現(xiàn)階段對水利工程信息化發(fā)展的思考

劉志明，劉 輝

(水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120)

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之需，水與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的健康穩(wěn)定生活息息相關(guān)。作為世界上人口最多的國家，我國國土面積遼闊，但是由于地形復(fù)雜多樣，歷史上水患嚴(yán)重，為興水之利，除水之害，我國修建了諸多水利工程，特別是新中國成立后，黨領(lǐng)導(dǎo)人民開展了波瀾壯闊的江河治理和跨流域跨區(qū)域水資源調(diào)配，三峽工程、南水北調(diào)工程等一批重要水利基礎(chǔ)設(shè)施，為了國家防洪安全、供水安全、糧食安全和生態(tài)安全提供了強(qiáng)有力的保障。這些水利工程由于建設(shè)年代不同，在建設(shè)和運(yùn)行過程中自動(dòng)化和信息化標(biāo)準(zhǔn)不同，水平不同。今后，如何全面水利工程智能化水平，追趕其他信息化領(lǐng)先的基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，是水利工程信息化可持續(xù)發(fā)展需要思考的問題。

1 水利工程信息化發(fā)展現(xiàn)狀分析

1.1 信息化技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，為落實(shí)創(chuàng)新發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的新發(fā)展理念，水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院在水利工程前期工作重視信息化的落實(shí)，明確要求在水利工程可行性研究報(bào)告中專門編制信息化的篇章，在初步設(shè)計(jì)報(bào)告中編制信息化專題報(bào)告，明確了信息化在水利工程設(shè)計(jì)中的地位，工程信息化已經(jīng)成為重大水利工程設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，很多設(shè)計(jì)單位成立工程數(shù)字中心，專業(yè)人才的引入，不但能滿足設(shè)計(jì)階段BIM設(shè)計(jì)的需求，通過“云大物移智”與水利工程的結(jié)合，“智慧工地”“建設(shè)管理”“工程數(shù)字資源池”“調(diào)度系統(tǒng)”等工程信息化設(shè)計(jì)水平不斷提高，使得設(shè)計(jì)單位逐步具備了工程信息化和數(shù)字化的設(shè)計(jì)、咨詢、實(shí)施能力。

一方面，設(shè)計(jì)單位在工程規(guī)劃、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)全面引進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，運(yùn)用工程信息模型、地理信息系統(tǒng)、仿真分析等技術(shù)，在工程設(shè)計(jì)階段大大降低工程建設(shè)和運(yùn)行的不確定性。流程化、在線化的設(shè)計(jì)協(xié)同，大大提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，紙質(zhì)圖紙的減少，甚至部分取消藍(lán)圖，將設(shè)計(jì)變得更加綠色節(jié)能。但是，設(shè)計(jì)流程再造、信息化技術(shù)行業(yè)化本地化消化吸收等方面還面臨諸多難題，還面臨融合困難的問題，甚至還出現(xiàn)“兩張皮”的現(xiàn)象。實(shí)際上，由于水利工程信息化還處于起步階段，因此相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用并不是十分的成熟，在部分領(lǐng)域作用與價(jià)值難以有效的發(fā)揮。

另一方面，水利工程的特點(diǎn)是建設(shè)周期長，少則四、五年，多則十?dāng)?shù)年，運(yùn)行更是百年工程，而信息技術(shù)發(fā)展迅速，更新?lián)Q代快，導(dǎo)致信息化設(shè)計(jì)不能適應(yīng)水利工程的長周期特點(diǎn)。即使在設(shè)計(jì)中使用了比較超前的技術(shù)，到了運(yùn)行階段已經(jīng)由于理念更新、技術(shù)更新而落后。

再有水利設(shè)計(jì)單位的信息化設(shè)計(jì)人員，要么是計(jì)算機(jī)專業(yè)的人員，要么是通信、自動(dòng)化等其他專業(yè)轉(zhuǎn)行而來，而水利工程信息化設(shè)計(jì)涉及網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)架構(gòu)、專業(yè)應(yīng)用、基礎(chǔ)支撐等多專業(yè)、多領(lǐng)域，由于目前專業(yè)能力不足，知識(shí)單一，缺少經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)還往往與工程實(shí)際脫離，出現(xiàn)信息化設(shè)計(jì)人員自說自話，工程其他專業(yè)不理解的情況。

1.2 信息化技術(shù)在水利工程施工階段的應(yīng)用現(xiàn)狀

不同于建筑、市政、鐵路等行業(yè)對人員定位、特種機(jī)械監(jiān)控、物料跟蹤、環(huán)境監(jiān)測等“智慧工地”應(yīng)用外，近年來，以無人碾壓、智能溫控為代表的水利智慧工地應(yīng)用取得突破，基于“云大物移智”“BIM+GIS”等信息技術(shù)的建設(shè)管理和施工技術(shù)開始應(yīng)用，建設(shè)管理水平持續(xù)提高。需要注意的是，當(dāng)前水利工程建設(shè)管理和施工中，信息化技術(shù)的應(yīng)用雖然越來越頻繁，但是這些技術(shù)的應(yīng)用需要高素質(zhì)的技術(shù)專業(yè)人才作為支撐，同時(shí)相關(guān)單位還需要投入大量的資金，配備專業(yè)化的技術(shù)設(shè)備，這樣才能有效的發(fā)揮相關(guān)技術(shù)在水利工程施工建設(shè)中的積極作用。大量中小型工程還是粗放型的施工，信息化技術(shù)的應(yīng)用也處于比較低端的水平。

1.3 信息化在水利工程管理階段的應(yīng)用

水利工程施工建設(shè)完畢之后，后期水利工程運(yùn)維管理也至關(guān)重要，如果后期管理不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致工程的壽命縮短，反之，則可以有效的延長工程使用壽命。在調(diào)度運(yùn)行方面，基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、BIM技術(shù)、數(shù)字加密技術(shù)的工程數(shù)據(jù)資源中心、智能視頻監(jiān)控、BIM+GIS工程可視化系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)，為工程遠(yuǎn)程控制、無人值班少人值守提供了技術(shù)支撐，一批水利工程實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)度，新一代信息技術(shù)在水利工程調(diào)度運(yùn)行中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，在運(yùn)行管理期間能不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，出現(xiàn)問題能不能及時(shí)預(yù)警，在第一時(shí)間采取措施進(jìn)行修復(fù)是需要十分關(guān)注的問題。大量已建水利工程的工程運(yùn)行管理信息化存在有滯后性的特點(diǎn)，由于缺少多維度、全要素、大范圍、自動(dòng)化的信息采集手段，往往是在問題發(fā)生之后，才采取措施進(jìn)行修復(fù)和解決的，信息化沒有全面地貫徹到水利工程運(yùn)行管理之中。近年來，水利部積極推進(jìn)BIM技術(shù)在水利工程全生命期運(yùn)用和加快建立水利工程檔案電子簽章制度的工作內(nèi)容，服務(wù)于水利信息化建設(shè)提檔升級。水利工程提出全生命周期數(shù)字化管理的理念，指導(dǎo)工程從信息電子化到工程數(shù)字化有序推進(jìn)。珠三角水資源配置工程、引江濟(jì)淮工程等項(xiàng)目的BIM應(yīng)用納入水利部智慧水利先行先試工作，BIM技術(shù)在水利工程全生命周期應(yīng)用有序推進(jìn)，為工程運(yùn)行管理階段提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累，工程運(yùn)行期間發(fā)生的各種情況可以有效追溯到施工階段，當(dāng)相關(guān)參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，可以第一時(shí)間明確問題和故障的所在，并采取有效措施予以優(yōu)化。以南水北調(diào)工程中線一期工程為代表的“大國重器”，經(jīng)過多年的信息化能力提升，自動(dòng)化感知、智能視頻監(jiān)控、全線自動(dòng)化控制、調(diào)度智能優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)安全等自動(dòng)化、信息化、現(xiàn)代化手段，在調(diào)度運(yùn)行管理中取得巨大成效，確保了一江清水送北京。但是，在構(gòu)建全生命周期數(shù)字化管理模式時(shí)，也對于管理人員的素質(zhì)以及技術(shù)等提出更高的要求，要求工程調(diào)度運(yùn)行人員必須要熟悉各類信息化技術(shù)的應(yīng)用方法。

總的來說，當(dāng)前水利工程項(xiàng)目信息化發(fā)展雖然在重大工程中發(fā)揮了巨大的作用，但總體上還處于起步階段，諸多信息技術(shù)有所應(yīng)用，但是部分呈現(xiàn)散、亂和低水平的特點(diǎn)，應(yīng)用不夠成熟和全面的問題，但是其整體應(yīng)用形勢朝著更好的方向發(fā)展。

2 水利工程信息化發(fā)展面臨的機(jī)遇與問題

2.1 水利工程信息化發(fā)展面臨的機(jī)遇

國家對于信息化工作高度重視，黨中央提出，沒有信息化就沒有現(xiàn)代化， 早在2018年中央一號(hào)文件明確提出實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程，十四五期間，“兩新一重”建設(shè)加快推進(jìn)，新基建將助力重大水利工程提檔升級。水利部將智慧水利作為十四五重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容之一，國家水網(wǎng)工程將智能化作為重要任務(wù)進(jìn)行推進(jìn)，要求要充分運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區(qū)塊鏈等技術(shù)，推動(dòng)信息技術(shù)與水利深度融合。

在水利工程中發(fā)展和應(yīng)用信息化技術(shù)是當(dāng)前時(shí)代的必然趨勢，在我國有著極為廣闊的應(yīng)用前景，從國家要求的角度來看，我們認(rèn)為水利工程信息化是數(shù)字中國、智慧社會(huì)的重要組成部分，也是水利信息化發(fā)展的新階段。從水利行業(yè)的角度來看，要充分發(fā)揮新一代信息技術(shù)的驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)作用，大力推進(jìn)高新技術(shù)與水利深度融合，加快智慧型水利建設(shè)步伐。信息基礎(chǔ)設(shè)施、融合基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施等新型基礎(chǔ)設(shè)施將深刻改變政府管理服務(wù)模式和社會(huì)運(yùn)行模式以及人們的生產(chǎn)生活，深刻影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水利新基建作為融合型基礎(chǔ)設(shè)施，必將發(fā)揮新的、更大的作用。

最后從國家水網(wǎng)和水利工程的角度來看，要求以創(chuàng)新為引領(lǐng)，構(gòu)建以在線精準(zhǔn)監(jiān)測為基礎(chǔ)，以網(wǎng)絡(luò)協(xié)同共享為紐帶，以數(shù)字孿生、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和智能分析為核心，以智慧調(diào)度和自動(dòng)控制為目標(biāo)，推動(dòng)形成“水利工程智能化、水系流域數(shù)字化、國家水網(wǎng)智慧化”的水網(wǎng)“協(xié)同融合共享” 智能化格局。

2.2 水利工程信息化發(fā)展面臨的問題

在水利工程發(fā)展建設(shè)過程中，信息化技術(shù)的應(yīng)用對于水利工程的發(fā)展雖然有著諸多裨益，但是在具體應(yīng)用過程中，其有效應(yīng)用還存在有諸多不足，具體主要表現(xiàn)在以下方面：

一是從規(guī)劃階段來說，許多工程管理單位對于信息化專項(xiàng)的重視度不足，項(xiàng)目規(guī)劃人員對信息化技術(shù)沒有充分的了解和認(rèn)識(shí)，依然延續(xù)著傳統(tǒng)的思維模式，認(rèn)為水利工程信息化與否對于工程項(xiàng)目的影響不大，不能有效地發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的作用與價(jià)值。從短期發(fā)展的角度來看，由于應(yīng)用信息化技術(shù)在前期需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，需要配備專業(yè)化的信息技術(shù)設(shè)備，部分單位不愿意投入資金實(shí)施工程信息化專項(xiàng)建設(shè)工作之中，對其重視度明顯不足。因此，行業(yè)認(rèn)識(shí)有待進(jìn)一步提高，進(jìn)入新發(fā)展理念，水利工程信息化也要跳出水利的固有思維。

二是從設(shè)計(jì)階段來說，由于相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)表述不清，存在有工程信息化專項(xiàng)設(shè)計(jì)不足甚至是內(nèi)容缺失的問題。在水利工程設(shè)計(jì)中，信息化技術(shù)的應(yīng)用必須要有諸多專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的支持，同時(shí)設(shè)計(jì)期間所涉及到的內(nèi)容多種多樣。但是實(shí)際上由于水利工程信息化技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段，許多技術(shù)的應(yīng)用并不是十分的成熟。

三是從審查審批階段來說，為了提高工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，在工程項(xiàng)目審批過程中，存在工程信息化被按投資比例框定和核減的情況，這也一定程度上影響了信息化技術(shù)應(yīng)用的質(zhì)量效果。

四是從施工階段來說，當(dāng)前國家和水利部雖然大力提倡在水利工程中落實(shí)信息化，發(fā)揮信息化技術(shù)的作用與優(yōu)勢，但實(shí)際上施工單位是否有按照要求應(yīng)用信息化技術(shù)，相關(guān)部門并沒有真正地做好監(jiān)督與管理工作，許多施工單位出于自身利益考慮，對信息化監(jiān)控手段抵觸，沒有在施工中全方位的應(yīng)用信息化技術(shù)，信息化技術(shù)的提質(zhì)增效目標(biāo)未能有效的實(shí)現(xiàn)。

五是從建設(shè)和運(yùn)行管理來說，主要存在有信息系統(tǒng)滯后于施工，建設(shè)管理與信息化兩張皮現(xiàn)象突出。同時(shí)，相關(guān)建設(shè)單位沒有構(gòu)建工程信息專網(wǎng)，工程信息不能實(shí)現(xiàn)與主管部門互聯(lián)互通；主管部門缺少區(qū)域級工程監(jiān)管平臺(tái)，無法滿足水利行業(yè)監(jiān)管的要求。

此外，我國水利工程信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)方面，缺少適合區(qū)域特點(diǎn)的工程信息化的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，沒能為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。水利工程信息化基礎(chǔ)設(shè)施方面則存在已建和在建的水利工程信息化基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，信息的感知、通信、存儲(chǔ)、處理、分析和應(yīng)用水平不高。不能適應(yīng)對工程遠(yuǎn)程控制、無人值班少人值守的需求。而且BIM等新技術(shù)應(yīng)用少，國內(nèi)水利工程BIM應(yīng)用發(fā)展快速，水利工程還沒有應(yīng)用。信息化人才不足，缺少既懂水利又具備信息化思維和能力的技術(shù)人員。以上問題，在一定程度上制約了水利工程信息化發(fā)展，使得相關(guān)工作的實(shí)施效果打折。

3 水利工程信息化發(fā)展的思考

3.1 工程建設(shè)單位要加強(qiáng)對信息化的認(rèn)識(shí)

水利工程信息化是一項(xiàng)綜合性強(qiáng)的前沿性系統(tǒng)工程，其不僅涉及到了大量資源的投入，同時(shí)還涉及到了人們思想觀念、傳統(tǒng)管理方式以及工作習(xí)慣等多方面的變革，甚至還包含有組織調(diào)整、業(yè)務(wù)重組、工作協(xié)同、甚至利益分配等多方面的內(nèi)容。在水利工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，通常有多個(gè)單位參與其中，而各個(gè)單位對于水利工程信息化發(fā)展的認(rèn)識(shí)有著較大的差異，部分單位對于水利工程信息化發(fā)展高度支持，但是也有部分單位對于該項(xiàng)工作的實(shí)施不重視，甚至不理解，不能將具體工程項(xiàng)目放在行業(yè)發(fā)展的角度來看待?；谶@樣的原因，我們認(rèn)為在水利工程信息化發(fā)展過程中，建設(shè)單位要不斷提高自身對信息化的認(rèn)識(shí)，要積極地轉(zhuǎn)變參建單位的思想觀念，使得各單位正視信息化發(fā)展的重要作用，充分地調(diào)動(dòng)各個(gè)單位的工作積極性，形成上下一致、協(xié)調(diào)發(fā)展的局面。

3.2 設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要充分、科學(xué)

設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)是水利工程信息化發(fā)展的基礎(chǔ)所在，也是項(xiàng)目建設(shè)的依據(jù)。一般來說，水利工程項(xiàng)目建設(shè)期間有一個(gè)好的設(shè)計(jì)并且按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的信息化項(xiàng)目，其最終的建設(shè)成效都是比較理想的。否則的話，即便是建設(shè)單位的熱情再高，所投入的資金再多，依然難以有效地發(fā)揮信息化技術(shù)的優(yōu)勢與作用，其無法真正地實(shí)現(xiàn)信息化技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，信息共享也就顯得極為困難。而要保證信息化技術(shù)在水利工程中先進(jìn)、實(shí)用、安全、經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用，首先就需要明確工程項(xiàng)目建設(shè)的需求，確定基本內(nèi)容，分析建設(shè)重難點(diǎn)等等，明確哪些環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)運(yùn)用信息化技術(shù)，分析信息化技術(shù)應(yīng)用可能會(huì)遭遇的瓶頸，然后結(jié)合所了解到的各項(xiàng)情況，設(shè)計(jì)信息化技術(shù)應(yīng)用策略，以便更好地開展相關(guān)工作。

3.3 資金投入要有充足保證

水利工程信息化的發(fā)展必須要有正常的資金投入渠道，既要有建設(shè)資金，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)有各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)資金，這樣信息化系統(tǒng)建設(shè)才能更加有序?qū)嵤到y(tǒng)才得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于我國水利工程中信息化技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段，諸多技術(shù)的應(yīng)用并不是十分成熟，比如BIM技術(shù)與GIS系統(tǒng)的有機(jī)融合，就是近幾年來才提出的新概念，這兩種不同的技術(shù)要有機(jī)融合，既要做好前期的建設(shè)工作，同時(shí)后期還應(yīng)當(dāng)保證相關(guān)系統(tǒng)可以持續(xù)運(yùn)行，這些工作都需要充足的資金做準(zhǔn)備，否則都將變成空殼。而就資金投入方面來說，不能僅僅只是將目光聚焦于建設(shè)單位上面，還應(yīng)當(dāng)積極發(fā)揮各參建單位的積極性，真正讓信息化技術(shù)解決施工和運(yùn)行管理中的痛點(diǎn)、難點(diǎn)，這樣才能降低資金方面的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 完善并組織架構(gòu)與加強(qiáng)隊(duì)伍建設(shè)

在推進(jìn)水利工程信息化發(fā)展的過程中，必須要遵循信息化建設(shè)的客觀規(guī)律，創(chuàng)新工作方法，積極大膽地進(jìn)行探索，不斷地開拓創(chuàng)新，努力結(jié)合信息化發(fā)展的實(shí)際情況以及未來發(fā)展需求，建立一套行之有效的、科學(xué)的與水利工程信息化高度匹配的工作模式與運(yùn)行機(jī)制。水利工程信息化發(fā)展的技術(shù)含量是比較高的，其所應(yīng)用到的信息化技術(shù)涉及內(nèi)容廣泛，技術(shù)集成度比較高，過程復(fù)雜，多個(gè)專業(yè)彼此之間互相協(xié)同融合。因此，為了更好地發(fā)揮相關(guān)技術(shù)在水利工程建設(shè)中的積極作用，就必須要建立符合信息化發(fā)展的組織架構(gòu)，盡早培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的、掌握先進(jìn)信息技術(shù)、熟悉水利專業(yè)知識(shí)的高素質(zhì)人才隊(duì)伍，這樣的話，才能保證信息化技術(shù)在水利工程中能夠充分地發(fā)揮作用與價(jià)值。

總之，當(dāng)前，我國水利工程中信息化技術(shù)的應(yīng)用要以創(chuàng)新和高質(zhì)量發(fā)展的理念，做好水利工程信息化的頂層設(shè)計(jì)，心懷國之大者，跳出水利看水利，在未來要想更好地發(fā)揮信息化在水利工程中的作用與價(jià)值，就需要進(jìn)一步加大技術(shù)研發(fā)力度，爭取將信息技術(shù)融合到水利工程的方方面面。