水利技術創(chuàng)新對提高水利管理的作用

蔡旭光 廣東省水利水電建設有限公司

興修水利、管理水利的目的是防治水患、合理利用水資源、保護水環(huán)境、改善水生態(tài)，然而粗放式發(fā)展水利只會破壞水資源和水環(huán)境，無法滿足可持續(xù)發(fā)展要求。隨著精細化發(fā)展模式的建立與實踐，保護水環(huán)境、改善水生態(tài)、促進人水和諧成為水利技術創(chuàng)新的動力來源，更成為水利管理能力提升的途徑[1]。在水利工程建設中，存在成本難控制、安全保障不到位、人員素質(zhì)達不到要求等問題，進而影響水利工程建設成效，對水利工程技術進行創(chuàng)新，對水利工程管理進行優(yōu)化，才能為水利工程整體效率提升、建設質(zhì)量保障以及水利工程長久發(fā)展奠定良好基礎[2]。鑒此，本文探討了水利技術創(chuàng)新對提高水利管理的作用。

1.水利技術創(chuàng)新對提高水利管理的作用分析

1.1 水利技術創(chuàng)新可以提高水利管理能力

水利技術創(chuàng)新可以在多方面提高水利管理能力，現(xiàn)以提高水利防災減災能力和水資源保障能力為例。

通過創(chuàng)新水利監(jiān)測預警技術可以提高水利防災減災能力。利用先進傳感技術建立現(xiàn)代化傳感監(jiān)測網(wǎng)可以準確獲取、及時發(fā)布水利災害信息，進而形成快速應急處置機制。例如建立滑坡、泥石流監(jiān)測預警網(wǎng)，通過監(jiān)測上游降雨、地聲、地下水壓力、地面位移等數(shù)據(jù)，及時發(fā)布滑坡、泥石流信號。再如創(chuàng)新堤壩探測技術，利用深穿探地雷達、地層阻抗探測技術、地層溫度掃描儀、水下探測掃描儀以及布設輻射法傳感器等，及時發(fā)現(xiàn)堤壩隱患，從而迅速排除險情。

通過創(chuàng)新水資源管理技術可以提高水資源保障能力。在水資源管理工作中，使瑣碎繁雜的日常管理工作制度化、規(guī)范化、流程化，針對水資源管理中的實際問題制定嚴格的管理制度，規(guī)范水權分配、定額管理，加強總量控制、納污控制，嚴格取水許可、水量分配，明確管理程序，建立技術規(guī)范，可使水資源管理更具科學性和合理性。將水資源管理從末端管控轉(zhuǎn)變?yōu)殚_發(fā)利用的所有環(huán)節(jié)，包括蓄水、取水、供水、用水、排水的全面控制，加強水資源在線監(jiān)測、預報預測、定量評估、優(yōu)化配置，全面、及時、準確、動態(tài)管理水資源，并以信息化技術作為支撐，建立水資源綜合管理信息平臺、水資源綜合決策支持系統(tǒng)、數(shù)字化流域管理體系，從而提高水資源綜合管理能力。

1.2 水利技術創(chuàng)新可以提升水利管理效率

水利管理效率可以理解為在水利管理活動中總投入與總產(chǎn)出之比，總投入越少，總產(chǎn)出越多，管理效率越高。引申開來，應用同樣的人力、物力、財力、時間，取得更好的管理效果，也可稱之為管理效率提升。

以水資源管理為例，不同地區(qū)水資源管理效率存在地理空間差異，經(jīng)濟發(fā)達的東部城市水資源管理效率明顯超過經(jīng)濟相對落后的中西部內(nèi)陸城市，背后的一個重要原因是東部城市水資源管理中的技術創(chuàng)新水平遠高于中西部內(nèi)陸城市，前者不僅建成完善的防洪、排澇、抗旱、供水工程體系，而且廣泛應用水資源管理新技術，例如水資源優(yōu)化配置、節(jié)水技術等，從而使水資源管理效率得到顯著提升[3]，而后者技術創(chuàng)新水平低，水資源配置和管理效率遠不如前者，存在水資源浪費、利用效率低等問題，旱時常缺水，雨季又常發(fā)生洪澇災害。

再以農(nóng)田水利設施管理效率為例。由于農(nóng)田水利設施分布廣，數(shù)量多，專業(yè)管理人員數(shù)量較少，維護、檢修不及時，很多農(nóng)田水利設施就會出現(xiàn)老化、損壞現(xiàn)象，以致無法正常使用。要解決農(nóng)田水利設施管理效率低下的矛盾，除了加強管理，例如健全管理制度、完善組織保障以外，還應創(chuàng)新技術，例如推廣節(jié)水灌溉技術、利用信息化技術監(jiān)控農(nóng)田水利設施等。顯然，通過技術創(chuàng)新可以有效提升農(nóng)田水利設施管理效率。

1.3 水利技術創(chuàng)新可以保障水利管理質(zhì)量

管理質(zhì)量與管理效率涉及兩個不同維度，效率反映了能不能在規(guī)定的時間（引申開來能不能使用盡量少的資源）內(nèi)盡快完成管理任務，質(zhì)量體現(xiàn)了管理的優(yōu)劣程度。如果僅有效率，但管理效果達不到質(zhì)量標準，這樣的效率難以讓人接受；如果質(zhì)量很好，但效率很差，這樣的質(zhì)量也很難令人滿意。想讓質(zhì)量與效率兼得，技術創(chuàng)新是可以考量的途徑。

以BIM技術在水利工程建設管理中的應用為例。采用傳統(tǒng)管理技術，進度、質(zhì)量、成本三個目標是獨立的，有時甚至是沖突的，而采用BIM技術可以將這三項目標都融入到BIM模型中，利用BIM-4D模擬、資源優(yōu)化配置、虛擬現(xiàn)實技術等協(xié)調(diào)三項目標，達到最小投入、準時完工、保證質(zhì)量的效果。本節(jié)重點討論質(zhì)量問題，BIM技術可以在施工圖審核、深化設計、技術交底、工藝質(zhì)量控制、現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)控、竣工驗收質(zhì)量管理、成品質(zhì)量維護等方面發(fā)揮作用，進而保障水利管理質(zhì)量。

2.水利技術創(chuàng)新的途徑與模式

根據(jù)技術創(chuàng)新研究成果[4]，水利技術創(chuàng)新途徑與模式有自主研發(fā)創(chuàng)新、合作研發(fā)創(chuàng)新和其他途徑創(chuàng)新，它們的內(nèi)涵與特征如下：

2.1 自主研發(fā)

自主研發(fā)是指技術創(chuàng)新主體通過自身探索和獨立研發(fā)，形成具有知識產(chǎn)權的技術，其創(chuàng)新具有以下特征：一是內(nèi)生性。技術創(chuàng)新不依賴外部支持，完全憑借自身努力和獨立研發(fā)取得技術突破，在技術突破后知識與能力的支持也需要自主進行，這就是自主研發(fā)創(chuàng)新的內(nèi)生性。二是高風險性。先進技術的獲得從來不是輕而易舉，尤其要完全依靠自身力量，所以研發(fā)難度高，而且隨著創(chuàng)新成果的傳播，技術創(chuàng)新周期縮短，所以自主研發(fā)創(chuàng)新具有較高的風險性。三是復雜性。在自主研發(fā)創(chuàng)新過程中創(chuàng)新主體要投入大量的時間、財力，必須等到創(chuàng)新績效提高到足以抵消投入成本地步，作用時間更長、過程更復雜。四是超前性。創(chuàng)新主體對市場預期必須超前，否則研發(fā)成功時已成為落后技術，研發(fā)的付出也失去意義，所以對于市場的預測必須有一定的超前性，才能指導研發(fā)進程和未來發(fā)展。

2.2 合作研發(fā)

通過與技術先進的企業(yè)、科研院所等合作，依托外部知識實現(xiàn)技術創(chuàng)新，例如委托開發(fā)技術、產(chǎn)學研合作等，這種創(chuàng)新模式具有以下特征：一是技術創(chuàng)新主體多元化。具備先進知識的企業(yè)、科研院所非常多，某種技術并不限于一家企業(yè)或一所科研單位所有，隨著知識格局變化，創(chuàng)新要素愈加分散，呈現(xiàn)創(chuàng)新主體多元化趨勢。二是風險分攤。由于創(chuàng)新主體的多元化，借助外部知識研發(fā)合作，風險成本不由一家企業(yè)或一所科研機構(gòu)獨自承擔，而是相互合作各方共同分攤，因此對于其中一方而言風險相對降低了。三是優(yōu)勢互補。在合作創(chuàng)新的各方之間，各具特長和優(yōu)勢，例如企業(yè)方生產(chǎn)應用經(jīng)驗豐富，與用戶市場聯(lián)系緊密，科研機構(gòu)研發(fā)力量雄厚，掌握較多的前沿知識，各方在合作過程中可以吸收自己欠缺的知識，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，從而提高創(chuàng)新績效。四是資源共享。研發(fā)各方一旦達成合作關系，創(chuàng)新所需技術、人力、財力等會成為共享資源，難以為一方所獨占。資源的共享降低了創(chuàng)新風險，彌補了各方的不足。

2.3 其他途徑

其他途徑技術創(chuàng)新包括通過引進技術、購買國內(nèi)技術、消化吸收、技術改造等途徑創(chuàng)新技術。引進技術是指從國外購買設備、工藝、專利等，使技術創(chuàng)新主體快速擁有先進技術。購買國內(nèi)技術是指從國內(nèi)企業(yè)、科研院所等單位購買先進技術（專利、工藝、設備等）。消化吸收是指在引進技術的基礎上進行復制、翻譯、應用等，廣義上包括對現(xiàn)有知識成果的吸收、利用等。技術改造是指利用先進技術（設備、工藝、產(chǎn)品等）改造落后的技術。上述創(chuàng)新途徑的主要特征如下：一是創(chuàng)新形式多樣化，包括直接應用、模仿、反求、集成、整合等多種形式。二是創(chuàng)新周期短。與自主研發(fā)、合作研發(fā)相比，主要基于成熟技術的吸收利用，所以創(chuàng)新周期短。三是依賴性較強。因為周期短、見效快、選擇多且易實現(xiàn)創(chuàng)新，所以易形成路徑依賴。

水利行業(yè)自主研發(fā)創(chuàng)新率較低，合作研發(fā)創(chuàng)新率也不是很高，大量的技術創(chuàng)新屬于研發(fā)創(chuàng)新以外的其他途徑。以專利申請（包含發(fā)明公布、發(fā)明授權、實用新型和外觀設計）為例，從1987年～2022年中國專利公布的包含“水利”的專利共有7961項，年均不過200多項，由此可見自主研發(fā)創(chuàng)新率之低。

3.水利技術創(chuàng)新提高水利管理能力的案例

3.1 云平臺技術

云平臺是基于云計算的平臺，云計算是一種新型計算方式，應用了大規(guī)模分布式計算、虛擬技術，借助互聯(lián)網(wǎng)資源實現(xiàn)資源的高效利用。以水利集團及分公司的云平臺為例。在應用云平臺技術以前，雖然也應用了信息化管理技術，但并沒有覆蓋工程管理的全生命周期，也沒有實現(xiàn)信息一體化，所謂信息化只能滿足日常辦公需要。開發(fā)應用云平臺技術以后，集團公司、分公司、項目部都能在云平臺下開展統(tǒng)一的業(yè)務管理，公司領導可以時刻監(jiān)控項目進展。所有相關業(yè)務都能串聯(lián)起來，徹底消除了信息孤島。從預算編制、計劃制定到項目執(zhí)行，資金流向非常清楚，大大提升了資金運轉(zhuǎn)效率，進而降低了運行成本。云平臺集成了現(xiàn)代項目管理工具，非常方便開展進度管理、質(zhì)量管理和成本管理。文件審批實現(xiàn)完全線上操作，節(jié)約了紙張打印費用，也明顯減少了業(yè)務往來的交通費用。開展了多項綠色工地項目，降低了辦公成本、人力成本、物力成本。所有文件都可以在云端存儲，不存在以往找不到或找不全文件的窘境。所有審批環(huán)節(jié)都能查到記錄，責任清晰，分工明確，使水利工程建設實現(xiàn)精細化、標準化和全面信息化，集團公司水利管理水平也從中下提升至良。

3.2 BIM技術

在水利工程施工中會面對各種風險，如果防范措施不到位會釀成各類安全事故，給施工方帶來難以忽視的損失，但傳統(tǒng)安全管理對于危險源的識別并不完善，在識別過程中常發(fā)生遺漏現(xiàn)象，從而使安全管理難度上升。BIM技術的三維可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性特點，使其能用于工程項目的全生命周期，從設計、施工到運營都可以發(fā)揮作用。BIM技術對于危險源的識別，通過整合水利工程施工中各類安全事故數(shù)據(jù)，構(gòu)建危險源標準參數(shù)和防控信息數(shù)據(jù)庫。然后利用虛擬現(xiàn)實技術模擬施工中的事故場景，例如高處墜落、物體打擊、坍塌等，施工人員通過親身體驗必然提升安全意識，從而在實際施工中更自覺地遵守安全規(guī)程，進而減少事故發(fā)生。設計不當是一些安全事故發(fā)生的重要原因，例如管線、設備間沖突，利用BIM技術的碰撞、沖突檢查功能，能及時排除此類安全隱患，從而提前修改和完善設計。漫游檢查是BIM技術另一項識別危險源的利器，該功能可以將危險源引發(fā)的事故場景以動畫形式展現(xiàn)出來，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術，讓施工人員更深切地體驗事故過程，例如邊坡坍塌過程?？傊?，應用BIM技術是對傳統(tǒng)安全管理技術的創(chuàng)新，能顯著提升安全管理能力。

3.3 3S技術

3 S 技術是指將全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感技術（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）整合為高效的數(shù)字化管理系統(tǒng)。實際上，在3S技術中還包含現(xiàn)代通信等技術?，F(xiàn)以3S技術優(yōu)化流域水資源配置為例。采用傳統(tǒng)技術管理水資源效率低、難度大，難以兼顧公平性與效率，應用3S技術管理水資源此類問題迎刃而解。以3S技術用于農(nóng)業(yè)水資源管理為例，首先利用遙感技術提取流域土地信息和農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。再對數(shù)據(jù)信息進行分類處理，例如分為森林、果園、水田、旱田、草地、河流水面、灘涂、道路、建設用地等。再根據(jù)流域水平衡原理通過遙感反演流域下墊面蒸發(fā)量，結(jié)合流域氣象數(shù)據(jù)得到各類土地的耗水量數(shù)據(jù)。按照可持續(xù)發(fā)展原則，通過調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、減少無效蒸發(fā)、推廣高效水肥技術等措施優(yōu)化配置農(nóng)業(yè)水資源，從而使水資源得到合理配置和利用，可見在水資源管理中創(chuàng)新管理技術可以提升水資源管理能力。

4.結(jié)語

創(chuàng)新水利技術有利于提高水利管理能力，這已為水利管理實踐所證實，然而文獻對水利技術創(chuàng)新途徑的研究較少，本文結(jié)合技術創(chuàng)新理論分析了水利技術創(chuàng)新的途徑與模式，彌補了這方面的不足，尤其是結(jié)合云平臺技術、BIM技術、3S技術應用案例很好地詮釋了水利技術創(chuàng)新對提高水利管理的作用。