數(shù)字化技術(shù)在新集水電站建設(shè)管理中的應(yīng)用

摘要：為探索數(shù)字化智能技術(shù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用，以在建的湖北新集水電站智慧工程項目為例，從實施方案規(guī)劃和施工實時監(jiān)控、項目資源與勞務(wù)管理、進度計劃控制和優(yōu)化、施工質(zhì)量控制與檢測、施工安全監(jiān)管、施工建設(shè)投資控制等方面介紹了數(shù)字化智能技術(shù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用，分析了應(yīng)用該技術(shù)時存在的數(shù)字化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)缺乏、受現(xiàn)行工程監(jiān)管制度制約、智慧工程建設(shè)效益不明顯等問題，并提出了推動水利工程建設(shè)管理向數(shù)字化智慧化轉(zhuǎn)型應(yīng)用的建議。

關(guān)鍵詞：水利水電工程； 智慧工程； 數(shù)字化管理; 新集水電站

中圖法分類號：TV736

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.020

文章編號：1006-0081（2024）S1-0076-03

0 引 言

隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化智能技術(shù)如人工智能、大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)等已經(jīng)成為改變傳統(tǒng)管理方式的重要工具。目前，國內(nèi)工程建設(shè)行業(yè)在智慧工程理論研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了一系列的進展，如技術(shù)手段、理論框架、模型與算法等方面。然而，智慧工程的實踐應(yīng)用仍存在不足。

本文以湖北新集水電站智慧工程項目為例，介紹數(shù)字化智能技術(shù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用，包括實施方案規(guī)劃和施工實時監(jiān)控、項目資源與勞務(wù)管理、施工質(zhì)量控制與檢測、施工安全監(jiān)管和施工建設(shè)投資控制等。對當(dāng)前智慧工程在水利工程行業(yè)中的應(yīng)用所面臨的挑戰(zhàn)和局限性進行了探討分析，提出了推動水利工程建設(shè)管理向數(shù)字化智慧化轉(zhuǎn)型應(yīng)用的建議。本文旨在鼓勵建設(shè)方及各行業(yè)共同參與推進數(shù)字化建設(shè)，解決智慧工程應(yīng)用中的現(xiàn)實問題，推進智慧工程行業(yè)應(yīng)用全面落地。

1 數(shù)字化技術(shù)在水利工程建設(shè)管理中的運用

1.1 工程案例應(yīng)用

近年來新建水利工程項目已經(jīng)開始嘗試把信息化技術(shù)運用到項目建設(shè)、管理和運行維護當(dāng)中，工程建設(shè)數(shù)字化管理成為時代發(fā)展的必然趨勢。當(dāng)前水利行業(yè)中數(shù)字化技術(shù)在建設(shè)管理中的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著進展，為提高工作效率、優(yōu)化資源配置和應(yīng)對風(fēng)險提供了強有力的支持。

湖北新集水電站自工程建設(shè)之初，就開展了數(shù)字化智慧工程管理系統(tǒng)建設(shè)，借助于GIS+BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G技術(shù)、數(shù)據(jù)智能分析處理技術(shù)等，集成融合進度管理、質(zhì)量管理、安全管理、合同管理、勞務(wù)實名制管理功能模塊，構(gòu)建形成“智慧工程”的數(shù)字化系統(tǒng)平臺［1］。智慧工程管理系統(tǒng)投用服務(wù)后，工程管理水平得到提升，取得了一定成效。湖北漢江新集水電站項目智慧工程管理系統(tǒng)界面詳見圖1、智慧工程BIM和施工管理模塊詳見圖2。

1.2 數(shù)字化建設(shè)工程的關(guān)鍵應(yīng)用

在水利工程的建設(shè)期，智慧工程技術(shù)可以提高施工的效率、質(zhì)量和安全性，減少資源浪費和成本損失。對提供實時數(shù)據(jù)和決策支持有不可替代的優(yōu)勢，幫助項目管理人員做出明智的決策，進而推動水利工程建設(shè)的順利進行。

1.2.1 實施方案規(guī)劃和施工實時監(jiān)控

智慧工程數(shù)字化BIM三維模型建立后，可以通過BIM技術(shù)模擬和預(yù)測施工過程，清晰直觀顯示設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)物、臨時設(shè)施、管線和設(shè)備在不同施工階段變化，輔助管理者進行實施方案總體規(guī)劃。根據(jù)各階段不同時期三維模型數(shù)據(jù)，合理安排物質(zhì)運輸路線，布置施工設(shè)備，優(yōu)化施工方案，提前發(fā)現(xiàn)并解決可能存在的沖突與問題。有助于提高施工效率、減少施工風(fēng)險，并為項目的順利進行奠定堅實的基礎(chǔ)。

數(shù)字化技術(shù)為水利行業(yè)的建設(shè)管理提供了更精確、實時的數(shù)據(jù)采集和分析功能。通過傳感器、遙感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等手段，水利工程可以實現(xiàn)對質(zhì)量、安全、進度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和采集。通過建立的智慧平臺數(shù)據(jù)計算、分析，在GIS+BIM數(shù)字模型中標(biāo)示發(fā)現(xiàn)的工程亮點、潛在的問題或風(fēng)險，為建設(shè)管理者及時提供準(zhǔn)確的參考依據(jù)，幫助其做出科學(xué)決策，提高施工效率［2］。

1.2.2 項目資源與勞務(wù)管理

利用智能設(shè)備標(biāo)記追蹤施工材料的運輸、存儲和使用情況，可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)實時監(jiān)測和管理，從而減少材料的浪費和損失，并提高材料調(diào)度、加快材料供應(yīng)管理的效率。通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，還可以幫助項目管理者更準(zhǔn)確地預(yù)測和分配資源需求，包括材料、設(shè)備和勞務(wù)人員。此外，通過人臉識別技術(shù)識別進入工區(qū)的勞務(wù)人員信息，可實時記錄投入的勞務(wù)人數(shù)和在現(xiàn)場工作的時長。通過詳細(xì)分析不同作業(yè)面和資源組合下的任務(wù)完成進度，可協(xié)助管理者進行勞務(wù)用工資源的合理調(diào)配，對勞務(wù)人員的出勤進行考核，為勞務(wù)人員工資結(jié)算提供真實的考勤依據(jù)，避免勞務(wù)糾紛。

1.2.3 進度計劃控制和優(yōu)化

支持施工進度計劃軟件與BIM三維模型進行關(guān)聯(lián)，可形象化展示實際項目建設(shè)進展，通過與項目計劃進行對比，直觀地看出工程進度偏差，并協(xié)助管理人員進行整體協(xié)調(diào)和資源調(diào)配，合理制訂趕工措施計劃。通過結(jié)合智慧平臺BIM三維模型和系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，計算不同時期完成的工程量，預(yù)測勞務(wù)用工、物資等需求，以優(yōu)化施工進度計劃和資源分配，從而提高施工效率，并確保工程按計劃按期實施。

1.2.4 施工質(zhì)量控制與檢測

利用便攜式和多樣化的輸入設(shè)備和傳感器進行數(shù)據(jù)采集，能夠快速獲取工程的實際情況。例如，智能灌漿模塊可以實時收集關(guān)鍵質(zhì)量數(shù)據(jù)，如灌漿壓力、灌漿流量和漿液密度；混凝土溫控模塊可以監(jiān)測大體積混凝土的溫度變化；試驗檢測數(shù)據(jù)和工程質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)可以通過手機平板應(yīng)用程序快速上傳。海量數(shù)據(jù)自動上傳數(shù)字平臺后，系統(tǒng)會按程序自動與設(shè)計模型進行比對，能夠及時發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題和潛在風(fēng)險、發(fā)出預(yù)判警告通知，促使質(zhì)量控制更準(zhǔn)確、更高效。

1.2.5 施工安全監(jiān)管

在工程建設(shè)期間，從安全需求的角度，利用設(shè)備安全監(jiān)測模塊、建筑物安全運行監(jiān)測模塊，通過智能監(jiān)測設(shè)備、傳感器和視頻監(jiān)控等技術(shù)，實時監(jiān)測設(shè)備和建筑物的運行數(shù)據(jù)，例如起重吊裝設(shè)備的限位傳感器、傾角傳感器能夠收集吊裝設(shè)備的安全運行工況，建筑鋼筋應(yīng)力計、水平位移計、沉降儀能夠收集建筑物運行數(shù)據(jù)，分析投用前后數(shù)據(jù)，確保工程安全［3］。通過危險區(qū)域的視頻監(jiān)控模塊、安全隱患檢查整改跟蹤模塊、安全教育培訓(xùn)模塊，輔助管理者督促現(xiàn)場一線員工做好日常安全工作，提升安全管理水平。

1.2.6 施工建設(shè)投資控制

通過BIM數(shù)字模型與合同管理模板的集成，能夠?qū)崿F(xiàn)投資預(yù)算的精細(xì)管理，從已建立三維模型快速精確得出各部位的具體工程量，如混凝土、管道、填筑的工程量，大大減少經(jīng)營人員的投入，提高合同管理效率［4］。能夠?qū)崟r追蹤和記錄工程過程中的合同變更情況，并將變動的成本與原始合同預(yù)算進行對比，從而及時進行資金風(fēng)險預(yù)警。

2 存在的問題

2.1 數(shù)字化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)缺乏

智慧工程建設(shè)涉及多個領(lǐng)域的技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等［5］。當(dāng)前缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這導(dǎo)致了數(shù)據(jù)集成和共享變得非常困難。在工程數(shù)字化建設(shè)過程中，需要將來自不同企業(yè)、不同階段和不同設(shè)備的數(shù)據(jù)進行集成和共享，以實現(xiàn)全面的協(xié)同工作和信息共享。然而，由于缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不同系統(tǒng)之間存在數(shù)據(jù)格式和接口的差異，這使得數(shù)據(jù)交換和整合變得復(fù)雜且困難［6］。不僅增加了系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的成本，還增加了人員在不同系統(tǒng)之間進行切換和學(xué)習(xí)的成本。

因此，為推動工程數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展，建立統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是至關(guān)重要的。這需要各行業(yè)、企業(yè)和研究機構(gòu)共同努力，通過合作和共享經(jīng)驗，制定和推廣適用的數(shù)據(jù)格式、接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)模型和工作流程等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互通和集成，提高工程數(shù)字化建設(shè)的效率和質(zhì)量。

2.2 現(xiàn)行工程監(jiān)管制度制約

通過電子文件歸檔，可以實現(xiàn)信息的數(shù)字化存儲和管理，將紙質(zhì)文件轉(zhuǎn)化為電子文件，從而實現(xiàn)了便利和高效的文件獲取、檢索和共享。一旦完成數(shù)字化系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)，將為參與項目的各方提供一個方便的信息共享和協(xié)同工作平臺。在項目建設(shè)過程中，工程文件通過該平臺進行流轉(zhuǎn)、審批和云存儲，實現(xiàn)了實時的信息溝通和協(xié)同辦公。這有助于加強各方之間的合作和溝通，提高項目的工作效率和產(chǎn)出質(zhì)量。然而，在現(xiàn)行工程管理制度下，作為政府監(jiān)管部門，進行工程建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督檢查、工程驗收時，通常仍執(zhí)行紙制文件流轉(zhuǎn)簽章存檔的規(guī)定，限制了智慧工程建設(shè)的進一步創(chuàng)新和進步。

因此，需要盡快落實工程建設(shè)電子文件歸檔工作的相關(guān)規(guī)定，為智能建設(shè)工程的信息化和數(shù)字化提供基礎(chǔ)保障。

2.3 智慧工程建設(shè)效益不易顯現(xiàn)

智慧工程建設(shè)需要在工程的前期階段進行計劃和部署，通常需要投入大量的資金用于技術(shù)設(shè)備、系統(tǒng)集成和人員培訓(xùn)等方面，但是在這個階段獲取明顯的效益相對困難。此外，建設(shè)單位通常是智慧工程的出資方，承擔(dān)項目資金投入和資金來源的責(zé)任。智慧工程功能性開發(fā)主要以滿足建設(shè)單位的管理需求為主，但現(xiàn)行體制下工程管理責(zé)任已經(jīng)部分委托項目管理單位、監(jiān)理單位承擔(dān)，導(dǎo)致建設(shè)單位缺少智慧工程建設(shè)動力。施工單位在工程實施過程中往往屬于被動投入的角色，主要負(fù)責(zé)按照要求進行施工、數(shù)據(jù)采集，沒有直接從智慧工程系統(tǒng)中獲得經(jīng)濟收益，還需付出額外的投入和成本支出。

因此，在推廣數(shù)字化工程建設(shè)方面，政府部門應(yīng)加大政策支持和規(guī)范引導(dǎo)，鼓勵各參建單位積極參與智慧工程建設(shè)，實現(xiàn)合作共贏，共同分享智慧工程所帶來的效益。

3 水利工程建設(shè)數(shù)字化技術(shù)發(fā)展展望

數(shù)字經(jīng)濟已成為經(jīng)濟發(fā)展新引擎，國務(wù)院印發(fā)的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》明確指出，數(shù)字經(jīng)濟是繼農(nóng)業(yè)經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟之后的主要經(jīng)濟形態(tài)，智能建設(shè)技術(shù)在水利工程建設(shè)領(lǐng)域的前景十分廣闊。

（1） 多源數(shù)據(jù)整合與分析。水利工程建設(shè)行業(yè)未來將面臨來自各種傳感器、監(jiān)測設(shè)備和遙感數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。為了有效應(yīng)對大量且多樣化的數(shù)據(jù)，數(shù)字化技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用，幫助整合和處理這些信息［7］。通過采用先進的數(shù)據(jù)整合和分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對水資源、水文、水質(zhì)和水位等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確監(jiān)測和預(yù)測，從而為水利工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

（2） 虛擬仿真和建模。數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展將推動水利工程建設(shè)行業(yè)朝著虛擬仿真和建模方向邁進。通過建立三維數(shù)字模型，可以實現(xiàn)對工程施工、水庫調(diào)度和災(zāi)害風(fēng)險評估等方面的仿真和模擬［8］。這將有助于事前發(fā)現(xiàn)潛在問題、優(yōu)化工程設(shè)計，并提供培訓(xùn)和演練的平臺，提升工程的可靠性和安全性。

（3） 創(chuàng)新建設(shè)管理模式。智能建設(shè)技術(shù)為水利工程建設(shè)帶來了新的管理模式和服務(wù)方式。例如，基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的水務(wù)管理平臺可以提供綜合管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能決策等功能，為水利工程提供全方位的支持和服務(wù)。

（4） 高效協(xié)同和信息共享。數(shù)字化技術(shù)將促進水利工程建設(shè)行業(yè)內(nèi)外的高效協(xié)同和信息共享。通

過建立數(shù)字化平臺和云端存儲技術(shù)，水利工程建設(shè)的各個部門、企業(yè)和參與者可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享、工作協(xié)同和項目管理，從而提高溝通效率、減少信息障礙，并促進水利工程建設(shè)的整體協(xié)調(diào)和一體化發(fā)展。

（5） 智能化運維管理。數(shù)字化技術(shù)將在水利工程的運維管理中發(fā)揮重要的作用。借助物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，智能化運維管理可以實現(xiàn)對水利設(shè)施和設(shè)備的智能監(jiān)測、故障預(yù)警和遠(yuǎn)程操作［9］。通過這種方式，工程運維的效率和可靠性將被大幅提升，事故風(fēng)險也將降低，同時還能減少人力資源和維護成本的投入。

4 結(jié) 語

通過數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，建設(shè)過程中的信息管理和決策支持水平得以改善和提升。通過將各種數(shù)據(jù)和信息集成到統(tǒng)一的平臺上，能夠?qū)崟r跟蹤和分析工程進度、質(zhì)量和成本等關(guān)鍵指標(biāo)。這為管理者提供了更準(zhǔn)確、及時的決策支持，降低了建設(shè)過程中的風(fēng)險和不確定性。水利工程數(shù)字化智慧工程技術(shù)仍然需要在技術(shù)研發(fā)、人才培養(yǎng)、政策支持和合作共享等方面進一步加強，以實現(xiàn)智慧工程的全面應(yīng)用，促進水利工程的可持續(xù)發(fā)展和高效管理。

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