智能信息化與創(chuàng)新技術(shù)在水電工程監(jiān)理中的應(yīng)用

黃玉龍，普新友，曹劉光，譚冬旭（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢西北有限公司， 陜西 西安 710100）

1 應(yīng)用背景

烏東德水電站位于云南省祿勸縣和四川省會(huì)東縣交界，是實(shí)施“西電東送”的國(guó)家重大工程，電站共安裝12臺(tái)單機(jī)850 MW水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)10 200 MW，是金沙江下游四個(gè)梯級(jí)的第一梯級(jí)，也是中國(guó)第四座、世界第七座跨入萬兆瓦級(jí)行列的巨型水電站。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩（如圖1所示），壩頂高程988 m，最大壩高270 m，混凝土澆筑量約270萬m3，是世界首座全壩采用低熱水泥混凝土澆筑的特高拱壩，也是目前世界最薄的300 m級(jí)雙曲拱壩。

圖1 烏東德大壩

烏東德工程在建設(shè)過程中攻克了一系列世界級(jí)技術(shù)難題，掌握了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，創(chuàng)造了8項(xiàng)“世界第一”、15項(xiàng)“首次”的行業(yè)記錄。

為解決烏東德工程建設(shè)中遇到的系列關(guān)鍵技術(shù)問題，全面提升水電工程建設(shè)技術(shù)與管理水平，實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效施工，工程各參建單位在業(yè)主三峽集團(tuán)的主導(dǎo)下，以溪洛渡數(shù)字大壩建設(shè)管理經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開展烏東德工程智能建造科研項(xiàng)目，進(jìn)一步進(jìn)行管理創(chuàng)新和技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)烏東德工程建設(shè)及運(yùn)行全生命周期的智能信息化管理。

烏東德工程集成了如智能通水與灌漿、混凝土拌合監(jiān)控預(yù)警、混凝土澆筑一條龍效率分析與平倉(cāng)振搗智能控制、混凝土出機(jī)口、入倉(cāng)及澆筑溫度智能預(yù)警預(yù)報(bào)、倉(cāng)面小氣候智能監(jiān)控、混凝土表面保溫智能監(jiān)控與預(yù)警、安全管理微信gala系統(tǒng)、基于智能視覺技術(shù)的倉(cāng)面工藝識(shí)別和質(zhì)控行為分析（含人員設(shè)備行為分析和預(yù)判）以及大數(shù)據(jù)綜合管理平臺(tái)等一系列智能信息化技術(shù)，同時(shí)也有監(jiān)理自主創(chuàng)新應(yīng)用的便攜式攝像頭。

2 應(yīng)用實(shí)踐

2.1 智能信息化技術(shù)應(yīng)用

2.1.1 智能通水與灌漿

烏東德智能通水與灌漿是三峽集團(tuán)主導(dǎo)研發(fā)的智能化生產(chǎn)系統(tǒng)，智能通水2.0系統(tǒng)是由清華大學(xué)在溪洛渡大壩建設(shè)后期研發(fā)的1.0平臺(tái)升級(jí)而成的，主要應(yīng)用于烏東德大壩工程。智能灌漿是成都中大華瑞與烏東德工程各參建方共同研發(fā)而成的，在烏東德工程屬首次全面應(yīng)用。

（1）智能通水。采用數(shù)字溫度計(jì)和光纖，進(jìn)行全壩、逐倉(cāng)感知溫度并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，通過溫控平臺(tái)大數(shù)據(jù)智能分析及判斷，一體流溫裝置實(shí)時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)“最高溫度、降溫速率、異常溫度”的預(yù)報(bào)、預(yù)警與智能控制，確保全壩不同溫控區(qū)溫度過程和溫度應(yīng)力全程可控，并實(shí)現(xiàn)“早冷卻、慢冷卻、小溫差”個(gè)性化溫控，確?；炷翜乜剡^程和拱壩接縫灌漿溫度梯度控制的連續(xù)、平穩(wěn)、精準(zhǔn)（如圖2所示）。

圖2 智能通水系統(tǒng)組成

智能通水操作系統(tǒng)有PC及移動(dòng)微信端，主要包括系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理、單倉(cāng)分析、多倉(cāng)分析等功能模塊，查詢及操作簡(jiǎn)便，使用微信端即可完成大部分的操作維護(hù)任務(wù)。

該系統(tǒng)具有移動(dòng)查詢維護(hù)、異常情況預(yù)警、智能及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)控等功能；可視化程度高，溫度及通水變化自動(dòng)生成曲線，總結(jié)溫變規(guī)律，指導(dǎo)過程調(diào)控，可高效、精準(zhǔn)地按計(jì)劃完成精細(xì)化溫控目標(biāo)。

（2）智能灌漿。主要以“漿液密度與灌漿路徑智能尋優(yōu)＋特殊情況智能識(shí)別實(shí)時(shí)處理＋施工全流程數(shù)字化管理”的技術(shù)路線，直面常規(guī)灌漿質(zhì)量及計(jì)量頑疾，聚焦核心工藝，結(jié)合烏東德工程灌漿實(shí)踐研發(fā)的集灌漿工藝智能控制、自動(dòng)配漿、壓力自動(dòng)調(diào)整、灌漿參數(shù)實(shí)時(shí)感知傳輸為一體的灌漿智能控制成套裝備和可視化數(shù)字化分析管理云平臺(tái)（如圖3所示），解決了灌漿核心工藝智能控制技術(shù)、正常及特殊情況灌漿一體化控制技術(shù)、動(dòng)態(tài)自動(dòng)配補(bǔ)漿、壓力精準(zhǔn)控制、數(shù)據(jù)在線傳輸和分析、全周期三維可視分析等難題。

圖3 一體化智能灌漿設(shè)備

其主要優(yōu)點(diǎn)為：第一，灌漿配漿、數(shù)據(jù)記錄三大系統(tǒng)全自動(dòng)化，節(jié)省人工；第二，高度智能一鍵啟動(dòng)，對(duì)灌漿過程中可能出現(xiàn)的抬動(dòng)、劈裂、失水回濃、久灌不結(jié)束、大注入量等進(jìn)行識(shí)別判斷，根據(jù)設(shè)計(jì)程序自動(dòng)決策處理；第三，信息與網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)接入中央服務(wù)器，手機(jī)、電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控，方便管理；第四，高度集成，小型吊裝運(yùn)輸設(shè)備即可一體吊運(yùn)，減少管路與電線連接部署，提高工效及現(xiàn)場(chǎng)文明施工形象。

（3）對(duì)監(jiān)理工作的貢獻(xiàn)。相比常規(guī)通水及灌漿模式，智能通水與灌漿在提升生產(chǎn)效率的同時(shí)，極大地提升了監(jiān)理工作效率，降低了管理難度。

智能通水與灌漿可以減少各環(huán)節(jié)人工干預(yù)在主觀意識(shí)、及時(shí)性上的偏差，數(shù)據(jù)可視化分析便于及時(shí)決策、事后總結(jié)，可實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的質(zhì)量管控目標(biāo)；大型項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、智能及遠(yuǎn)程控制減少人員活動(dòng)范圍，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)；自動(dòng)采集保證數(shù)據(jù)真實(shí)性，灌漿資料防偽碼網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證，加密信號(hào)傳輸，避免人工計(jì)量不準(zhǔn)確及弄虛作假等問題；減少了各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)采集、分析、調(diào)控、計(jì)量等監(jiān)理工作量，節(jié)省人力物力。

2.1.2 質(zhì)量與安全管理平臺(tái)

烏東德工程質(zhì)量管理App及安全管理微信gala系統(tǒng)是依托計(jì)算機(jī)、微信、“互聯(lián)網(wǎng)＋”、云服務(wù)、智能終端等技術(shù)手段研發(fā)的質(zhì)量管理及安全隱患排查治理系統(tǒng)，是能夠持續(xù)推進(jìn)數(shù)字化技術(shù)的深度應(yīng)用。

（1）質(zhì)量管理App。主要以三峽集團(tuán)擬定的水電工程標(biāo)準(zhǔn)表格和管理流程規(guī)范，在移動(dòng)端（手機(jī)、Pad）完成表格電子化、流程化；系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備的位置信息，實(shí)現(xiàn)特定人員在指定位置規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集和質(zhì)量管控的目標(biāo)。

其功能主要有：實(shí)現(xiàn)開挖、支護(hù)、混凝土、金結(jié)、安全管理等分項(xiàng)下各單元工程施工工序每個(gè)流程節(jié)點(diǎn)相關(guān)的質(zhì)量表格在移動(dòng)終端錄入、修改、存儲(chǔ)、提交、審核、打印等功能，針對(duì)各環(huán)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)或非現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)及評(píng)定工作進(jìn)行記錄，操作人員持Pad在專用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行各表單的數(shù)據(jù)錄入審核；監(jiān)理日志錄入與查詢，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到三峽工程管理系統(tǒng)（Theme Gorges Project Management System，TGPMS）數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)基表中，便于管理（如圖4所示）。

圖4 質(zhì)量管理系統(tǒng)Pad界面

（2）安全管理微信gala系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)、手機(jī)等終端上傳、整改、閉合隱患，移動(dòng)端對(duì)接普及度較高的微信，基礎(chǔ)功能是對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患錄入、整改、閉合、匯總分析、存儲(chǔ)隱患數(shù)據(jù)庫(kù)。

該系統(tǒng)可對(duì)上傳隱患按類別進(jìn)行排名及對(duì)比統(tǒng)計(jì)、占比及趨勢(shì)分析，可分單位統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果生成餅圖和柱狀圖，形象反映出某時(shí)間段內(nèi)各類別事故隱患發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)提供了報(bào)表導(dǎo)出功能。

（3）對(duì)監(jiān)理工作的貢獻(xiàn)。上述管理平臺(tái)利用App及微信快速交流的特點(diǎn)，創(chuàng)新了質(zhì)量管理及安全隱患排查治理模式，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)反饋、跟蹤透明、符合規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)、信息快捷化的質(zhì)量及安全管理。

使用App現(xiàn)場(chǎng)直接填寫工序驗(yàn)收、評(píng)定資料及監(jiān)理日志，規(guī)范填寫方式，約束填寫內(nèi)容，可保障內(nèi)容的完整性和準(zhǔn)確性，加快平行工序檢查、驗(yàn)收以及日志填寫速度，提高監(jiān)理工作效率；通過App對(duì)采集的工序驗(yàn)收、評(píng)定資料、監(jiān)理日志內(nèi)容、類型進(jìn)行自動(dòng)分析和整理，可快速生成分部（分項(xiàng)）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及評(píng)定意見、監(jiān)理日志手冊(cè)等，可隨時(shí)導(dǎo)出打印，避免資料遺失、人員調(diào)動(dòng)帶來檔案管理上的不便，降低監(jiān)理檔案管理及尾工處理難度；在隱患排查方面，監(jiān)理日常巡查發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)上傳，指定人員會(huì)立即收到提醒，責(zé)任人整改完成上報(bào)系統(tǒng)，監(jiān)理通過實(shí)地復(fù)查或查看整改照片，予以確認(rèn)閉環(huán)，相對(duì)傳統(tǒng)書面整改指令，更加快捷高效，并可利用微信gala系統(tǒng)匯總分析，針對(duì)突出隱患類型制定管控措施并實(shí)施，以達(dá)到施工安全受控、防止事故發(fā)生的目的（如圖5所示）。

圖5 對(duì)某時(shí)間段的隱患進(jìn)行分析

2.1.3 大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)

烏東德工程信息管理平臺(tái)是三峽集團(tuán)按照工程數(shù)字化建設(shè)的總體規(guī)劃，在溪洛渡大壩智能化建設(shè)平臺(tái)（iDam1.0）的基礎(chǔ)上，運(yùn)用前沿尖端信息技術(shù)手段（BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、可視化等），通過自動(dòng)采集、無線傳輸、“專家”分析、動(dòng)態(tài)監(jiān)控、評(píng)價(jià)預(yù)警、終端推送、數(shù)據(jù)挖掘等方法，構(gòu)建大壩工程智能建造信息管理平臺(tái)（iDam2.0），承載全專業(yè)全過程的大壩施工管理、科研與仿真服務(wù)、智能生產(chǎn)控制、專業(yè)化子系統(tǒng)、技術(shù)管理等五個(gè)方面的管理，實(shí)現(xiàn)大壩工程建設(shè)全生命周期智能信息化管理（如圖6所示）。

圖6 智能建造業(yè)務(wù)協(xié)同工作平臺(tái)iDam2.0總體框架

平臺(tái)集成了烏東德現(xiàn)有智能化生產(chǎn)及信息管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)灌漿、纜機(jī)及拌和樓運(yùn)行、溫控通水、天氣水情、人員定位、質(zhì)量管理App、TGPMS中的計(jì)量結(jié)算等功能。終端包括PC端、Pad、微信端的多端方案。

平臺(tái)以先進(jìn)的大數(shù)據(jù)分析與展示技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)高拱壩建設(shè)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全的綜合實(shí)時(shí)監(jiān)控與展示分析，提高過程管理的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，并為提高生產(chǎn)效率及決策提供數(shù)據(jù)支持。減少監(jiān)理相關(guān)質(zhì)量、進(jìn)度及計(jì)量結(jié)算等方面數(shù)據(jù)采集及分析工作量，提升監(jiān)理工作效率及質(zhì)量。

2.2 監(jiān)理創(chuàng)新實(shí)踐

上述智能信息化技術(shù)的應(yīng)用，很大程度上簡(jiǎn)化了監(jiān)理工作，在某些工序監(jiān)理傳統(tǒng)巡查及旁站項(xiàng)目上，甚至替代了監(jiān)理工作。在管理模式創(chuàng)新方面，烏東德工程西北監(jiān)理根據(jù)業(yè)主智能信息化應(yīng)用規(guī)劃，在力所能及的范圍內(nèi)取長(zhǎng)補(bǔ)短，結(jié)合監(jiān)理管控實(shí)際需要，采用攝像頭監(jiān)控手段進(jìn)一步強(qiáng)化監(jiān)理的全過程管理。主要針對(duì)水電工程弄虛作假行為如錨桿施工短桿、混凝土倉(cāng)號(hào)驗(yàn)收后偷拆鋼筋、澆筑加水、填渣等進(jìn)行監(jiān)管，同時(shí)減少巡查及旁站管理盲區(qū)。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)威懾效應(yīng)

對(duì)施工過程人員的質(zhì)量行為全程錄像，能夠在施工人員心理上形成威懾效應(yīng)，規(guī)范其質(zhì)量行為，減少違規(guī)或造假行為，確保質(zhì)量受控。

2.2.2 問題可追溯性

所錄制影像資料每天按部位整編存檔，并及時(shí)查看是否存在違規(guī)或造假行為，尤其是在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理中午就餐、臨時(shí)離開等旁站空白期，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控或回溯查看，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量違規(guī)造假行為應(yīng)及時(shí)要求返工處理或進(jìn)行相應(yīng)處罰，杜絕監(jiān)理旁站空白期出現(xiàn)質(zhì)量違規(guī)造假行為。

2.2.3 減員增效

按監(jiān)理合同要求，主體工程混凝土澆筑、錨桿注裝、錨索張拉和其他隱蔽工程需全程旁站，若多個(gè)混凝土倉(cāng)號(hào)同時(shí)澆筑，或旁站、驗(yàn)收項(xiàng)目在時(shí)間上重疊，按目前監(jiān)理市場(chǎng)情況，難以面面俱到。為解決此類問題，采取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理以驗(yàn)收、巡視為主，攝像頭監(jiān)控錄像為輔進(jìn)行質(zhì)量管理，既滿足質(zhì)量管控要求，又適當(dāng)彌補(bǔ)人員數(shù)量不足問題。

采用“攝像頭”監(jiān)控與旁站監(jiān)理相結(jié)合的管理方式，杜絕了造假行為的發(fā)生，并使現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量得到有效提高。同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工、資源投入進(jìn)度等方面的管理發(fā)揮了較好效果，得到業(yè)主高度認(rèn)可和推廣。

3 應(yīng)用成效

通過上述應(yīng)用，烏東德工程在質(zhì)量、安全、進(jìn)度等方面全面受控，安全質(zhì)量管理連續(xù)多年實(shí)現(xiàn)“雙零”目標(biāo)。大壩創(chuàng)下單壩段年上升高度122 m的行業(yè)最高紀(jì)錄，首批機(jī)組提前投產(chǎn)發(fā)電。

大壩未出現(xiàn)溫度裂縫，打破大體積混凝土“無壩不裂”的“魔咒”。其各項(xiàng)智能信息化技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)被央視《超級(jí)工程》《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》節(jié)目收錄，被譽(yù)為“世界上最聰明的大壩”。在各期蓄水驗(yàn)收過程中，獲得了外部專家的一致高度好評(píng)，國(guó)家可再生能源發(fā)電工程質(zhì)量監(jiān)督站常務(wù)副站長(zhǎng)黎揚(yáng)佳評(píng)價(jià)說：“烏東德大壩稱得上是真正意義上的無縫大壩。”

經(jīng)濟(jì)效益方面，僅通過智能通水應(yīng)用即減少工程直接投資1 384萬元，整體帶來的間接進(jìn)度效益約為29 379萬元。

監(jiān)理參與研發(fā)的水泥灌漿智能控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和成套設(shè)備獲得中國(guó)大壩工程學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、水利水電工程水泥灌漿智能控制關(guān)鍵技術(shù)和成套設(shè)備一等獎(jiǎng)；烏東德創(chuàng)新QC小組獲得“水利工程優(yōu)秀質(zhì)量管理小組”稱號(hào)。

4 發(fā)展與展望

“全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時(shí)控制”的水電工程智能信息化管理理念與相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，代表了水電工程智能信息化發(fā)展方向，引領(lǐng)水電工程建設(shè)進(jìn)入智能信息化時(shí)代。智能通水及灌漿模式的探索、成套智能設(shè)備的研發(fā)應(yīng)用、施工全過程信息化管理實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)混凝土溫控、灌漿以及管理模式的全面超越，與國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略“中國(guó)制造轉(zhuǎn)變中國(guó)智造”及工業(yè)4.0智能化發(fā)展大趨勢(shì)及行業(yè)發(fā)展背景不謀而合，實(shí)現(xiàn)水電行業(yè)“智造升級(jí)”，提升我國(guó)水電核心競(jìng)爭(zhēng)力。

隨著智能信息化的發(fā)展，工程建設(shè)各項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)迎來了發(fā)展的機(jī)會(huì)，如何在一些投資大、技術(shù)新的智能化建設(shè)工程中實(shí)現(xiàn)投資、質(zhì)量、進(jìn)度、安全等方面的有效控制，對(duì)工程各參建方人員都提出了極高的專業(yè)技術(shù)和工程管理知識(shí)等方面的要求。

一是工程建設(shè)智能信息化監(jiān)理人員要緊跟科學(xué)技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，加強(qiáng)專業(yè)和工程管理知識(shí)的更新學(xué)習(xí)，以適應(yīng)工程智能信息化發(fā)展監(jiān)理需求；二是具有綜合監(jiān)理資質(zhì)的企業(yè)應(yīng)培養(yǎng)和利用好具有智能信息化資格的監(jiān)理人員，從人員上保障日益擴(kuò)大的智能信息化建設(shè)監(jiān)理任務(wù)；三是監(jiān)理應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目及業(yè)主投資和具體需求，以“量體裁衣、個(gè)性化及差異化配制”為原則，在保留一定發(fā)展空間的基礎(chǔ)上提出合理可行的工程智能信息化解決方案，如體量小、投資少、易開發(fā)、與監(jiān)理工作貼合緊密、兼容性強(qiáng)的智能化生產(chǎn)控制、信息化管理系統(tǒng)的研發(fā)，如智能通水、質(zhì)量安全工程信息化管理平臺(tái)、人員設(shè)備質(zhì)量及安全行為分析和預(yù)警等，擴(kuò)大監(jiān)理服務(wù)范圍，提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

智能信息化工程系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、非單一的管理系統(tǒng)，涉及多個(gè)單位，其中包括建設(shè)管理者、設(shè)備軟件生產(chǎn)商、運(yùn)維管理者等。在智能信息化建設(shè)管理體系中監(jiān)理需協(xié)調(diào)處理好這些關(guān)系，如何確定不同的責(zé)任主體、各自所承擔(dān)的職責(zé)、權(quán)限等問題都需要有詳細(xì)的認(rèn)識(shí)并準(zhǔn)確地加以區(qū)分，以便于更加規(guī)范化地實(shí)施監(jiān)管，并保障體系的有效運(yùn)行。