淺析基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系構建與應用

鄧國民

[上海浦東路橋（集團）有限公司，上海市 201206]

0 引言

大數(shù)據(jù)（big data），也稱海量資料，指的是所涉及資料數(shù)量規(guī)模大到無法通過常規(guī)主流軟件工具掘取、管理、處理和整理成輔助企業(yè)經營決策的有效信息或資料[1]。大數(shù)據(jù)已被廣泛應用于電子商務、傳媒、金融、交通通行、電信、安防、醫(yī)療等領域[2-4]，為相關行業(yè)決策提供重要參考。然而相比前述行業(yè)，整體而言，大數(shù)據(jù)在房屋建筑、公路、市政公用、園林綠化、軌道交通等工程建設行業(yè)的應用，還處于初級階段或局限于某一方面[5-6]，而且以構建工程建設項目信息化管理大數(shù)據(jù)云平臺為主，存儲各種數(shù)據(jù)占主導功能，計算和服務功能相對偏弱。

因此，本文以大數(shù)據(jù)研究與應用成果相對較多的水利工程為例，在概要性闡述大數(shù)據(jù)概念及水利工程大數(shù)據(jù)基礎上，簡要探討與分析了基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系構建，以及基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系應用。希望不僅讓工程行業(yè)人員了解大數(shù)據(jù)在水利工程領域的應用情況與所存在的各種不足，而且有利于從業(yè)人員觸類旁通，積極主動開展大數(shù)據(jù)在各個工程領域的研究與應用工作。

1 大數(shù)據(jù)與水利工程領域大數(shù)據(jù)特點概述

1.1 大數(shù)據(jù)概述

不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)表現(xiàn)出數(shù)據(jù)量大、類型多樣、流轉速度快、價值密度低、復雜和動態(tài)變化性強等鮮明特點（詳見表1），而且基于大數(shù)據(jù)所篩選出的有價值信息可為決策、預測和優(yōu)化流程等提供重要參考依據(jù)。

表1 大數(shù)據(jù)主要特點及具體表現(xiàn)[7]

1.2 水利工程領域大數(shù)據(jù)

伴隨著傳感網(wǎng)絡、射頻、遙感等技術手段不斷發(fā)展，水利工程行業(yè)數(shù)據(jù)信息也不可避免地呈現(xiàn)出爆炸式增長態(tài)勢，大數(shù)據(jù)技術逐步被應用于水利工程領域，并呈現(xiàn)出收集手段多樣化、形式多元化、應用價值量增加等特征，詳見表2。

表2 水利工程領域大數(shù)據(jù)主要特點及具體表現(xiàn)

2 基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系構建

2.1 需求分析

需求是構建基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系的根本原因。目前基于大數(shù)據(jù)的水利工程監(jiān)管體系尚未形成一個標準和統(tǒng)一的定義或概念。在通常情況下，客戶會根據(jù)實際需求打造能夠充分利用大數(shù)據(jù)優(yōu)點的智能化、信息化平臺[8-9]，且實際需求基本上以監(jiān)管為主。對于水利工程監(jiān)管需求，主要圍繞人員、物資、安全、質量、進度等要素在管理功能模塊進行設計、開發(fā)與構建。

（1）考核管理人員。系統(tǒng)統(tǒng)計相關信息，并根據(jù)信息梳理情況，依據(jù)有關考核規(guī)則，給出每個人員的考核情況。

（2）管理物資。系統(tǒng)設計能夠在線進行材料、設備等物資采購、租賃、使用等方面的審批程序。

（3）開展安全、質量、進度、資金、運維等方面的管理。例如，一方面統(tǒng)計項目進度，完成數(shù)量與完成率等；另一方面依據(jù)進度計劃，通過收集的進度監(jiān)控、資源消耗等信息，構建工程進度數(shù)字圖，并識別進度滯后部分，讓管理人員實時精準掌握工程進度狀態(tài)，提醒相關參與人員有效控制進度。又如，既融合安全管理、監(jiān)督、教育、隱患、監(jiān)測等數(shù)據(jù)信息，運用相關評價模型構建出工程實時安全狀態(tài)的數(shù)字模型，實現(xiàn)動態(tài)管控工程安全風險目的，又要求系統(tǒng)設計隱患跟蹤復查功能，確保安全隱患排查效率與效果。再如，融合安全監(jiān)測、水量水質、檢修、調度等信息，利用工程運維大數(shù)據(jù)算法，評估工程水工建筑物、機電設備等的健康狀態(tài)，為工程安全運行提供保障。

此外，為了保障前述各種業(yè)務功能需求高效、高質量地實現(xiàn)，智能監(jiān)管系統(tǒng)還得滿足一些性能需要，如系統(tǒng)計算能力強、受眾面廣、擴展性好、穩(wěn)定可靠性高等。

2.2 體系構建

根據(jù)各種需求設計模塊構建水利大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系，且水利大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系仍然遵循大數(shù)據(jù)的邏輯框架體系，即一般由基礎層、數(shù)據(jù)層、支撐層、業(yè)務層和應用層5 個層級構成。

（1）基礎層。基礎層也稱為感知層，由水利工程項目基礎網(wǎng)絡和傳感感知系統(tǒng)組成?；A層是系統(tǒng)運行的核心，負責收集與處理數(shù)據(jù)信息，如數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)融合。

（2）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層用于存儲與管理數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)共享服務。數(shù)據(jù)[10]包括工程基礎數(shù)據(jù)、水利項目基礎地理與遙感影像等空間數(shù)據(jù)、BIM 數(shù)據(jù)[11]、工程管理數(shù)據(jù)（包括安全管理、進度管理、質量管理、投資管理、生態(tài)監(jiān)測、環(huán)境保護、智慧工地等）、工程監(jiān)測數(shù)據(jù)（包括工程安全監(jiān)測、智慧工地監(jiān)測、質量檢測、施工環(huán)境監(jiān)測等數(shù)據(jù)）、調度運行數(shù)據(jù)（包括調度運行與評價方案、指令、會商成果等數(shù)據(jù)）和過程多媒體數(shù)據(jù)（建設與運行過程中的各類文檔、圖片、視屏等）。

（3）支撐層。支撐層又稱為控制層，包括用戶登錄云平臺身份認證系統(tǒng)、GIS 技術[12]、業(yè)務流程管理等。該層是所有管理功能和用戶指令實現(xiàn)層，系統(tǒng)發(fā)布用戶指令后，傳遞到決策分析系統(tǒng)，并經分析確認后反饋至應用層。

（4）業(yè)務層。業(yè)務層由防控、安全、質量、進度、資金、合同等項目管理各種模塊組成。例如，防控管理以視屏、指紋或人臉識別等為基礎，實現(xiàn)對安防和人員考勤目標。又如，安全管理是針對項目實施過程中的隱患排查、重大危險源、安全實施情況、安全制度等進行管理。再如，監(jiān)督管理以動態(tài)化檢測系統(tǒng)為基礎，對所建設的項目進行全面的動態(tài)監(jiān)督、分析和管理。

（5）應用層。應用層指工程各參與方，即系統(tǒng)應用與服務的權益方，如建設、設計、施工、監(jiān)理、供應商等，對所收到的各類有價值信息進行分析，并實現(xiàn)實時、科學決策和精細管理的終極目標。

3 基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系應用

根據(jù)工程項目建設周期，在水利工程建設的全壽命周期過程中，大數(shù)據(jù)技術的應用可以按以下幾個方面進行：

（1）規(guī)劃設計階段，利用大數(shù)據(jù)技術篩查與提取歷史數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)信息、地面測站數(shù)據(jù)，為工程決策人員了解工程項目所在位置的水文地質、地形地貌、氣象、水流水量等提供參考。與此同時，結合遙感、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等現(xiàn)代技術手段，進一步細化與豐富相關數(shù)據(jù)信息，為項目規(guī)劃設計工程規(guī)模、布置、費用估算、效益評估、環(huán)境影響等提供支持。

（2）施工階段，基于大數(shù)據(jù)技術設計與開發(fā)的監(jiān)管系統(tǒng)對工程準備、開工和施工全過程中的進度、質量、安全、合同、資金、防控等進行全方位動態(tài)監(jiān)管，不僅實時監(jiān)控與分析人員、設備、周圍環(huán)境與工程本身的安全、質量和進度狀態(tài)，還第一時間對安全隱患、質量隱患等做出預警，不僅有效保障建設質量與安全，還減少施工階段各種管理問題[13]。

（3）運營階段，借助大數(shù)據(jù)技術制訂管理方案與目標。與此同時，優(yōu)化管理流程，減少資源消耗，提高對大壩、水閘、河道、渠道等水利工程水資源調節(jié)與分配，提高管理人員的工作效率，實現(xiàn)資源的集約化、合理化和科學化應用。

4 結語

就水利工程而言，基于大數(shù)據(jù)技術所構建的監(jiān)管系統(tǒng)，不僅其數(shù)據(jù)來源類型、框架結構、關聯(lián)方等浩大，而且繁復無序。通過對水利工程中大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系構建與應用進行梳理與分析，可知基于大數(shù)據(jù)的水利工程監(jiān)管體系框架結構與應用還比較宏觀、抽象，或側重于某一方面具體需求，如質量風險管控[14]尚不夠全面、系統(tǒng)和完善。此外，基于大數(shù)據(jù)所構建的水利監(jiān)管體系偏向于被動型信息化管理。

因此，從業(yè)人員后續(xù)仍然需要開展大量關于基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系的研究與應用工作，不斷增設與完善監(jiān)管系統(tǒng)的功能模塊，使大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系更加全面、跨時空、多維度與精細化。而且，未來還應借助更多人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術，提升監(jiān)管體系主動介入能力，而非一味被動式“防守”與應對。