信息化數(shù)字化對(duì)水利施工效率的提升研究

孫巖民， 曹校天

（淮河水利水電開發(fā)有限公司）

1 引言

隨著科技的快速發(fā)展，信息化和數(shù)字化技術(shù)正在深刻地改變各行各業(yè)的運(yùn)作方式，水利工程領(lǐng)域也不例外。作為一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，水利工程的質(zhì)量和效率對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善都有著重要的影響。因此，如何運(yùn)用最新的信息化和數(shù)字化技術(shù)提升水利施工的效率，成為當(dāng)前的重要研究課題。

2 水利施工概述

2.1 水利施工的定義和重要性

水利施工是指通過(guò)各種工程技術(shù)手段，在水資源的開發(fā)、利用和管理過(guò)程中進(jìn)行的各項(xiàng)建設(shè)活動(dòng)，涵蓋了水庫(kù)、水閘、堤防、渠道、排澇設(shè)施等一系列水利基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和維護(hù)。水利施工的重要性不言而喻，水是人類生存和發(fā)展的基本需求，水利施工直接關(guān)系到人們的飲水安全、農(nóng)田灌溉和工業(yè)用水等方面，保障了社會(huì)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展[1]。水利施工對(duì)于防洪防災(zāi)具有重要作用，通過(guò)修筑堤壩和水閘等工程，可以減輕洪水對(duì)人們生活和財(cái)產(chǎn)造成的危害。此外，水利施工還能夠提供可再生的清潔能源，例如水電站的建設(shè)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的能源支持，還與生態(tài)環(huán)境保護(hù)息息相關(guān)，通過(guò)合理的水資源調(diào)控和生態(tài)恢復(fù)工程，可以維護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)的平衡，保護(hù)珍稀瀕危物種和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 傳統(tǒng)水利施工的挑戰(zhàn)和限制

傳統(tǒng)施工方式通常依賴于人力和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備，工程進(jìn)度受限于人力資源的供應(yīng)和機(jī)械設(shè)備的效率，容易導(dǎo)致工期延誤和工程成本增加，對(duì)于工程的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集手段較為有限，無(wú)法實(shí)時(shí)獲取工程進(jìn)展和質(zhì)量狀況的準(zhǔn)確信息，缺乏科學(xué)的決策依據(jù)。同時(shí)，傳統(tǒng)施工過(guò)程中存在著信息傳遞和溝通的不暢，各個(gè)環(huán)節(jié)之間缺乏有效地協(xié)作與配合，導(dǎo)致施工過(guò)程中的誤差和問(wèn)題難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決。傳統(tǒng)施工往往依賴于經(jīng)驗(yàn)和個(gè)體技能，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的管理手段，容易出現(xiàn)施工質(zhì)量不穩(wěn)定和安全風(fēng)險(xiǎn)的隱患，還存在著對(duì)資源的浪費(fèi)和環(huán)境影響的問(wèn)題，例如大量的土石方運(yùn)輸和廢棄物處理，對(duì)環(huán)境造成一定的負(fù)面影響。

2.3 信息化數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用前景

信息化數(shù)字化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建立，通過(guò)傳感器技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，對(duì)施工過(guò)程中的各項(xiàng)指標(biāo)和參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和分析，提供實(shí)時(shí)的工程狀態(tài)和質(zhì)量信息，為決策提供科學(xué)依據(jù)，提高施工效率和質(zhì)量管控水平；虛擬設(shè)計(jì)和建模技術(shù)的應(yīng)用為水利施工帶來(lái)了更精確的設(shè)計(jì)和規(guī)劃能力，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程模型的可視化展示、碰撞檢測(cè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提前發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，減少施工中的變更和糾正成本；自動(dòng)化施工的引入將進(jìn)一步提升施工效率和安全性，自動(dòng)化設(shè)備和工具的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的自動(dòng)化操作，減少人工勞動(dòng)，提高施工速度和準(zhǔn)確性。此外，信息化數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還將推動(dòng)水利施工的數(shù)字化管理和協(xié)同合作，實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的無(wú)縫銜接和信息共享，提高溝通效率和問(wèn)題解決能力，促進(jìn)水利施工的資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，通過(guò)精細(xì)化的資源調(diào)度和優(yōu)化的施工方案，減少土石方運(yùn)輸和廢棄物產(chǎn)生，提高資源利用效率，降低對(duì)環(huán)境的影響[2]。

3 信息化、數(shù)字化技術(shù)在水利施工中的應(yīng)用

3.1 地理信息系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用

在水利工程領(lǐng)域，地理信息系統(tǒng)（GIS）已經(jīng)成為一個(gè)不可或缺的工具。得益于其獨(dú)特的空間數(shù)據(jù)處理和可視化能力，GIS在整個(gè)水利工程周期中發(fā)揮著重要的角色，水利工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)GIS的空間分析和建模功能，工程師可以在早期階段對(duì)項(xiàng)目場(chǎng)地進(jìn)行詳細(xì)的地形地貌、土壤類型、氣候條件等方面的分析，對(duì)于確定工程設(shè)計(jì)，例如選擇最佳的壩址，規(guī)劃排水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)灌溉區(qū)域等，都有著關(guān)鍵性的影響。GIS還能將多種數(shù)據(jù)源整合在一個(gè)可視化的平臺(tái)上，從而使得決策者可以清晰、直觀地理解和評(píng)估各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。施工階段，GIS可以幫助施工隊(duì)伍進(jìn)行更有效的資源管理和調(diào)度，通過(guò)實(shí)時(shí)地理數(shù)據(jù)的收集和分析提供對(duì)施工進(jìn)度的監(jiān)控，幫助施工管理者更好地了解施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)狀況，并及時(shí)調(diào)整資源分配，從而提高施工效率，保證工程質(zhì)量和安全。GIS在水利工程的運(yùn)維和管理階段同樣具有重要的應(yīng)用，能夠記錄和管理工程的所有空間信息，比如灌溉網(wǎng)絡(luò)、閥門位置、管道狀況等，通過(guò)集成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，GIS可以幫助工程管理者發(fā)現(xiàn)潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)，比如管道泄漏、堤壩裂縫等，提前進(jìn)行維修，防止問(wèn)題的進(jìn)一步擴(kuò)大。

3.2 BIM在水利工程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)使得水利工程的設(shè)計(jì)過(guò)程更加高效和精確，BIM可以創(chuàng)建一個(gè)精確的三維模型，包括建筑物的幾何形狀、材料屬性、設(shè)備參數(shù)、成本信息等，全面地信息集成使得設(shè)計(jì)者可以更好地理解和評(píng)估設(shè)計(jì)方案，避免設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和沖突。在施工階段，BIM的優(yōu)勢(shì)同樣明顯。利用BIM，施工團(tuán)隊(duì)可以在施工前對(duì)工程進(jìn)行詳細(xì)地模擬和分析，制定出更優(yōu)的施工計(jì)劃和調(diào)度方案，從而避免施工過(guò)程中的延誤和重復(fù)工作。同時(shí)，BIM也可以提供精確的施工圖紙和工程量清單，避免了傳統(tǒng)手工制作這些文件的繁瑣和不準(zhǔn)確，通過(guò)實(shí)時(shí)更新BIM模型，施工團(tuán)隊(duì)可以監(jiān)控施工進(jìn)度，保證工程的質(zhì)量和安全。BIM模型包含了工程的全生命周期信息，運(yùn)維人員可以利用BIM模型了解和管理工程的各種設(shè)備和設(shè)施，比如泵站、閘門、管道等，迅速定位設(shè)備的位置，獲取設(shè)備的參數(shù)和歷史維護(hù)記錄，提高維護(hù)效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命[3]。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)在水利工程中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和大數(shù)據(jù)在水利工程中的應(yīng)用為此類工程帶來(lái)了前所未有的可能性，這些技術(shù)的使用在優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高施工效率，增強(qiáng)運(yùn)維能力等方面具有極大的潛力。物聯(lián)網(wǎng)是一種新的技術(shù)模式，連接和整合了各種傳感器和設(shè)備，收集和交換數(shù)據(jù)。在水利工程中，物聯(lián)網(wǎng)可以連接各種監(jiān)測(cè)設(shè)備，比如水位計(jì)、流量計(jì)、氣候監(jiān)測(cè)站等，收集大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，幫助工程師更好地掌握工程的實(shí)際狀況。大數(shù)據(jù)則是處理和分析這些大量數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行預(yù)測(cè)和決策支持。在水利工程的設(shè)計(jì)階段，大數(shù)據(jù)可以幫助工程師理解和預(yù)測(cè)氣象變化、水文情況等因素對(duì)工程的影響，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)。此外，物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)也能夠提升水資源管理效率，通過(guò)精確地測(cè)量和分析水的使用情況，可以優(yōu)化水資源的分配，減少水的浪費(fèi)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，可以保護(hù)水資源，提高水的質(zhì)量。

4 信息化、數(shù)字化對(duì)水利施工效率的提升分析

4.1 提高資源管理和調(diào)度的效率

信息化和數(shù)字化讓資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和跟蹤成為可能，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器，可以實(shí)時(shí)獲取工程施工現(xiàn)場(chǎng)的各種信息，包括設(shè)備狀態(tài)、人員動(dòng)態(tài)、材料使用情況等，可以清晰了解對(duì)資源的使用情況，根據(jù)實(shí)際需要及時(shí)調(diào)整資源的分配和使用，提高資源的利用效率[4]。大數(shù)據(jù)和人工智能可以分析水利工程的歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)在不同施工階段對(duì)不同資源的需求，在施工前做好充分的準(zhǔn)備，避免因資源不足而導(dǎo)致的施工延誤，甚至可以實(shí)現(xiàn)對(duì)資源需求的自動(dòng)預(yù)測(cè)和調(diào)度，進(jìn)一步提高效率。云計(jì)算在水利工程施工中的應(yīng)用意味著實(shí)現(xiàn)資源管理的實(shí)時(shí)更新和共享，不論在什么時(shí)間、什么地點(diǎn)，相關(guān)人員都可以通過(guò)手機(jī)或電腦獲取最新的資源信息，參與到資源的管理和決策中來(lái)，這極大地提高了工作的效率和靈活性。通過(guò)數(shù)字化技術(shù)在水利工程施工中的應(yīng)用，可以建立更詳細(xì)、更精確的資源數(shù)據(jù)庫(kù)，包含各種資源的詳細(xì)信息，如設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、工人的技能等級(jí)，材料的來(lái)源和成本等，更全面、更準(zhǔn)確地理解和評(píng)估資源，更科學(xué)、更合理地進(jìn)行資源的管理和調(diào)度。南水北調(diào)工程我國(guó)重大的水利工程，旨在通過(guò)調(diào)水引源解決華北地區(qū)的水資源短缺問(wèn)題，在該工程中建立數(shù)字化的資源數(shù)據(jù)庫(kù)，收集和整理了大量的資源信息，通過(guò)數(shù)字化的方式更新和管理這些資源信息，方便項(xiàng)目管理人員進(jìn)行資源的調(diào)度和使用。數(shù)字化技術(shù)在該項(xiàng)目的施工過(guò)程中提供了實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集的能力，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位和流量，可以及時(shí)調(diào)整水源和水流的調(diào)度，確保工程的順利進(jìn)行，該項(xiàng)目還應(yīng)用了BIM技術(shù)對(duì)輸水管道進(jìn)行模擬和優(yōu)化，避免了施工過(guò)程中的沖突和問(wèn)題，提高了施工效率和質(zhì)量。

4.2 縮短工程周期，提升成本管理效率

信息化和數(shù)字化對(duì)于水利施工效率的提升具有深遠(yuǎn)影響，通過(guò)應(yīng)用信息化和數(shù)字化技術(shù)，可以更加精確地進(jìn)行工程規(guī)劃和設(shè)計(jì)，預(yù)見并解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題，減少了因設(shè)計(jì)問(wèn)題而導(dǎo)致的施工延誤。例如，利用建筑信息模型（BIM）可以在工程開始前進(jìn)行模擬，更早地發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并提前解決，在實(shí)際施工中就能避免時(shí)間的浪費(fèi)，從而縮短工程周期。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控工程的施工進(jìn)度，及時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃和資源調(diào)配，最大程度地提高施工效率，同時(shí)減少了因施工延誤而產(chǎn)生的額外成本。黃河是我國(guó)重要的水利資源，其流域涵蓋了廣大的農(nóng)田和城市。為了更好地管理和利用黃河水資源，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置和保護(hù)，中國(guó)水利部采用了信息化和數(shù)字化技術(shù)來(lái)提升水利工程的效率。例如，在黃河流域開展的水資源調(diào)度工程中，應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和遙感技術(shù)，通過(guò)安裝傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)黃河水位、流量以及水質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)剿康闹笓]中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，為決策提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并利用遙感技術(shù)獲取大范圍的地表水信息，對(duì)水資源進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和評(píng)估。

5 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)和規(guī)劃方面，信息化和數(shù)字化可以更精確地理解和預(yù)測(cè)工程的需求和挑戰(zhàn)，從而作出更科學(xué)、更合理的決策。在施工和管理方面，這些技術(shù)可以更有效地協(xié)調(diào)人員和資源，更準(zhǔn)確地監(jiān)控工作的進(jìn)度和質(zhì)量，從而確保工程的順利完成。隨著信息化和數(shù)字化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，將進(jìn)一步推動(dòng)水利工程的創(chuàng)新和優(yōu)化，借助于現(xiàn)代科技的力量，水利工程施工將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的改善作出更大的貢獻(xiàn)。