關(guān)于水利信息化建設(shè)的思考

庫智亮

（湖北大禹建設(shè)股份有限公司）

1 引言

信息化建設(shè)是現(xiàn)代水利工程建設(shè)的重要構(gòu)成部分，在傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、水利衛(wèi)星通訊站、大數(shù)據(jù)處理方法、現(xiàn)代測繪技術(shù)、水情數(shù)據(jù)庫等配套信息化技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，水利信息化建設(shè)的力度與深度不斷精進(jìn)，水質(zhì)、水量、水位、水情等實時數(shù)據(jù)得以動態(tài)收集與有序組織管理，有力支撐著水利工程地質(zhì)三維模型建立、地表形變監(jiān)測、水質(zhì)污染分析、汛期洪災(zāi)風(fēng)險評估與預(yù)警等綜合研判與水利應(yīng)用，為當(dāng)?shù)厮h(huán)境保護(hù)、水污染防治、水災(zāi)害預(yù)警等提供水利水情大數(shù)據(jù)與多樣化的業(yè)務(wù)功能應(yīng)用，以良好的水利信息化建設(shè)提高水利工程的實質(zhì)性運營效益。水利工程施工涉及碾壓混凝土重力壩、土石壩、弧形閘門等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工過程還需關(guān)聯(lián)農(nóng)村飲水工程、灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造、小農(nóng)水等諸多要素，施工技術(shù)難度較高，是當(dāng)前水利工程建設(shè)面臨的痛點與難點[1]。

2 水利信息化技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 精準(zhǔn)收集數(shù)據(jù)

水利工程建設(shè)有賴于地質(zhì)、地形地貌、水文、氣候以及社會經(jīng)濟(jì)條件等一系列數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在水利工程施工階段，可依托在線液位計、在線SS檢測儀等對工程場區(qū)的雨量、流量、水位、水質(zhì)等水文參數(shù)進(jìn)行在線動態(tài)監(jiān)測與數(shù)據(jù)收集，為水利工程施工組織設(shè)計、施工進(jìn)度管控以及水資源高效利用提供動態(tài)水利數(shù)據(jù)。

2.2 靈活利用數(shù)據(jù)

將信息技術(shù)應(yīng)用到水利工程建設(shè)的施工環(huán)節(jié)中，以數(shù)據(jù)的自動采集、大容量數(shù)據(jù)存取和處理、智能化信息提取、動態(tài)互操作、地理信息系統(tǒng)等為技術(shù)基礎(chǔ)，全面、及時地采集所需數(shù)據(jù)并高效組織與管理。以數(shù)據(jù)為核心，為水利工程建設(shè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用、工藝實施、現(xiàn)場管理、質(zhì)量管控等提供多樣化的功能支持。例如，依托GPS技術(shù)建立水利工程場區(qū)控制網(wǎng)，通過定點點位策略獲取場區(qū)目標(biāo)的精確點位三維空間數(shù)據(jù)，利用計算機(jī)輔助制圖軟件與GIS軟件對水利工程場區(qū)的地形圖、地質(zhì)圖快速矢量化，利用三維建模軟件對場區(qū)地質(zhì)、鉆孔、測井、地球物理數(shù)據(jù)加以綜合，構(gòu)建數(shù)字化三維仿真地質(zhì)體，支持水利工程的地質(zhì)環(huán)境空間數(shù)據(jù)管理、地質(zhì)解譯、地質(zhì)構(gòu)造分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.3 高效管理數(shù)據(jù)

水利工程建設(shè)以及施工管理中涉及諸多數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、工程進(jìn)度數(shù)據(jù)、材料采購數(shù)據(jù)、設(shè)備使用登記數(shù)據(jù)等，利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對上述結(jié)構(gòu)類與非結(jié)構(gòu)類數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，形成對數(shù)據(jù)資源體系的整合共享。在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理方面，可對水庫、河道、控制站、水閘等對象的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，以水閘為例，包括其設(shè)計參數(shù)、泄流能力曲線、工程特性、效益指標(biāo)、閘孔特征值等。在非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理方面，水利工程建設(shè)與運營過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)資料，如設(shè)計圖紙、文件、合同、計劃表單等，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式下圖紙之間難以有效關(guān)聯(lián)，工程施工資料分散在各計算機(jī)系統(tǒng)中，電子資料管理集中度不高，信息共享困難。依托信息化技術(shù)將水利工程建設(shè)與施工的非結(jié)構(gòu)化資料進(jìn)行整合，通過文檔附件實現(xiàn)資料的對應(yīng)式組織與存儲，利用云存儲的大空間對水利工程施工中形成的聲像資料進(jìn)行管理，同時利用權(quán)限設(shè)置與角色分配控制數(shù)據(jù)的管理用戶，有效保障水利工程建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性。

3 傳統(tǒng)水利工程施工管理存在問題分析

3.1 管理機(jī)制不健全

水利工程施工管理應(yīng)以完備的組織體系為基本保障，通過層級分明的水利工程施工質(zhì)量控制責(zé)任制，確保質(zhì)量控制工作與職責(zé)分解到具體責(zé)任人。但當(dāng)前由于水利工程項目涉及溢洪道、站房、節(jié)制閘、進(jìn)水閘、電氣、金屬結(jié)構(gòu)等諸多分部分項，水利工程通常采取總包與分包的管理與施工模式，即由總包單位對水利工程的整體質(zhì)量進(jìn)行控制與把關(guān)，將水利工程按照施工內(nèi)容等進(jìn)行分包，由各分包單位負(fù)責(zé)具體內(nèi)容的施工作業(yè)。在分包制管理模式下，總包單位對工程細(xì)部的現(xiàn)場管理、質(zhì)量審核、進(jìn)度管控力度不夠，而各分包單位施工現(xiàn)場管理的職責(zé)與權(quán)限存在劃分不清、界定不明的模糊性與隨意性，工程施工現(xiàn)場協(xié)同管理、有機(jī)配合程度較低。

3.2 施工前期管理不規(guī)范

水利工程通常采取公開招標(biāo)、邀標(biāo)等方式優(yōu)選施工單位，建設(shè)單位前期編制的施工組織設(shè)計與中標(biāo)后施工單位編制的施工組織設(shè)計會存在一定的差異，施工單位在綜合權(quán)衡自身人力、物力以及施工時間等現(xiàn)實條件下所編制的施工組織設(shè)計難以充分體現(xiàn)建設(shè)單位對水利工程項目管理的職能。同時，施工單位在自身利益的驅(qū)使下，所編制的施工組織設(shè)計方案對水利工程量細(xì)化不足、對施工材料未清晰列明，施工單位在具體材料采購與工程量申報結(jié)算時就可能出現(xiàn)選材濫竽充數(shù)、品控不佳、工程量虛報、質(zhì)量管控?zé)o從抓手等問題，影響水利工程施工質(zhì)量與施工成本。

3.3 工程設(shè)計質(zhì)量與責(zé)任脫節(jié)

水利工程的施工作業(yè)是對工程設(shè)計內(nèi)容的延續(xù)，需要充分徹底的設(shè)計交底工作保障工程設(shè)計與工程施工在信息與數(shù)據(jù)層面的高度共享，切實把控水利工程的施工質(zhì)量。若是施工單位在施工前不注重與設(shè)計單位開展設(shè)計交底工作，其施工作業(yè)的內(nèi)容極有可能與設(shè)計內(nèi)容不符，施工工藝的實施標(biāo)準(zhǔn)也可能因誤差或問題而與設(shè)計單位的預(yù)期設(shè)計產(chǎn)生偏差甚至質(zhì)量問題，進(jìn)而導(dǎo)致工程重新返工與整改。同時，設(shè)計交底不徹底將會導(dǎo)致水利工程施工方與設(shè)計方存在質(zhì)量管控責(zé)任脫節(jié)的問題，質(zhì)量問題出現(xiàn)時易出現(xiàn)推諉扯皮現(xiàn)象，影響水利工程的施工進(jìn)度。

3.4 施工要素管理問題

人員、機(jī)械、材料等均是水利工程施工管理的重要因素，也是水利工程施工管理的重要抓手。如對施工材料采購應(yīng)詳細(xì)記錄采購人、采購量、采購時間、采購單位等數(shù)據(jù)，強(qiáng)化對材料采購的監(jiān)管力度；材料保管也應(yīng)當(dāng)注意儲存場所的布設(shè)，若將待安裝的電氣設(shè)備設(shè)施貯存在濕度較大的環(huán)境下，電氣設(shè)備易受潮，干擾電氣設(shè)備裝置的絕緣性，進(jìn)而為水利工程的電氣安裝管理與后續(xù)投運帶來潛在的安全隱患。施工人員是水利工程施工質(zhì)量控制管理中的具有高度主觀能動性的主體，不少施工單位通常會采用削減項目部管理人員的方式來減少項目建設(shè)成本，或聘用專業(yè)性不足、質(zhì)量管控能力較弱的管理人員參與水利工程施工質(zhì)量控制，導(dǎo)致水利工程施工質(zhì)量管控工作落實不到位。還有不少施工企業(yè)在對施工人員的從業(yè)資格證書等進(jìn)行查驗時審核不嚴(yán)，施工人員的專業(yè)技能不足，或進(jìn)場前對相關(guān)施工人員培訓(xùn)不到位，施工人員在現(xiàn)場澆筑、電氣安裝等施工作業(yè)時均會影響水利工程的施工質(zhì)量。

4 水利信息化建設(shè)在施工中的應(yīng)用

4.1 完善水利工程勘察設(shè)計

將現(xiàn)代信息化技術(shù)應(yīng)用到水利工程施工中，在施工環(huán)境勘察方面，通過點位測設(shè)用于對水利工程所在的目標(biāo)區(qū)域中各個布點的經(jīng)緯度與高程進(jìn)行精準(zhǔn)測量，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行點位連接形成目標(biāo)區(qū)域空間分布圖，據(jù)此分析目標(biāo)區(qū)域的大小與形狀，為水利工程的設(shè)計與施工提供精準(zhǔn)的三維空間坐標(biāo)測繪數(shù)據(jù)?？刂茰y量主要用于對水利工程所在地的地形地貌特征加以精準(zhǔn)測繪與三維刻畫，幫助水利工程的設(shè)計與施工人員提前對施工場地內(nèi)復(fù)雜的地形地貌條件進(jìn)行掌握，以便以此為基礎(chǔ)設(shè)計出更為科學(xué)、合理的水利工程圖紙以及施工組織計劃方案等。在工程設(shè)計方面，可利用BIM技術(shù)對水利工程中各個對象如出水管道、引水渠等進(jìn)行三維仿真建模，對各對象的屬性參數(shù)進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，并利用結(jié)構(gòu)計算與碰撞測試等檢查工程對象設(shè)計中存在的不合理之處并加以參數(shù)調(diào)整，利用良好的屬性圖形關(guān)聯(lián)機(jī)制實現(xiàn)參數(shù)調(diào)整下三維模型的自動渲染與更新，為水利工程設(shè)計方案的優(yōu)化與完善提供技術(shù)支持。

4.2 圖紙會審與技術(shù)交底

在對水利工程對象各構(gòu)件逐一設(shè)計后，可利用BIM技術(shù)對各構(gòu)件三維仿真模型進(jìn)行碰撞測試與錯誤檢查，經(jīng)結(jié)構(gòu)計算與空間分析找到各構(gòu)件拼裝時存在的結(jié)構(gòu)交叉、重疊、碰撞等問題，并通過調(diào)整構(gòu)件三維仿真模型的屬性參數(shù)或空間結(jié)構(gòu)，優(yōu)化構(gòu)件的設(shè)計方案，提高構(gòu)件設(shè)計的合理性與可行性。例如水利工程中的橋墩由樁基、承臺、托盤、頂帽、牛腿、墊石等構(gòu)件組成，在對各構(gòu)件三維建模后，可利用結(jié)構(gòu)分析方法檢測各構(gòu)件的空間結(jié)構(gòu)交叉狀況，幫助設(shè)計人員與施工人員提前規(guī)避構(gòu)件不匹配問題。同時，依托BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)計算分析模型，結(jié)合水利工程的幾何結(jié)構(gòu)、材料等測算出鐵路橋梁的荷載，以便合理利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，量化測算灌漿量，有效控制預(yù)應(yīng)力筋的伸長值在一定閾值范圍內(nèi)。

4.3 把好水利工程施工進(jìn)度與質(zhì)量關(guān)

在水利工程的施工控制階段，在進(jìn)度控制方面，總承包商預(yù)先利用信息化技術(shù)對施工現(xiàn)場進(jìn)行模擬，對WBS施工任務(wù)分解，構(gòu)建施工進(jìn)度管理4D模型并編制總進(jìn)度計劃，將總計劃共享給施工單位，由各參建施工單位自行編制子進(jìn)度計劃與日進(jìn)度計劃；各施工單位預(yù)先在BIM平臺中進(jìn)行三維施工進(jìn)度模擬與技術(shù)交底，并通過實際進(jìn)度與計劃進(jìn)度的對比向總承包商匯總子項目進(jìn)度。水利工程現(xiàn)場技術(shù)人員可以根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化施工工序排布。在現(xiàn)場施工過程中，施工單位需將項目實施進(jìn)度定期錄入到BIM平臺中，通過計劃進(jìn)度與實際進(jìn)度的對比，可直觀向建設(shè)方、監(jiān)理單位等展示施工進(jìn)度，便于其了解工程是否按期施工、施工進(jìn)度是否存在異常、異常原因為何、施工過程中是否存在有待協(xié)調(diào)的難點等。在質(zhì)量控制方面，現(xiàn)代信息技術(shù)的引入與應(yīng)用可有效彌補(bǔ)水利工程施工在人員、材料、機(jī)械設(shè)備等施工要素的管理漏洞，如將原材料采購計劃、采購清單、采購資金等錄入到工程信息管理系統(tǒng)中，有效監(jiān)管原材料的供貨品質(zhì)，通過材料分批檢驗與結(jié)果錄入規(guī)避不合格材料供應(yīng)商繼續(xù)供貨；將所有勞務(wù)人員的資質(zhì)證書、技能憑證、培訓(xùn)情況等錄入到工程信息管理中，確保水利工程的施工人員、管理人員持證上崗，保證水利工程施工質(zhì)量；將水利工程按分部分項設(shè)計施工流程，將施工作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)人員、作業(yè)狀況等完整錄入到工程信息管理系統(tǒng)中，動態(tài)監(jiān)管水利工程施工過程與施工質(zhì)量。同時，總承包商依托管理系統(tǒng)編制項目施工質(zhì)量控制總體計劃，將總計劃共享給施工單位，由各施工單位自行編制施工質(zhì)量控制計劃，構(gòu)建基于質(zhì)量管理的6D系統(tǒng)，經(jīng)質(zhì)量自檢后提交報驗申請表，由總承包商負(fù)責(zé)對申請表進(jìn)行核驗，檢查工程施工質(zhì)量，并聯(lián)合建設(shè)方進(jìn)行施工質(zhì)量檢驗審批。

5 結(jié)語

將信息技術(shù)引入到水利施工中，利用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、GIS技術(shù)、BIM技術(shù)、計算機(jī)輔助制圖軟件等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化與完善水利施工要素管理等工作，實現(xiàn)各參建方的優(yōu)勢互補(bǔ)、聚合放大，提升水利工程施工管理的綜合效果。