ，使得所构建的大
坝仓面实体模型与实际的施工仓面匹配，便于与数据底板中的信息关联以组建精细化 BIM 模型；最后，
将前两个模型转换为通用三维几何模型格式，作为大坝地震动力响应分析和可视化的模型基础。

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