基于DIM為核心的智能大壩系統(tǒng)平臺(tái)的認(rèn)知與應(yīng)用

胡世英， 王根元

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司， 四川 成都 610072；2.江蘇省水利建設(shè)工程有限公司， 江蘇 揚(yáng)州 225002)

0 前 言

當(dāng)今世界范圍內(nèi)的工業(yè)化特點(diǎn)是數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化及現(xiàn)代化，在工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)轉(zhuǎn)變的過程中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)體系、組織體系、思維觀念都將發(fā)生重大的變化。這種趨勢(shì)也極大地影響了基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)的生產(chǎn)方式與組織方式。發(fā)展適應(yīng)于基建行業(yè)特色的、全面的工程建設(shè)管理信息平臺(tái)，不僅是行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨，也是建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會(huì)的使命所在。智能大壩信息管理系統(tǒng)正是為了滿足上述的行業(yè)發(fā)展需要而開發(fā)研制的，其目標(biāo)在于為大型基建工程的業(yè)主及EPC總承包商提供覆蓋工程各建設(shè)階段、集成的工程管理平臺(tái)，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，是金沙江下游梯級(jí)開發(fā)的第二級(jí)水電站，是繼長江三峽和溪洛渡之后的第三座千萬千瓦級(jí)巨型水電工程，水電站樞紐由攔河壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩下設(shè)水墊塘和二道壩。壩頂高程834.00 m，拱壩最大壩高289 m，頂拱中心線弧長708.7 m，建成后將成為世界上第三高300 m級(jí)拱壩。

白鶴灘智能大壩系統(tǒng)是以三維數(shù)字化平臺(tái)為核心，全面繼承管理勘測(cè)設(shè)計(jì)成果、集成智能化生產(chǎn)控制系統(tǒng)與專業(yè)化服務(wù)子系統(tǒng)，將運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，把大壩建設(shè)和運(yùn)行過程通過標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、可視化系統(tǒng)集成最終形成智能化，最終建成智能型大壩。

白鶴灘智能大壩的建設(shè)，將促進(jìn)中國建筑行業(yè)信息化建設(shè)管理的跨越式發(fā)展。以DIM技術(shù)為核心的設(shè)計(jì)、建造管理模式，以及以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的生產(chǎn)過程綜合數(shù)據(jù)采集技術(shù)將得到長足的發(fā)展，必將引領(lǐng)中國大中型水電建設(shè)項(xiàng)目施工智能管理技術(shù)的發(fā)展方向，開創(chuàng)大中型水電建設(shè)項(xiàng)目施工智能管理技術(shù)全面發(fā)展的局面。同時(shí)，通過本工程智能大壩建設(shè)，將為大中型水電建設(shè)項(xiàng)目“智能工程”建設(shè)技術(shù)提供一套較為完整的軟硬件方案，管理方案、實(shí)施方案以及相應(yīng)的規(guī)則、制度，將使我國大中型水電工程項(xiàng)目的建設(shè)、施工、運(yùn)營、管理水平整體得到大幅度提升。

1 系統(tǒng)管理目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 智能大壩信息系統(tǒng)目標(biāo)

(1)建立以DIM為核心的智能化管理平臺(tái)。結(jié)合最新的BIM應(yīng)用模式與工業(yè)4.0的理念與特點(diǎn)，在iDam平臺(tái)(大壩智能化建設(shè)平臺(tái))的基礎(chǔ)上，完善工程信息模型管理，完善施工過程的智能化管理手段與方法，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工過程的智能化管理，形成智能工程。

(2)實(shí)現(xiàn)科研數(shù)據(jù)的在線獲取和科研成果的及時(shí)發(fā)布。提升平臺(tái)的開放性，初步實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一DIM平臺(tái)+開放接口+面向業(yè)務(wù)”的應(yīng)用三層架構(gòu)模式，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)、科研、生產(chǎn)一體化的建設(shè)模式，實(shí)現(xiàn)開放式閉環(huán)控制與管理。

(3)實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)成果的繼承與應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的繼承與應(yīng)用，更好地服務(wù)于數(shù)字化施工管理過程。

(4)實(shí)現(xiàn)以進(jìn)度仿真為核心的大壩工程綜合進(jìn)度管控。以大壩進(jìn)度仿真為突破口，加強(qiáng)綜合進(jìn)度控制與協(xié)調(diào)，建立整體與單項(xiàng)工程的計(jì)劃與進(jìn)度管控體系，實(shí)現(xiàn)彼此協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)。

(5)建立數(shù)字化工程綜合質(zhì)量控制體系與平臺(tái)。以工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化表格為基礎(chǔ)，應(yīng)用基于智能終端的移動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)，有效集成施工過程記錄、監(jiān)測(cè)、測(cè)量、試驗(yàn)、驗(yàn)收等成果，輸出各種質(zhì)量成果表格，促進(jìn)精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化施工過程質(zhì)量控制。

(6)研發(fā)應(yīng)用智能化施工生產(chǎn)設(shè)備。開展關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)反饋與智能控制體系的研發(fā)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化施工，包括混凝土調(diào)度、智能通水、智能灌漿、纜機(jī)自動(dòng)定位等。

(7)實(shí)現(xiàn)與工程信息管理平臺(tái)的集成。建立與BHTPMS等系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)信息共享，在對(duì)施工過程的質(zhì)量、進(jìn)度、安全進(jìn)行綜合管理與控制的基礎(chǔ)上，為對(duì)合同結(jié)算、工程量統(tǒng)計(jì)與分析、工程投資的過程精細(xì)化管控提供依據(jù)。

1.2 智能大壩信息系統(tǒng)內(nèi)容

(1)建立具有信息采集及存儲(chǔ)分析、施工過程監(jiān)控、大壩建設(shè)及工作狀態(tài)數(shù)字化和可視化等功能的智能大壩信息管理系統(tǒng)。

(2)研發(fā)并運(yùn)用大壩澆筑一條龍智能監(jiān)控、智能平倉振搗、數(shù)字測(cè)溫、光纖測(cè)溫、智能通水、智能灌漿等系列智能施工技術(shù)。

(3)建立5D BIM，開展大壩施工進(jìn)度在線仿真分析，實(shí)時(shí)掌控大壩施工進(jìn)度，優(yōu)化施工資源配置。

(4)開展大壩進(jìn)度仿真分析，實(shí)時(shí)在線模擬實(shí)體大壩建設(shè)全過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)拱壩施工和運(yùn)行期全過程真實(shí)工作性態(tài)反饋與控制。

創(chuàng)新建立風(fēng)紀(jì)監(jiān)督工作體系。2018年上半年，湖南電信整合監(jiān)督資源，擴(kuò)大監(jiān)督范圍，豐富監(jiān)督手段，提升監(jiān)督效能，建立了集中統(tǒng)一、權(quán)威高效的“大監(jiān)督”格局。目前，在省公司黨委的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，省公司、14個(gè)本地網(wǎng)、13個(gè)直屬單位、省通服公司成立了風(fēng)紀(jì)監(jiān)督委員會(huì)及領(lǐng)導(dǎo)小組、工作小組，制訂下發(fā)管理辦法、2018年度工作計(jì)劃，將實(shí)現(xiàn)“兩個(gè)統(tǒng)籌”（統(tǒng)籌作風(fēng)建設(shè)工作和統(tǒng)籌干部員工的行政問責(zé)工作）和“兩個(gè)全覆蓋”（對(duì)干部員工隊(duì)伍教育監(jiān)督全覆蓋和對(duì)執(zhí)行黨紀(jì)法規(guī)及企業(yè)規(guī)章的監(jiān)督全覆蓋）目標(biāo)。

(5)開發(fā)人員與設(shè)備安全管理系統(tǒng)，提高安全管理水平。

(6)運(yùn)用軟硬件等新技術(shù)，開發(fā)安全監(jiān)測(cè)、測(cè)量、試驗(yàn)等管理系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)建設(shè)整體架構(gòu)及應(yīng)用

智能大壩建設(shè)整體架構(gòu)包括基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和智能化業(yè)務(wù)功能模塊建設(shè)?；A(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)由發(fā)包人建設(shè)覆蓋全工區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi系統(tǒng))，為智能化業(yè)務(wù)功能模塊提供必要的信息傳遞通道；智能化業(yè)務(wù)模塊分為大壩施工過程管理、智能生產(chǎn)控制、科研與仿真分析、設(shè)計(jì)成果繼承管理、專業(yè)化子系統(tǒng)管理?？傮w業(yè)務(wù)功能模塊如圖1所示。

圖1 智能大壩建設(shè)總體業(yè)務(wù)功能模塊架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)功能

(1)白鶴灘大壩信息管理系統(tǒng)是白鶴灘智能大壩建設(shè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，建立基礎(chǔ)開挖、固結(jié)灌漿、混凝土澆筑與溫控、接縫灌漿、帷幕灌漿、金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電安裝等專業(yè)的全過程數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)施工全過程、全方位的數(shù)字化管理與集成管控。

(2)建立大壩全景信息模型(DIM)，支持勘測(cè)設(shè)計(jì)成果(含二維圖紙、三維設(shè)計(jì)成果及相關(guān)資料)的集成管理與查詢，建立科研仿真與服務(wù)平臺(tái)，支持進(jìn)度仿真、結(jié)構(gòu)仿真等科研專題的管理與科研成果的發(fā)布。

(3)提供開放式的接口，支持大壩澆筑一條龍智能監(jiān)控、智能平倉振搗、數(shù)字測(cè)溫、光纖測(cè)溫、智能通水、智能灌漿等數(shù)字化施工設(shè)備與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步、集成與共享。

(4)系統(tǒng)與白鶴灘工程各專業(yè)子系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)測(cè)、質(zhì)量管理、人員定位與安全管理、試驗(yàn)監(jiān)測(cè)等專業(yè)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步、集成與共享。

2.2 技術(shù)參數(shù)及要求

采用C/S架構(gòu)，客戶端基于MS.Net4.5(64位)開發(fā)，應(yīng)配置與之匹配的電腦及必要的附屬設(shè)施。計(jì)算機(jī)最低配置為：四核i7系列CPU主頻、內(nèi)存8 G、硬盤1 T，獨(dú)立顯卡。電腦數(shù)量應(yīng)能滿足使用要求，承包人在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備足夠數(shù)量的電腦，專門用于現(xiàn)場(chǎng)施工過程數(shù)據(jù)錄入及現(xiàn)場(chǎng)其他應(yīng)用，管理人員電腦應(yīng)能安裝相應(yīng)客戶端進(jìn)行日常管理及查詢?，F(xiàn)場(chǎng)APP盯倉與質(zhì)檢記錄采用手持式安卓數(shù)據(jù)采集終端，要求適合戶外數(shù)據(jù)采集環(huán)境，內(nèi)存2G及以上，屏幕為5.5寸及以上戶外可見屏，攝像頭800萬像素及以上，支持NFC及藍(lán)牙4.0，并具備4G及以上、Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，使采集數(shù)據(jù)能及時(shí)同步到系統(tǒng)服務(wù)器中，連續(xù)工作時(shí)間不少于8 h?？蛻舳瞬僮魅藛T應(yīng)熟練使用Windows系統(tǒng)，常用辦公軟件等。

2.3 智能大壩管理模式

白鶴灘智能大壩信息系統(tǒng)由發(fā)包人統(tǒng)一建設(shè)與管理，施工單位積極參與系統(tǒng)建設(shè)、全面配合組織應(yīng)用即將投入運(yùn)行的模塊和系統(tǒng)的深入研發(fā)。投入運(yùn)行的模塊及功能包括：開挖與支護(hù)、固結(jié)灌漿、混凝土澆筑及溫控(含接縫灌漿)、帷幕灌漿、金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電設(shè)備安裝等施工過程管理，以及相關(guān)的試驗(yàn)、測(cè)量、安全監(jiān)測(cè)等專業(yè)管理，拌和樓運(yùn)行監(jiān)控等。智能大壩建設(shè)信息管理流程詳見圖2。

圖2 智能大壩建設(shè)信息管理流程

2.4 系統(tǒng)操作應(yīng)用與升級(jí)

(1)配合建立各子系統(tǒng)的編碼規(guī)則與應(yīng)用流程規(guī)范；各子系統(tǒng)投運(yùn)后，按照其工作內(nèi)容及技術(shù)要求開展應(yīng)用。

(2)完成施工信息的錄入和管理，對(duì)數(shù)據(jù)的全面性和準(zhǔn)確性負(fù)責(zé)。包括施工質(zhì)量檢驗(yàn)資料，施工質(zhì)量評(píng)定記錄、函件、報(bào)表及其他文件等所有反應(yīng)本標(biāo)段范圍內(nèi)的施工信息的資料。

(3)配合系統(tǒng)開發(fā)人組織系統(tǒng)客戶端軟件的安裝、升級(jí)、維護(hù)；協(xié)助系統(tǒng)用戶信息的收集與更新維護(hù)，用戶培訓(xùn)與應(yīng)用指導(dǎo)；進(jìn)行信息管理系統(tǒng)及設(shè)備的日常維護(hù)，保證內(nèi)部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊設(shè)備的正常運(yùn)行。

(4)參加白鶴灘智能大壩信息管理系統(tǒng)使用培訓(xùn)和系統(tǒng)安全培訓(xùn)，建立完善的管理制度，規(guī)范系統(tǒng)應(yīng)用、相關(guān)獎(jiǎng)罰、考核機(jī)制。

(5)配合發(fā)包人進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)或擴(kuò)展。

2.5 系統(tǒng)應(yīng)用及實(shí)施成效

2.5.1 綜合應(yīng)用管理

設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)維專員，由具備計(jì)算機(jī)專業(yè)背景，良好溝通協(xié)調(diào)能力的全職人員擔(dān)任，負(fù)責(zé)建立與維護(hù)施工局內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)設(shè)備及辦公環(huán)境；配合系統(tǒng)開發(fā)人組織系統(tǒng)客戶端軟件的安裝、升級(jí)、維護(hù)；協(xié)助系統(tǒng)用戶信息的收集與更新維護(hù)，用戶培訓(xùn)與應(yīng)用指導(dǎo)；配合監(jiān)控系統(tǒng)及其他專用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝；提供現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備供電，協(xié)助設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的日常維護(hù)；負(fù)責(zé)發(fā)包人提供的專用設(shè)備或系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的管理與維護(hù)。

2.5.2 實(shí)施方案成效

(1)項(xiàng)目安全得到保證。智能大壩的建設(shè)有助于白鶴灘水電站工程的管理者與建設(shè)者及時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)情況和對(duì)生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，達(dá)到及時(shí)反饋調(diào)整控制的現(xiàn)場(chǎng)管理目的。智能大壩利用量測(cè)儀器和設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理達(dá)到現(xiàn)代化、信息化，建立仿真模型，進(jìn)行集成創(chuàng)新，使整個(gè)工程的進(jìn)展和質(zhì)量完全可控。施工、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)智能采集進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，施工管理和運(yùn)行控制實(shí)時(shí)智能化，大大減少了在大壩結(jié)構(gòu)建設(shè)運(yùn)行過程中的人為干預(yù)因素，實(shí)現(xiàn)大壩設(shè)計(jì)階段至施工階段的數(shù)據(jù)收集、繼承，為后期大壩運(yùn)行階段提供必要數(shù)據(jù)支持。

(2)工程進(jìn)度更加順利。智能大壩的建設(shè)涵蓋了從混凝土工程進(jìn)度、施工資源配置、混凝土生產(chǎn)、混凝土運(yùn)輸、倉面設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備、混凝土澆筑、溫度控制、混凝土原型觀測(cè)在內(nèi)的混凝土施工的全過程管理，以及地質(zhì)基礎(chǔ)灌漿的設(shè)計(jì)、施工工序過程、施工成果整理與統(tǒng)計(jì)分析等全過程管理，集成了施工進(jìn)度優(yōu)化仿真、施工機(jī)械運(yùn)行效率分析等多種計(jì)算與分析方法，為優(yōu)化大體積混凝土與灌漿施工流程、控制施工過程的進(jìn)度與質(zhì)量提供了一種有效的生產(chǎn)管理工具。

(3)工程運(yùn)行、管護(hù)更加便捷。將實(shí)現(xiàn)工程施工過程數(shù)據(jù)、資料的完整展現(xiàn)和海量存儲(chǔ)，最終以“數(shù)字大壩”的形態(tài)呈現(xiàn)。工程完建之日，就是“數(shù)字大壩”生成之時(shí)，此時(shí)，工程的任一過程或環(huán)節(jié)均可完整展示或查閱，將為工程運(yùn)行帶來極大便利。當(dāng)工程運(yùn)行至需要檢(維)修時(shí)，亦可通過“數(shù)字大壩”系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確定位，準(zhǔn)確查找，快速地查證“病因”，做到有的放矢，對(duì)癥下藥，使工程檢(維)修工作變得有效、快捷，為工程運(yùn)行單位節(jié)約大量時(shí)間及成本。

3 結(jié) 論

智能大壩建設(shè)技術(shù)的應(yīng)用，將大大縮短管理鏈條，提高管理效率。通過智能大壩建設(shè)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)施工過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)、分析，通過數(shù)據(jù)的總結(jié)、分析，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)施工管理過程中存在的問題和不足并提出預(yù)警。參建各方根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警信息，快速進(jìn)行糾正、調(diào)整、閉合，使工程施工過程始終處于正?？煽貭顟B(tài)，最終確保工程建設(shè)總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

智能大壩建設(shè)采用全過程、全方位、全時(shí)空的智能化管理與監(jiān)控，要求工程施工、管理過程的所有環(huán)節(jié)和每一個(gè)細(xì)節(jié)都要做到精準(zhǔn)、細(xì)致、標(biāo)準(zhǔn)，施工承包商必須對(duì)以往工程施工管理技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，進(jìn)一步注重細(xì)節(jié)管控，方能滿足智能大壩建設(shè)的需求。