解析水利工程設(shè)計(jì)和施工中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

顏黎平

（湖南華意項(xiàng)目管理有限公司，湖南衡陽 421001）

0 前言

水利工程建設(shè)與施工并不只是水利工程這一門學(xué)科知識，需要綜合運(yùn)用觀測、勘探、攝影、地理學(xué)等多個學(xué)科知識，對即將進(jìn)行水利建設(shè)地區(qū)的氣候、植被分布、基礎(chǔ)水利建設(shè)、地形地勢等方面進(jìn)行分析。在做好基礎(chǔ)工作之后，我們才能開展水利工程施工，有效的水利施工措施必定跟先進(jìn)的水利施工方案和操作設(shè)備進(jìn)行聯(lián)系，而具有實(shí)際意義的水利工程建設(shè)設(shè)備必須與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行緊密地結(jié)合。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在水利工程及其施工中的作用

在水利工程建設(shè)及其施工方面應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的主要目的就是對水利工程的各種信息，如水利建設(shè)地區(qū)地形地勢、水利工程建設(shè)方案和施工步驟等進(jìn)行匯總、分析、處理和應(yīng)用，之后再根據(jù)處理后的結(jié)果對水利工程的開發(fā)、設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)和信息支持。在運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對水利工程及其施工進(jìn)行操作之前，我們要了解每一種計(jì)算機(jī)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況，再根據(jù)這些情況進(jìn)行選擇新技術(shù)以及儀器設(shè)備。

1.1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在水利工程規(guī)劃中的應(yīng)用

水利工程具有一定的復(fù)雜性和系統(tǒng)性，所以在工程建設(shè)開展前，必須經(jīng)過全面分析、統(tǒng)籌規(guī)劃，才能提高工程建設(shè)的效率與質(zhì)量，而傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作主要以人為操作為主，雖然能夠初步對工程整體結(jié)構(gòu)和布局進(jìn)行測量規(guī)劃，但工作效率卻顯然較低，并且一旦在工作當(dāng)中出現(xiàn)失誤等人為因素，還會對規(guī)劃設(shè)計(jì)方案質(zhì)量造成影響，因此在計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用當(dāng)中，無疑能夠改善這種問題?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)對于數(shù)據(jù)的搜集、整理、分析、計(jì)算以及保存功能顯然更加完善，能夠應(yīng)付水利工程規(guī)劃當(dāng)中的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的整合處理，因此在具體工作開展當(dāng)中，則需要工作人員加強(qiáng)重視程度，在對工程方案進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，可以利用CAD 技術(shù)以及三維動畫技術(shù)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)結(jié)果的精確程度，為具體施工提供指導(dǎo)方向，或是應(yīng)用BIM 技術(shù)，對水利工程構(gòu)建信息模型，從模型當(dāng)中既可以對工程整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，也能夠?qū)崿F(xiàn)模擬工程開展，以便于工作人員隨時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，驗(yàn)證方案的可行性和合理性，并且在可視化的觀察和分析過程中，還有助于掌控工程建設(shè)成本的投入，以便于提高工程整體效益。其次，在設(shè)計(jì)方案的形成期間，為了綜合考量一切影響工程建設(shè)的因素，并對工程的安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)予以規(guī)避，設(shè)計(jì)人員必須應(yīng)當(dāng)與各級部門和工作人員之間構(gòu)建良好的溝通互動關(guān)系，因此，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，可以打破空間壁壘，提高溝通的時(shí)效性，具體來看，設(shè)計(jì)人員既可以通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺的方式，實(shí)現(xiàn)與各級部門的交流，以及文件的發(fā)布、傳輸和共享，以便于各級部門之間商討解決問題，又可以通過交流軟件的應(yīng)用，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)方面的咨詢。

水利工程施工當(dāng)中包括大量PPT 文件、地形圖、鳥瞰圖等資料信息，如果依靠工作人員手工操作，難免會存在誤差，因此利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，則可以加強(qiáng)工作成果的精度與準(zhǔn)度，以及采用空間分析技術(shù)，對工程項(xiàng)目信息進(jìn)一步進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，除卻能夠?qū)Υ罅啃畔⑴c數(shù)據(jù)進(jìn)行處理外，更加有助于保存資料和文件，在傳統(tǒng)文件的保管過程中，勢必會占用大量空間資源，并且一旦外界環(huán)境因素發(fā)生變化，溫度與濕度對于文件會產(chǎn)生損壞，而利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行的文件儲存工作，不僅能夠防止意外發(fā)生，保護(hù)文件的安全指數(shù)，更加能夠儲存在硬件設(shè)備和云空間當(dāng)中，以便于隨時(shí)進(jìn)行調(diào)取和傳輸。

1.2 “3S”技術(shù)

所謂的“3S”技術(shù)，實(shí)際上包括三種不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理器，通過這三種技術(shù)的聯(lián)用，得到水利建設(shè)地區(qū)的全貌信息，這三種系統(tǒng)分別是：全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS 和遙感RS，前兩種技術(shù)的運(yùn)行與衛(wèi)星通訊息息相關(guān)，后一種技術(shù)主要是通過傳感將得到的水利建設(shè)信息轉(zhuǎn)化為可處理的數(shù)字信息。這三種系統(tǒng)可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢，互不干擾，混合使用時(shí)又能彌補(bǔ)各自的不足。

1.3 “3S”技術(shù)在水利建設(shè)及其施工中的應(yīng)用

使用“3S”技術(shù)進(jìn)行水利工程建設(shè)及其施工測量的主要目的是建立水利工程的空間數(shù)字模型，然后對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲和管理，進(jìn)而實(shí)時(shí)掌控水利工程建設(shè)位置的變動。全球定位系統(tǒng)簡稱GPS，通過衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)可以獲取水利工程所處位置的全方位實(shí)時(shí)三維定位能力。如今隨著數(shù)字化處理技術(shù)的發(fā)展，GPS 所測定的地球表面三維結(jié)構(gòu)已經(jīng)從靜態(tài)轉(zhuǎn)化為動態(tài)，這一轉(zhuǎn)變更有利于我們對水利工程施工位置的感官和了解。GPS具有很強(qiáng)的全天候、無干擾、高精度、自動化的優(yōu)勢。GIS 又叫做地理信息系統(tǒng)，它是一個專門管理地理信息、計(jì)算處理能力強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，它可以將水利工程設(shè)計(jì)及其施工信息進(jìn)行分層，然后根據(jù)每一層的數(shù)據(jù)調(diào)查進(jìn)行整合，最后能估算出水利工程施工和設(shè)計(jì)的最優(yōu)解，對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)保護(hù)具有很大的作用。RS 又被叫做遙感技術(shù)，它的核心設(shè)置是一個優(yōu)異的傳感器，可以接收外層空間射到地球表面，然后地表對其進(jìn)行反射的電磁波信息，這些電磁波信息一般是熱感，可以察覺很小的熱量差異，通過對地表物體的掃描、攝影、傳輸和處理，可以對水利工程施工進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控和識別；一般來說，這種傳感器非常的靈敏，用處也非常大，可以應(yīng)用到氣象監(jiān)測和空氣質(zhì)量的檢測中去，如果將這個設(shè)備與城市上空的信號塔進(jìn)行聯(lián)用，那么它可以實(shí)時(shí)的觀測到城市上空和城市周圍的熱島效應(yīng)。在水利工程施工觀測的過程中，GRS 技術(shù)和GIS 技術(shù)相結(jié)合可以進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，從而可以全面地反映水利工程建設(shè)對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)的利用狀態(tài)；GPS 數(shù)據(jù)采集和GIS 數(shù)據(jù)管理相結(jié)合可用于水利工程建設(shè)與施工的安全監(jiān)測、實(shí)時(shí)分析。

還有一種能夠全方位測評水利工程構(gòu)造的計(jì)算機(jī)技術(shù)叫做全站儀測評，該技術(shù)既能直觀測量地形地勢，又能分析物質(zhì)所處經(jīng)緯度，在測量結(jié)束之后還能以數(shù)字的形式通過計(jì)算機(jī)和手機(jī)進(jìn)行通訊，性能非常穩(wěn)定，操作步驟也很簡單、省力，所以這一項(xiàng)新規(guī)劃測量技術(shù)在自然生態(tài)規(guī)劃中早已得到廣泛的應(yīng)用。將全站儀和數(shù)字化系統(tǒng)、智能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系起來，可以將它直觀測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理、分析，最后傳輸?shù)經(jīng)Q策終端，為后期得到最優(yōu)化的水利工程設(shè)計(jì)、開發(fā)方案做準(zhǔn)備。全站儀可以在露天或地下直接工作，它對環(huán)境的要求不高，但對使用它的人的操作技術(shù)有很高的要求，如果操作不當(dāng)，所得到的測量數(shù)據(jù)將是失之毫厘，謬以千里。

以上只是列舉三種最常用的計(jì)算機(jī)管理技術(shù)，還有三維激光掃描技術(shù)、慣性測量系統(tǒng)等對水利工程設(shè)計(jì)及其施工的觀測有幫助的計(jì)算機(jī)技術(shù)，技術(shù)不僅方便了生活，技術(shù)還改變我們各行各業(yè)的發(fā)展。目前我們所了解的計(jì)算機(jī)技術(shù)大多還處于實(shí)驗(yàn)階段，因?yàn)橘M(fèi)用和適用性等方面的限制，還沒有廣泛的應(yīng)用于水利工程建設(shè)中，但這些技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)勢不可擋，會對水利工程的設(shè)計(jì)及施工產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 計(jì)算機(jī)技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用評估

①我們需要利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對水利工程設(shè)計(jì)與施工的可行性進(jìn)行初步的考核，這一步的主要目的就是為了對進(jìn)行水利建設(shè)的地區(qū)進(jìn)行地面以及地下各種信息的匯總、分析、處理和應(yīng)用，在分析時(shí)，要以現(xiàn)行的水利工程設(shè)計(jì)和水利施工保護(hù)規(guī)章制度為基礎(chǔ)，將水土資源、交通便利、生態(tài)環(huán)境作為水利工程施工過程中必須明確的幾大要點(diǎn)，進(jìn)而能夠全面了解水利建設(shè)地區(qū)的情況；②提出評價(jià)結(jié)果。通過對水利建設(shè)地區(qū)現(xiàn)有的生態(tài)開發(fā)情況和水利建設(shè)情況進(jìn)行分析，如果發(fā)現(xiàn)該地區(qū)十分符合我們生態(tài)水利工程的理念，在對水資源進(jìn)行開發(fā)利用的同時(shí)可以進(jìn)行當(dāng)?shù)剞r(nóng)家樂和山區(qū)一日游的開發(fā)，且根據(jù)其現(xiàn)有的地形地貌分布圖來看，它的自然生態(tài)與水利建設(shè)相融合的開發(fā)前景非常樂觀。不過因?yàn)榍捌陂_發(fā)程度比較低，存在著格局混亂、開發(fā)科學(xué)性低的情況，所以對該地進(jìn)行開發(fā)前，需要將該地的居民進(jìn)行適當(dāng)?shù)臓侩x安置；③我們要綜合使用指數(shù)評價(jià)法、判別評價(jià)法以及綜合評價(jià)法等科學(xué)的分析方法，利用SQL 等信息管理系統(tǒng)，它是一個專門管理信息、計(jì)算處理能力強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，可以將水利工程的管理工作進(jìn)行分層，然后根據(jù)每一層的調(diào)數(shù)據(jù)調(diào)查進(jìn)行整合，最后能估算出水利工程施工方案和水利工程設(shè)計(jì)管理方案的最優(yōu)解，對水利建設(shè)工作的合理進(jìn)行具有很大的作用。最后再根據(jù)處理后的結(jié)果對水利工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和觀測提供技術(shù)和信息支持。

3 結(jié)語

綜上所述，進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)和施工工作的主要陣地是各地區(qū)的河流交匯段，這也是我國致力于水資源規(guī)劃的主要方向，一開始利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行水利工程設(shè)計(jì)和施工工長的開展，是為發(fā)展我國計(jì)算機(jī)科學(xué)在各行各業(yè)的應(yīng)用，但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各行各業(yè)也進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的階段，水利工程設(shè)計(jì)和施工對計(jì)算機(jī)技術(shù)的要求也越來越多，這一要求不僅使我國水利工程設(shè)計(jì)和施工的規(guī)劃工作面臨著巨大的變化，也讓水利工程這一領(lǐng)域越來越依賴于這種信息化技術(shù)的發(fā)展。本文將通過講述計(jì)算機(jī)技術(shù)在我國水利工程設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用，來啟發(fā)人們對國內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)和水利工程建設(shè)的重新思考。