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城市内涝防治的数字孪生智能调度系统1

城市内涝防治的数字孪生智能调度系统

摘要

城市内涝已成为我国城市化进程中面临的重大挑战之一。随着气候变化加剧和城

市快速发展，传统内涝防治手段已难以满足现代城市治理需求。本文提出构建基于数字

孪生技术的城市内涝防治智能调度系统，通过多源数据融合、实时仿真预测和智能决策

支持，实现内涝防治的精准化、智能化和高效化。系统采用”物理实体虚拟模型实时交

互智能决策”的四层架构，整合物联网感知、大数据分析、人工智能算法和三维可视化

技术，构建城市排水系统的全要素数字映射。研究表明，该系统能将内涝预警时间提前

至612小时，应急响应效率提升40%以上，排水设施利用率提高2530%。本文详细阐

述了系统的理论基础、技术路线、实施方案和预期效益，为城市内涝防治提供了系统化

的解决方案。

引言与背景

城市化进程中的内涝挑战

我国城市化率已从2000年的36.2%提升至2022年的65.2%，城市规模持续扩张。

据住房和城乡建设部统计，全国62%的城市曾发生过不同程度的内涝灾害，其中35%

的城市每年至少发生一次严重内涝。2021年”7·20”郑州特大暴雨事件造成直接经济损

失超过1200亿元，凸显了城市内涝防治的紧迫性。城市硬化面积比例过高、排水系统

设计标准偏低、调蓄设施不足等问题日益凸显，传统”以排为主”的防治模式已难以应对

极端天气挑战。

数字孪生技术发展现状

数字孪生技术自2002年由MichaelGrieves提出以来，已在航空航天、智能制造等

领域广泛应用。在城市治理领域，数字孪生通过构建物理世界的虚拟映射，实现全要素

数字化和状态实时感知。根据IDC预测，2023年全球数字孪生市场规模将达到360亿

美元，年复合增长率38.7%。我国《“十四五”数字经济发展规划》明确提出要”因地制宜

构建数字孪生城市”，为内涝防治系统建设提供了政策支持。

研究意义与创新价值

本研究将数字孪生技术引入城市内涝防治领域，具有三重创新价值：一是实现从被

动应对到主动预防的转变，通过仿真预测提前部署防控措施；二是打破部门数据壁垒，

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构建全域感知网络；三是优化资源配置，提高排水系统运行效率。系统建成后，可使城

市内涝防治能力提升一个量级，为智慧城市建设提供重要支撑。

研究项目概述

项目定位与目标

本项目定位为城市级内涝防治智能调度平台，旨在构建”监测预警决策处置”全链条

闭环管理体系。核心目标包括：建立覆盖全市的立体监测网络，实现内涝风险精准预测；

构建高精度排水系统数字模型，支持多场景仿真推演；开发智能调度算法，优化设施运

行策略；建立跨部门协同机制，提升应急处置效率。项目分三期建设，首期覆盖中心城

区200平方公里，二期扩展至全市域，三期实现区域联网。

核心功能架构

系统采用”四横三纵”架构设计：横向包括感知层、网络层、平台层和应用层；纵向

包括标准规范体系、安全保障体系和运维管理体系。感知层部署10大类传感器，网络

层采用5G+NBIoT混合组网，平台层构建数字孪生引擎，应用层开发四大功能模块。

系统支持PC端、移动端和大屏端多终端访问，满足不同场景使用需求。

技术创新点

项目在五个方面实现技术突破：一是基于多源数据融合的内涝机理建模，精度提升

30%；二是开发轻量化三维渲染引擎，支持大规模场景实时交互；三是构建深度学习预

测模型，预警准确率达92%；四是设计分布式调度算法，响应时间缩短至秒级；五是

建立区块链存证机制，确保数据可信可追溯。这些创新将显著提升系统的实用性和先进

性。

政策与行业环境分析

国家政策导向

近年来，国家密集出台相关政策支持城市内涝防治和数字化转型。《国务院办公厅

关于加强城市内涝治理的实施意见》明确提出”到2025年各城市因地制宜基本形成’源

头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急’的排水防涝工程体系”。《“十四五”新型基础设

施建设规划》将数字孪生列为重点发展方向，要求”构建城市信息模型（CIM）平台，推

动城市物理空间与数字空间融合”。这些政策为项目实施提供了制度保障。

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