水利工程施工管理信息化管理模型構(gòu)建

王篤豐

（黑龍江省水利水電集團有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

0 引言

在社會快速發(fā)展的新時期，水利工程數(shù)量不斷增加，規(guī)模不斷擴大，面對的施工環(huán)境復(fù)雜性也不斷提升，因此，如何進行管理模式創(chuàng)新，如何有效使用新技術(shù)，強化管理效果，成為社會關(guān)注的熱點話題[1]。尤其是信息計劃技術(shù)，日漸成熟且被應(yīng)用于多個領(lǐng)域，效果顯著，所以，在水利工程施工管理中，有效使用信息化技術(shù)成為一種趨勢，應(yīng)加強研究。

1 水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用必要性

通過實踐研究，水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用具有必要性，具體表現(xiàn)在以下3點：1）實時管理。在實踐過程中，為了強化水利工程的管理效果，必須做到及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決問題，避免問題影響擴大化[2]。因此，需要建立實時管理體系，這樣才能滿足現(xiàn)實需求。而信息化技術(shù)的研究與應(yīng)用，屬于實時管理系統(tǒng)建立的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可以借助信息的搜集、存儲、分析等實現(xiàn)實時管理，所以，信息化技術(shù)在水利工程施工管理中應(yīng)用具有必要性。2）自動化管理。隨著水利工程施工管理的發(fā)展，自動化管理已經(jīng)成為一種趨勢，通過這一模式的應(yīng)用，能夠降低管理成本，提升管理效率，從而實現(xiàn)水利工程優(yōu)質(zhì)高效開展的目標(biāo)[3]。在自動化管理系統(tǒng)設(shè)計與運行過程中，需要相應(yīng)的信息化技術(shù)作為支撐，才能實現(xiàn)自動化功能，提升管理系統(tǒng)的信息化水平，所以，信息化技術(shù)應(yīng)用具有必要性。3）風(fēng)險管理。新時期背景下，水利工程施工管理工作開展，必須注重風(fēng)險管理，有效進行風(fēng)險識別、分析、評價和防控，做到防患于未然，這樣才能降低問題發(fā)生率[4]。在這一工作開展時，有效使用信息化技術(shù)，有利于風(fēng)險管理相關(guān)信息的搜集和處理，從而實現(xiàn)風(fēng)險評價的精準(zhǔn)性和動態(tài)性，為風(fēng)險管理策略制定提供依據(jù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)施策的目標(biāo)。除此以外，在水利工程施工中使用信息化技術(shù)，能夠彌補人工管理的不足之處，降低施工管理難度，提升施工管理質(zhì)量。例如使用大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)，對施工中的數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計分析，從而減輕工作人員的工作壓力，提升其工作效率和質(zhì)量?？傮w而言，水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用具有必要性，應(yīng)在有關(guān)方面加強研究，強化其應(yīng)用效果。

2 水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用原則

基于上述分析可知，在水利工程施工管理中應(yīng)用信息化技術(shù)屬于一種必然，但是，在具體應(yīng)用中需要遵循相應(yīng)的原則，強化其應(yīng)用效果，經(jīng)過總結(jié)，主要原則如下所示。

2.1 實用性原則

在實踐過程中，水利工程施工管理使用信息化技術(shù)的主要目的是為了提高施工管理水平，達到預(yù)期目標(biāo)和效果，使施工管理更高效[5]。如果相關(guān)技術(shù)使用并不能達到這一目標(biāo)，便導(dǎo)致其現(xiàn)實意義不足，應(yīng)用合理性有待提升。除此以外，水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用，還應(yīng)解決施工管理中的問題，降低施工管理的風(fēng)險，優(yōu)化施工管理體系，針對性解決未采取信息化技術(shù)之前施工管理的不足之處，這樣才能體現(xiàn)其實用性。例如在未使用信息化技術(shù)之前，存在信息統(tǒng)計分析能力不足，數(shù)據(jù)信息挖掘效果較差的問題，可以在使用信息化技術(shù)時，加強數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計分析，強化挖掘功能，從而為施工管理提供更有力的支持。

2.2 安全性原則

水利工程施工管理中，在應(yīng)用信息化技術(shù)時必須遵守安全性原則，保證相關(guān)技術(shù)可以高效地使用，達到預(yù)期目標(biāo)[6]。尤其是一些信息化技術(shù)在具體應(yīng)用時，需要設(shè)置相應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境，否則難以正常使用。例如在使用網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)時，必須保證網(wǎng)路覆蓋率，網(wǎng)速達到要求，這樣才能保證信息獲取和傳輸?shù)募皶r性。

2.3 可操作性原則

當(dāng)前，水利工程施工管理中涉及的信息化技術(shù)較多，例如CAD繪圖技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字掃描技術(shù)、移動遙感技術(shù)等，每種技術(shù)應(yīng)用時的操作難度各有不同，應(yīng)在具體應(yīng)用過程中考慮相關(guān)技術(shù)的操作性，避免因技術(shù)操作難度過高，而增加操作風(fēng)險[7]。

3 水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用策略

3.1 移動遙感技術(shù)應(yīng)用

在施工管理過程中，可以使用移動遙感技術(shù)實時采集施工現(xiàn)場信息，其準(zhǔn)確度較高，時效性較強，從而備受關(guān)注。例如使用無人機遙感技術(shù)對施工現(xiàn)場信息進行采集時，主要借助航空器對目標(biāo)區(qū)域信息進行搜集，這一技術(shù)具有較強的兼容性，可以同時搜集多種類型的信息，增加信息搜集的數(shù)量，相對較為全面[9]。但是，在使用移動遙感技術(shù)進行水利工程施工管理信息搜集時，應(yīng)明確信息搜集區(qū)域、信息搜集環(huán)境、信息搜集主要對象，避免信息搜集數(shù)量過多，從而導(dǎo)致處理難度較大[10]。與此同時，還要考慮信息搜集過程的干擾因素，例如一些信號干擾、建筑遮擋等，以免其影響施工信息搜集。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用

通常情況下，水利工程施工環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，存在分包的情況，這屬于工程建設(shè)中常用的一種模式，但是，如果分包單位較多，彼此之間的交流與協(xié)作便成為施工管理中的重點。只有保證其交流的及時性、高效性，才能強化合作效果。所以，在有關(guān)方面可以使用網(wǎng)絡(luò)通信息技術(shù)，建立施工管理信息共享服務(wù)中心，及時進行信息交流與溝通。除此以外，在施工管理過程中，可以在現(xiàn)場安裝相應(yīng)的監(jiān)控設(shè)備，及時進行施工信息搜集，而搜集得來的信息，需要通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對其進行傳輸，因此，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)屬于水利施工管理中的“橋梁”。

3.3 數(shù)字掃描技術(shù)應(yīng)用

數(shù)字掃描技術(shù)是在計算機技術(shù)基礎(chǔ)之上發(fā)展而來，可以對水利工程施工相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進行匯總處理，具有較強的統(tǒng)籌處理能力。在使用這一技術(shù)過程中，可以對水利工程施工信息進行掃描，并將匯總之后的數(shù)據(jù)統(tǒng)一輸入至處理系統(tǒng)中，使數(shù)據(jù)處理更集中，從而避免分散處理帶來的復(fù)雜性問題。經(jīng)過實踐研究總結(jié)，這一技術(shù)優(yōu)勢表現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息采集完整性較高、分層處理數(shù)據(jù)，有利于確定施工環(huán)境銜接點，從而便于施工管理信息處理。

3.4 數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用

在水利工程施工管理過程中，為了防止數(shù)據(jù)遺失，便于后續(xù)統(tǒng)計分析工作的開展，應(yīng)使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行存儲，便于查詢和使用。在具體操作時，應(yīng)根據(jù)水利工程施工管理的實際情況，建立針對性的數(shù)據(jù)庫，作為相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲系統(tǒng)。與此同時，數(shù)據(jù)庫還具有數(shù)據(jù)信息識別、分類、安全管理、更新等功能，保證數(shù)據(jù)信息存儲的精細化，有利于數(shù)據(jù)信息后續(xù)調(diào)用。除此以外，數(shù)據(jù)庫還要與數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)有效連接在一起，保證采集到的信息可以及時存儲在數(shù)據(jù)庫中。該文認(rèn)為，在新時期背景下，水利工程施工管理中數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用必須進行創(chuàng)新，強化其服務(wù)效果。例如將某個工程管理的數(shù)據(jù)庫與其他工程管理的數(shù)據(jù)庫之間建立連接關(guān)系，或者設(shè)置公用的工程施工管理數(shù)據(jù)庫，從而增加數(shù)據(jù)庫信息量，并有利于數(shù)據(jù)之間的對比分析，便于發(fā)現(xiàn)和解決問題。例如將現(xiàn)有工程資源使用管理現(xiàn)狀與一些經(jīng)典工程資源使用管理對比分析，總結(jié)其不足之處，進行改進和提升。

3.5 GPS定位技術(shù)應(yīng)用

通常情況下，水利工程項目所涉及的建設(shè)范圍較大，與之相關(guān)的信息處理工作量較大，成為工作人員在有關(guān)方面工作開展過程中面臨的主要問題。為了減輕有關(guān)方面的工作壓力，保證數(shù)據(jù)信息采集工作優(yōu)質(zhì)高效進行，水利工程施工管理部門可以使用GPS技術(shù)解決數(shù)據(jù)信息采集問題。經(jīng)過實踐研究，GPS技術(shù)可以借助互聯(lián)網(wǎng)搜集水利工程建設(shè)相關(guān)信息，且信息搜集過程中抗干擾能力較強，適應(yīng)不同的天氣變化、提升數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)性、對數(shù)據(jù)具有自動化測量功能、應(yīng)急能力較為突出，因此，這一技術(shù)在水利工程施工管理中應(yīng)用較廣。

4 水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用實踐

根據(jù)上述對水利工程施工管理信息化技術(shù)應(yīng)用方面的相關(guān)研究，進行實踐設(shè)計，從而為相關(guān)技術(shù)和理論的實踐應(yīng)用提供支持，主要以GPS技術(shù)應(yīng)用為例，詳細闡釋。該案例工程屬于小型水利水電工程，所處位置環(huán)境復(fù)雜，為了加強施工管控，使用GPS定位技術(shù)。

4.1 GPS觀測方程和定位方程

根據(jù)GPS相關(guān)技術(shù)原理，設(shè)置其載波相位方程如公式（1）所示。

式中：ψ代表載波相位觀測數(shù)值；c則代表在真空狀態(tài)下的光傳播速度；f則代表載波頻率；p代表衛(wèi)星與接收設(shè)備之間的距離；δp1和δpr則代表衛(wèi)星產(chǎn)生信號在途徑電離層之后發(fā)生折射的改正值；νt1代表接收機的改正；νt2代表衛(wèi)星鐘發(fā)生的改正；n代表整周未知數(shù)。

載波相位定位觀測中，接收機坐標(biāo)為X、Y、Z，設(shè)置接收機的近似坐標(biāo)為X0、Y0、Z0，與之對應(yīng)的改正數(shù)為Vx、Vy、Vz，得出關(guān)系式如下所示：

4.2 GPS技術(shù)定位方法

在實踐中，GPS技術(shù)定位方法主要包括絕對定位方法和相對定位方法，對案例工程，使用相對定位方法，屬于一種靜態(tài)定位模式，精度較高。首先，根據(jù)工程的整體布局和管控需求，選擇7臺GPS設(shè)備分別安裝在每個測點之上，實施同步觀測，觀測時間為1h～2h。如果觀測站之間的距離在20km以上，應(yīng)延長觀測時間。如果觀測站之間距離在5km以內(nèi)時，可以適當(dāng)縮短觀測時間，具體設(shè)置為45min。與此同時，在進行測網(wǎng)構(gòu)建時，可以使用邊連接方法，并使用后處理軟件進行基線解算，通過平差計算求出觀測點三維坐標(biāo)。經(jīng)過試驗檢驗，如果使用雙拼GPS接收機，相對定位模式精度可以達到5km+1ppm°d，其中，d屬于測站之間的距離（km）。

4.3 測區(qū)控制網(wǎng)設(shè)置

根據(jù)案例工程實際情況，進行控制網(wǎng)布置。在這一過程中，應(yīng)完成全覆蓋測試且避免測點過多，增加無效工作量。與此同時，還要保證其便于施策。具體如圖1所示。在整個測區(qū)布置三等和四等測圖控制網(wǎng)，成果為任意帶直角坐標(biāo)系，測區(qū)之內(nèi)存在國家二等水準(zhǔn)點2個，在勘測中基于需求設(shè)置三等水準(zhǔn)線，高程為1985年國家高程標(biāo)準(zhǔn)且施工控制網(wǎng)基準(zhǔn)與勘測設(shè)計基礎(chǔ)保持相同。其中，Ⅲ07、Ⅲ12、Ⅲ03、Ⅲ14、Ⅲ04、Ⅳ01為檢測網(wǎng)原點，CO1k、CO2k、CO3k、CO4k、CO5k、CO6k、CO7k代表檢測三角形的頂點。

圖1 控制網(wǎng)

4.4 數(shù)據(jù)核檢

在觀測時，受到多種因素影響，GPS數(shù)據(jù)容易發(fā)生異常，需要對其進行核檢，核檢條件為獨立觀測環(huán)和同步觀測環(huán)，閉合條件設(shè)計如下。

GPS同步觀測環(huán)坐標(biāo)分量及全長閉合差：

在上述公式中，Wx為x方向的坐標(biāo)分量閉合差，Wy為y方向的坐標(biāo)分量閉合差，Wz為z方向的坐標(biāo)分量閉合差，W為環(huán)的全長閉合差，δ為標(biāo)準(zhǔn)差，ds代表重復(fù)基線較差，n為環(huán)基線數(shù)量，a為GPS接收機標(biāo)稱精度的固定誤差，b為GPS接收機標(biāo)稱精度的比例誤差，d屬于環(huán)中基線平均長度。

在進行重復(fù)基線核檢時，基線為10條，最大較差為7.0mm，最小為0mm，平均相對誤差為3.72pmm。對測距儀實測邊長進行改化，將其作為GPS外業(yè)觀測質(zhì)量檢校基準(zhǔn)。

4.5 數(shù)據(jù)后處理

通過數(shù)據(jù)后處理軟件合理選擇、平差方法合理選擇、參數(shù)基準(zhǔn)合理選擇等工作開展，可以對GPS測量結(jié)果產(chǎn)生直接影響。對案例工程，可以使用武漢大學(xué)的專業(yè)平差軟件《COSA》，屬于多功能平差系統(tǒng)，方法嚴(yán)謹(jǐn)，精度較高。經(jīng)過分析，在上述案例中，CO2K測點所處位置的信號最弱，接收存在干擾，不便于實測，所以，將其作為最弱點，MX精度為0.22cm，MY精度為0.18cm，MP精度為0.28cm。CO3k—CO7K屬于實際測量中，所有三角形的最弱邊，原因在于其經(jīng)過位置地形復(fù)雜，干擾物較多，不便于測量，將其定為最弱邊，測量精度符合要求，在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

基于上述軟件實施數(shù)據(jù)后處理，得出控制點成果和精度：在X維度CO1KZH、CO2KZH、CO3KZH、CO4KZH、CO5KZH、CO6KZH、CO7KZH的測量偏差均在3.0mm以內(nèi)，CO7KZH偏差最小為1.6mm，CO2KZH偏差最大，為2.6mm，分析其原因，主要在于CO2KZH屬于最弱點，干擾較多，不便于測量。在Y維度，每個測點的偏差均在2.0mm以內(nèi)，在Z維度，測量誤差均在3.0mm以內(nèi)。由此可見，本次測量所得結(jié)果精度較高，均在相關(guān)要求范圍之內(nèi)，提升了測量精準(zhǔn)性，這就再次證明使用GPS技術(shù)進行水利工程施工管理，有助于提升管理質(zhì)量。但是，由于不同測點所處的位置不同，在測量時會受到一定的干擾，所以，應(yīng)在測控網(wǎng)布置時，盡量消除外界因素的干擾，提升測量精準(zhǔn)度。還有一點，則是在開展相關(guān)測量工作過程中，應(yīng)注重相應(yīng)設(shè)備的選擇和維管，保證其性能良好，從而有利于信號接收，盡量消除設(shè)備帶來的測量精度影響問題。

5 結(jié)語

綜上所述，水利工程施工管理工作開展過程中，必須注重信息化技術(shù)的應(yīng)用，這屬于社會發(fā)展的必然。在具體應(yīng)用時，應(yīng)遵循可操作性、安全性、規(guī)范性和實用性原則，并有效使用移動遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字掃描技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、GPS定位技術(shù)等，并根據(jù)工程實際情況，進行GPS定位技術(shù)應(yīng)用實踐設(shè)計，為水利工程施工管理信息化工作開展提供有力支持。