現(xiàn)代智慧水利系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

劉辰光

（烏魯木齊市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院（有限責(zé)任公司）二分院，新疆維吾爾自治區(qū)石河子 832000）

智慧水利屬于水利建設(shè)的一種新型項(xiàng)目形式，對(duì)技術(shù)要求相對(duì)較高，需要引入較多科學(xué)技術(shù)。綜合分析現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程系統(tǒng)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用，具有現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

1 系統(tǒng)技術(shù)分析

1.1 物聯(lián)傳感技術(shù)層面

現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程中，建設(shè)初期需要積極引入傳感裝置，便于后期的物聯(lián)網(wǎng)接入，更好地匯入系統(tǒng)平臺(tái)?，F(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程系統(tǒng)技術(shù)要點(diǎn)在于找準(zhǔn)數(shù)據(jù)精度及傳感裝置相互間的平衡點(diǎn)。

物聯(lián)網(wǎng)的傳感終端科學(xué)技術(shù)內(nèi)部構(gòu)成主要包括低成本低精度測(cè)量傳感裝置、Zigbee的芯片、低功耗及低成本信息傳輸裝置、太陽(yáng)能小型電池板等，便于獲取更多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將監(jiān)測(cè)范圍有效擴(kuò)大。

1.2 GIS+BIM技術(shù)層面

GIS+BIM技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用是現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程系統(tǒng)一大技術(shù)特點(diǎn)，信息數(shù)據(jù)展示需要經(jīng)GIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，以點(diǎn)擊形式直接跳轉(zhuǎn)至現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程所在位置。注重BIM三維的可視化功能優(yōu)勢(shì)，協(xié)助管理者、技術(shù)員更好地熟悉現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程周邊環(huán)境條件，了解和把握現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程整體情況，便于后期實(shí)施運(yùn)行歷史仿真、假設(shè)情景虛擬推演、最佳環(huán)境展示操作等[1]。

1.3 遙感協(xié)同化技術(shù)層面

現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程科學(xué)技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用期間，需要借助現(xiàn)代的智慧水利專項(xiàng)系統(tǒng)平臺(tái)和無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化巡檢遙感，充分利用衛(wèi)星遙感和水質(zhì)實(shí)測(cè)信息數(shù)據(jù)分析等，結(jié)合重點(diǎn)的觀察區(qū)，實(shí)施無(wú)人機(jī)所在巡檢范圍高效化自動(dòng)計(jì)算及劃定。完成無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)航測(cè)后，系統(tǒng)平臺(tái)將自動(dòng)無(wú)人機(jī)當(dāng)中GPS信息數(shù)據(jù)疊加至無(wú)人機(jī)需要的遙感信息數(shù)據(jù)中，實(shí)施云端的反演算處理后，自動(dòng)疊加至現(xiàn)有水質(zhì)的遙感圖中，對(duì)部分重點(diǎn)區(qū)位相關(guān)水質(zhì)遙感數(shù)據(jù)信息起到有效完善作用。

1.4 云計(jì)算技術(shù)層面

云端開(kāi)展數(shù)據(jù)信息采集及程序計(jì)算分析，發(fā)揮云計(jì)算功能優(yōu)勢(shì)，實(shí)施傳統(tǒng)線下的單臺(tái)裝置計(jì)算分析工作。自動(dòng)處理前期信息數(shù)據(jù)，輕量化處理現(xiàn)有基礎(chǔ)模型，對(duì)云端模型的輸入/出接口予以完善，對(duì)模型算法進(jìn)行輕量化處理，借助卷積的神經(jīng)網(wǎng)各種算法，確保云計(jì)算基礎(chǔ)模型計(jì)算功能得以高效實(shí)現(xiàn)，便于更好地分析及處理智慧水利項(xiàng)目工程數(shù)據(jù)，更好地輔助項(xiàng)目建設(shè)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其實(shí)踐應(yīng)用

2.1 總框架層面

此次計(jì)劃設(shè)定某江擴(kuò)排項(xiàng)目的智慧水利專項(xiàng)系統(tǒng)，依照1+N平臺(tái)框架實(shí)施有效設(shè)計(jì)，構(gòu)建去中心化水利系統(tǒng)框架，內(nèi)含感知、傳輸儲(chǔ)存、支撐、應(yīng)用等子系統(tǒng)。強(qiáng)化核心系統(tǒng)平臺(tái)功能，開(kāi)發(fā)以智慧水利專項(xiàng)平臺(tái)管理的決策需求為基礎(chǔ)的功能模塊，可覆蓋項(xiàng)目規(guī)劃建設(shè)整個(gè)過(guò)程管理。

（1）感知層。

系統(tǒng)信息來(lái)源的重要基礎(chǔ)，包括采集水雨情、視頻、遙感、管理、工情、水質(zhì)等信息數(shù)據(jù)?？梢晕锫?lián)網(wǎng)大量傳感裝置和攝像頭相關(guān)終端，獲取工情信息數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)將程序中合法接口接入已存在的數(shù)據(jù)信息庫(kù)，便于獲取相對(duì)應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，以PC和個(gè)人手機(jī)系統(tǒng)終端為基礎(chǔ)完成現(xiàn)場(chǎng)填報(bào)，實(shí)施管理信息數(shù)據(jù)采集。以無(wú)線網(wǎng)、有線網(wǎng)在以控制交換和加密等系統(tǒng)為基礎(chǔ)，借助專網(wǎng)或者公網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)信息。存放信息數(shù)據(jù)如基礎(chǔ)信息、遙感信息、管理信息、水質(zhì)信息、工情信息、水情信息等。

（2）支撐層。

為應(yīng)用層功能模塊提供技術(shù)輔助，借助數(shù)據(jù)分析各個(gè)組件、GIS平臺(tái)、BIM平臺(tái)等提供應(yīng)用模塊所需求信息數(shù)據(jù)。

（3）應(yīng)用層。

直接面對(duì)著廣大使用者，在底層部分有效采集完相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息后，借助支撐層完成后續(xù)的處理工作，結(jié)合不同的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)際需求，將數(shù)據(jù)及結(jié)論提供給相應(yīng)使用者，完成信息服務(wù)[2]。應(yīng)用層提供的服務(wù)以日常管理、應(yīng)急指揮、水質(zhì)信息、工情和水情信息、綜合信息等為主。該項(xiàng)目智慧水利的主系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，以應(yīng)用層為核心實(shí)施規(guī)劃、建管、運(yùn)維各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐應(yīng)用，確保水利項(xiàng)目工程全生命周期均可實(shí)現(xiàn)科學(xué)監(jiān)測(cè)及智能化管理決策。

2.2 規(guī)劃報(bào)批層面

現(xiàn)代化智慧水利系統(tǒng)中，規(guī)劃報(bào)批功能模塊可完成各層面規(guī)劃信息的有效采集、多維疊加，為更好地實(shí)施報(bào)審報(bào)批奠定基礎(chǔ)，包括方案BIM、按規(guī)BIM、總規(guī)BIM等。

（1）總規(guī)BIM功能模塊。

將流域范圍內(nèi)規(guī)劃、地質(zhì)、地理基礎(chǔ)模型融合，促使多源合一、多規(guī)合一全信息化數(shù)字沙盤(pán)形成。GIS影像中，需要構(gòu)建平面區(qū)域規(guī)劃，流域級(jí)內(nèi)反映水利系統(tǒng)總體布局。

（2）控規(guī)BIM功能模塊。

該項(xiàng)目工程涉及范圍較廣，保護(hù)較多子項(xiàng)目，以總規(guī)為基礎(chǔ)，合理劃分為大閘控規(guī)BIM、各個(gè)擴(kuò)排段的控規(guī)BIM、河道的控規(guī)BIM、開(kāi)引水工程的控規(guī)BIM等各個(gè)次流域的模塊，將其置于平臺(tái)總規(guī)的BIM模塊構(gòu)建規(guī)劃基礎(chǔ)模型，借助GIS和BIM科學(xué)技術(shù)，通過(guò)GIS科學(xué)推演場(chǎng)地規(guī)劃和土方利用率，確保占地與清退區(qū)塊場(chǎng)地具有靈活度。

（3）方案BIM功能模塊。

有效分析和把控規(guī)劃實(shí)施各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)項(xiàng)目當(dāng)中單元工程實(shí)施深度性、多方案化的BIM基礎(chǔ)模型構(gòu)建。借助遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多種智能化算法，以控規(guī)與總規(guī)模塊為基礎(chǔ)，對(duì)多方案當(dāng)中規(guī)劃屬性和范圍正確性實(shí)施自動(dòng)判斷分析，智能化修正處理錯(cuò)誤，通過(guò)GIS和BIM技術(shù)算量?jī)?yōu)勢(shì)，迅速篩選最優(yōu)規(guī)劃實(shí)施方案。

2.3 建設(shè)管理層面

項(xiàng)目工程建管系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)平臺(tái)在建的所有水利項(xiàng)目，經(jīng)統(tǒng)籌、監(jiān)管、協(xié)調(diào)、評(píng)價(jià)各個(gè)層面入手，統(tǒng)一協(xié)調(diào)、科學(xué)分析及高效決策項(xiàng)目投資及設(shè)計(jì)、建設(shè)質(zhì)量及進(jìn)度、安全評(píng)價(jià)，包括整體統(tǒng)籌、智能化監(jiān)管、高效協(xié)調(diào)、多維評(píng)價(jià)等模塊。

（1）整體統(tǒng)籌功能模塊層面。

經(jīng)合作方式、比選工程方案、篩選最佳模式及合理方案等各個(gè)階段和各個(gè)區(qū)域級(jí)別資金的統(tǒng)籌；結(jié)合征地、區(qū)塊、工序等各層面要求，構(gòu)建效果最佳的建設(shè)方案；做好參建方、業(yè)主和所有參與方統(tǒng)籌工作，實(shí)施多方比較分析，將、篩選最優(yōu)參建方資源；以參建方、時(shí)序及資金為基礎(chǔ)，借助AI科學(xué)技術(shù)對(duì)最優(yōu)建設(shè)方案實(shí)施科學(xué)推演。

（2）科學(xué)協(xié)調(diào)功能模塊層面。

系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)時(shí)互聯(lián)參建各方、業(yè)主方、政府方信息數(shù)據(jù)，智能化分級(jí)管理信息，以各級(jí)權(quán)限范圍為基礎(chǔ)，高效協(xié)調(diào)及共享信息數(shù)據(jù)。

（3）智能監(jiān)管功能模塊層面。

項(xiàng)目工程系統(tǒng)監(jiān)管規(guī)劃設(shè)定綜合、資源、技術(shù)、設(shè)計(jì)、進(jìn)度、投資、質(zhì)量、系統(tǒng)、采購(gòu)、合同、QHSE、安全各層面管理模塊，實(shí)現(xiàn)QHSE管理模塊需要以云建管系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，合同和采購(gòu)層面管理屬于從云建管系統(tǒng)平臺(tái)中所移植的功能模塊內(nèi)容，打通信息數(shù)據(jù)。

①設(shè)計(jì)模塊。

歸入現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)報(bào)審流程中，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理者、審查者、監(jiān)管者等審查交流，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)批產(chǎn)品設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)文件報(bào)審效率得到提升，借助系統(tǒng)平臺(tái)全程監(jiān)控報(bào)審實(shí)施流程。

②質(zhì)控功能模塊。

內(nèi)含功能以評(píng)定質(zhì)量、統(tǒng)計(jì)展示信息數(shù)據(jù)為主，系統(tǒng)平臺(tái)內(nèi)借助移動(dòng)端順利實(shí)施所有分序工作的質(zhì)量驗(yàn)評(píng)，實(shí)時(shí)跟蹤質(zhì)量層面為問(wèn)題，確保質(zhì)控效率得以提升。

③進(jìn)度控制功能模塊。

三維全數(shù)據(jù)信息模型和工程進(jìn)度數(shù)據(jù)信息有效結(jié)合，實(shí)施多維度數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)模型構(gòu)建，預(yù)警分析監(jiān)測(cè)進(jìn)度，將預(yù)警結(jié)果有效反饋給技術(shù)員。此模塊以編錄進(jìn)度信息、展示圖表、三維展示、對(duì)比展示進(jìn)度、提醒進(jìn)度事件等為主。

④投資管理功能模塊[3]。

借助單元工程BIM基礎(chǔ)模型當(dāng)掛載的工程量，由系統(tǒng)平臺(tái)將工程量信息統(tǒng)計(jì)自動(dòng)完成，確保節(jié)點(diǎn)臺(tái)賬、對(duì)比投資、結(jié)算統(tǒng)計(jì)等信息生成，便于各方實(shí)施統(tǒng)籌決策及協(xié)調(diào)工作。

⑤安全監(jiān)管功能模塊。

以物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，獲取大量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，云計(jì)算及AI智能化實(shí)施安全隱患的預(yù)測(cè)及預(yù)警。

⑥多維評(píng)價(jià)功能模塊。

實(shí)施評(píng)估體系構(gòu)建，構(gòu)建供應(yīng)商，借助大數(shù)據(jù)信息科學(xué)技術(shù)，多維動(dòng)態(tài)化評(píng)定參建單位，實(shí)行優(yōu)勝劣汰準(zhǔn)則，全面提升服務(wù)水準(zhǔn)。

2.4 系統(tǒng)運(yùn)維層面

運(yùn)維系統(tǒng)，它是以GIS、BIM數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)，與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合，對(duì)水利數(shù)據(jù)及突發(fā)狀況開(kāi)展及時(shí)分析、有效處理，進(jìn)行預(yù)警和決策。智慧水利項(xiàng)目工程運(yùn)維系統(tǒng)內(nèi)設(shè)指揮控制、監(jiān)測(cè)、綜合管理等模塊。

（1）綜合管理部分。

該功能日常運(yùn)行期間，可從整體上高效把握區(qū)域內(nèi)所有信息流，內(nèi)含文檔文件、體系內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、數(shù)字化子工程全景、內(nèi)部流域概況等各項(xiàng)功能。

（2）監(jiān)測(cè)體系部分。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況、工情、災(zāi)情、水環(huán)境、水雨情等，為有效指揮控制功能模塊提供輔助作用[4]。

（3）指揮監(jiān)測(cè)部分。

基于規(guī)劃、監(jiān)測(cè)、規(guī)劃，建立高度集成、多方聯(lián)動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)指揮專項(xiàng)控制系統(tǒng)，便于滿足水利建設(shè)相關(guān)部門(mén)高效快速完成會(huì)議交流、日常工作、突發(fā)性事件處理等?；谖锫?lián)網(wǎng)的視頻信息，構(gòu)建智慧水利系統(tǒng)，確保水利項(xiàng)目規(guī)劃區(qū)域范圍應(yīng)急實(shí)現(xiàn)可視化的指揮監(jiān)管，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能算法為基礎(chǔ)，實(shí)施災(zāi)害模擬及輔助決策。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代智慧水利系統(tǒng)技術(shù)實(shí)踐中，技術(shù)員應(yīng)統(tǒng)籌全局，積極引入各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)，最大化發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢(shì)，便于更好地完善及優(yōu)化現(xiàn)代智慧水利項(xiàng)目工程系統(tǒng)，為智慧水利項(xiàng)目高效完工奠定基礎(chǔ)。