長距離引水工程信息系統(tǒng)建設(shè)必要性的探索

文 雯

近年來，隨著我國水利工程建設(shè)的不斷推進(jìn)，長距離引調(diào)水工程已經(jīng)成為了解決我國水資源分布不均的有效手段，同時隨著工程項目管理理論的不斷發(fā)展以及專業(yè)人員實踐管理經(jīng)驗的不斷豐富，我國的工程項目建設(shè)管理水平也在不斷提高。然而，長距離引水工程由于輸水線路長、工程規(guī)模大，區(qū)域跨度大、地質(zhì)條件復(fù)雜、建筑形式多樣等諸多特點，導(dǎo)致了工程的投資高、建設(shè)周期長、參建單位眾多、條件復(fù)雜，使工程在建設(shè)管理中遇到了許多的問題。

1 傳統(tǒng)工程建設(shè)管理存在的普遍問題

（1）參建單位的工作人員綜合素質(zhì)參差不齊，項目具體實施的過程中執(zhí)行制度規(guī)范的意識淡薄，再加上監(jiān)督管理的不到位，最終導(dǎo)致項目建設(shè)管理的規(guī)范性無法得到有效的保證。

（2）由于工程建設(shè)管理的復(fù)雜性，為了項目能夠順利實施，相關(guān)的管理人員需要在統(tǒng)籌兼顧，綜合考慮各種影響的因素的情況下制定出合理的計劃。然而，即使制定出了合適的計劃，隨著工程的進(jìn)行，實際情況難以避免地會與預(yù)先制定的實施計劃發(fā)生偏差，而調(diào)整計劃的難度又比較大，所以工程的計劃勢必會失去控制作用。

（3）工程在建設(shè)管理過程中產(chǎn)生的大量信息無法進(jìn)行及時、有效地共享和交換，這些信息直接關(guān)系到工程項目建設(shè)管理的效率和決策的科學(xué)性。在傳統(tǒng)的項目管理方式下，各個階段的參與方只為本階段的工程建設(shè)管理目標(biāo)服務(wù)。因此，項目的各個階段之間和各參與方之間缺乏足夠的溝通和交流，一旦信息發(fā)生變更，難以保證信息能夠及時地傳達(dá)到相關(guān)的參與方，導(dǎo)致工程信息不能夠及時、有效地傳遞，最終形成“信息孤島”。

2 信息系統(tǒng)在工程建設(shè)管理應(yīng)用中必要性

2.1 規(guī)范化、協(xié)同化管理的需要

長距離引調(diào)水工程覆蓋范圍大，具有管理機(jī)構(gòu)地域分布廣、多層級、管理內(nèi)容復(fù)雜的特點。傳統(tǒng)的項目管理方式因信息交互、存儲和分析手段的落后，導(dǎo)致項目管理效率較低，各方協(xié)調(diào)難度巨大。因此，需要搭建一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化管理平臺，通過扁平化的信息交互方式進(jìn)行業(yè)務(wù)交互，消除信息孤島，從而滿足建設(shè)和運行過程中不同層級參與者的信息需求和功能需求，保障整個工程管理的高效有序。

2.2 移動化、精細(xì)化管理的需要

長距離引調(diào)水工程地域廣，人員流動性強(qiáng)，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，傳統(tǒng)信息采集方式下信息的真實性、完整性、時效性和可追溯性難以保障。通過信息系統(tǒng)建設(shè)，可極大地實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享、多方面科學(xué)應(yīng)用，結(jié)合手機(jī)APP 等工具所具有的拍照、語音、錄像、身份識別、GPS 定位、無線傳輸?shù)裙δ埽瑢崿F(xiàn)工程信息的實時采集、直觀查詢、快速發(fā)布和高度共享，使建設(shè)和運行管理人員能夠靈活、方便地掌握工程動態(tài)，處理相關(guān)業(yè)務(wù)，提高管理效率和精細(xì)化管理水平。

2.3 自動化、智能化管理的需要

長距離引調(diào)水工程范圍內(nèi)天氣情況多變、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生山洪、崩塌、滑坡、泥石流等各類地質(zhì)災(zāi)害，威脅渠道、渡槽等建筑物的安全。因此，需要借助安全監(jiān)測自動化技術(shù)與GIS 專題圖表達(dá)技術(shù)，圍繞施工期及運行期的地質(zhì)災(zāi)害、水土流失、建筑物安全等情況進(jìn)行監(jiān)測與預(yù)警，為工程施工和運行安全提供信息保障；同時，當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時，可快速定位災(zāi)害發(fā)生位置，為應(yīng)急響應(yīng)提供決策依據(jù)，減少突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害對工程造成的損害。

2.4 工程全生命周期管理的需要

工程在全生命周期中的每個階段都會產(chǎn)生大量形式不一的信息，其中包含了大量非結(jié)構(gòu)化信息，導(dǎo)致資料管理的可操作性差，缺乏重用性和交互性。利用GIS 和BIM 技術(shù)進(jìn)行信息交換，把三維模型信息與文檔集成處理，通過各種類型的檢索、查詢與圖文或者多媒體表現(xiàn)，為工程建設(shè)和運行各個階段各個層次的管理人員提供便捷的知識服務(wù)，對工程建設(shè)的監(jiān)管、竣工驗收資料的歸檔以及今后的運維管理等工程全生命周期管理具有十分重要的意義。

3 信息系統(tǒng)在工程建設(shè)管理應(yīng)用中展望

為保障國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，水利部提出了“從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利、可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變”的治水思路，要求水利建設(shè)應(yīng)更加重視對水資源的開發(fā)、利用、節(jié)約、保護(hù)和配置。

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的不斷提升，長距離引水工程在地方水利、供水系統(tǒng)中的作用日益增加。面對這樣一個個由多個大型水利工程組合起來的超級系統(tǒng)工程，可以通過結(jié)合創(chuàng)新性管理理念，以解決建設(shè)管理精準(zhǔn)、實時、高效為目標(biāo)，將信息化建設(shè)與工程建設(shè)同步并行，最大限度地監(jiān)管和控制管理工程建設(shè)期和運維期，給引水工程提供安全和質(zhì)量保障。

3.1 全生命期期管理

通過實施信息化基礎(chǔ)建設(shè)和制造標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、流程規(guī)范、業(yè)務(wù)量化的工程管控系統(tǒng)，形成全面感知、全面數(shù)字、全面互聯(lián)、全面存儲的管理形態(tài)，實現(xiàn)從發(fā)展規(guī)劃、項目立項、前期設(shè)計、建設(shè)實施、竣工驗收、移交運營到工程壽命終止的全階段、全周期管理。

基于BIM 技術(shù)[1]和GIS 技術(shù)[2]的集成應(yīng)用[3-5]，可以協(xié)助引水工程的建設(shè)管理人員對工程進(jìn)行全生命周期的管理與運維。在設(shè)計階段，利用BIM+GIS 融合技術(shù)，在三維場景下快速實現(xiàn)施工場地布置、渣場料場布置、地形分析模擬；在施工階段，通過BIM 系統(tǒng)平臺，集成多專業(yè)（主體、樞紐、機(jī)電及金屬、管網(wǎng)、基礎(chǔ)等）模型，各層管理人員、項目參與各方在同一平臺可實現(xiàn)協(xié)同配合，同時接入工程現(xiàn)場感知采集信息，實現(xiàn)高效監(jiān)控工程進(jìn)展，處理建設(shè)中問題、交換數(shù)據(jù)信息，真正實現(xiàn)有效協(xié)同管理工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全等；在運維階段，基于BIM 的工程竣工交付成果，同時接入安全監(jiān)測、水位監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、視頻監(jiān)控、工程測控等各類感知信息在一體化平臺，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)映射、工程調(diào)度運行綜合展示，為工程仿真模擬等奠定基礎(chǔ)。如圖1 所示。

圖1 長距離引水工程全生命期管理思路

3.2 全方位風(fēng)險預(yù)判

通過對工程建設(shè)管理過程中各種風(fēng)險數(shù)據(jù)管理和管控模型分析，形成大感知、大傳輸、大儲存、大數(shù)據(jù)、大計算、大分析的管控體系，實現(xiàn)全方位、全過程風(fēng)險識別和域控。

在工程安全運行方面，一方面建立工程安全監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)控工程建設(shè)期、運維期工程運行工況，為工程安全評價評估提供數(shù)據(jù)支持；另一方面，建立水力學(xué)智能仿真系統(tǒng)[6]，利用數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)從流域到工程、到設(shè)備，點、線、面一體化的三維可視化數(shù)值模擬，并基于監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋仿真，預(yù)測不同工況下構(gòu)筑物的變形、應(yīng)力、應(yīng)變等，同時，利用水利專業(yè)模型和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對工程“引水、提水、輸水、分水、配水”全過程進(jìn)行三維可視化數(shù)值仿真。

在水環(huán)境預(yù)警預(yù)報方面[7]，從長距離大跨度多流域輸水線路出發(fā)，建設(shè)適宜于工程的智慧水環(huán)境管理系統(tǒng)，從點、線、面不同尺度出發(fā)，利用仿真模擬、遙感、大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，實現(xiàn)對工程沿線及受水區(qū)水環(huán)境的動態(tài)監(jiān)控、模擬仿真、評價分析、預(yù)警預(yù)判，為管理部門工程水生態(tài)環(huán)境運維決策參考和實施監(jiān)督、管理和突發(fā)事件應(yīng)急處置提供決策支持。

在洪水預(yù)報方面，建立洪水預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，基于GIS 平臺的水文預(yù)報、洪水調(diào)度拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖示自由構(gòu)建技術(shù)，實現(xiàn)復(fù)雜流域水文預(yù)報系統(tǒng)的智能化、可視化建模，實現(xiàn)不同量級洪水的預(yù)警預(yù)報和演進(jìn)模擬分析，為施工、運維人員及設(shè)備安全避險提供安全技術(shù)保障。

3.3 全要素智能調(diào)控

對于長距離引水工程的智調(diào)控管理實質(zhì)是從時間和空間上，對系統(tǒng)中各個設(shè)備、設(shè)施的安全穩(wěn)定目標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)、博弈，尋求最優(yōu)的調(diào)度方案，避免顧此失彼問題出現(xiàn)。建設(shè)一整套的集優(yōu)化配置、結(jié)果仿真和效益評估等功能于一體的決策支持系統(tǒng)，可輔助調(diào)水機(jī)構(gòu)制定調(diào)水計劃，預(yù)測調(diào)水結(jié)果，為我國長距離引水工程的科學(xué)調(diào)控運行提供技術(shù)支撐和參考價值，進(jìn)而實現(xiàn)工程“卡脖子”技術(shù)的國產(chǎn)化。

系統(tǒng)融合水力學(xué)、系統(tǒng)分析以及新一代人工智能技術(shù)等理論方法，同時結(jié)合BIM+GIS 平臺設(shè)計，采集和感知水文、水質(zhì)、工程安全及工程運行等信息，以通信與網(wǎng)絡(luò)為平臺，以業(yè)務(wù)流程為主線，采用多層結(jié)構(gòu)化軟件系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)開發(fā)建立數(shù)學(xué)模型、虛擬仿真、自動化監(jiān)控、水資源配置與調(diào)度、信息監(jiān)測與管理、工程管理、綜合會商等應(yīng)用，實現(xiàn)了調(diào)水調(diào)控過程的科學(xué)化決策，保證全線調(diào)水安全，節(jié)水、降耗，并運用綜合信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)管理現(xiàn)代化。

3.4 工程實現(xiàn)自動管理

長距離引水工程按照工程管控層級建立自動化監(jiān)控體系和決策支持系統(tǒng)，基于自動診斷、自動預(yù)判、自主決策、自我演進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)工程的自我自動化管理。自動預(yù)判即風(fēng)險識別自動化，通過全面感知，采集并生成大數(shù)據(jù)，對比設(shè)計、建造期累積的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用最前沿的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，實現(xiàn)引水水源、建筑物、機(jī)電設(shè)備的各類風(fēng)險全過程識別、判定，并自動預(yù)警。自主決策即引水決策管理智能化，系統(tǒng)自動判斷不同層級的問題及風(fēng)險，運用信息技術(shù)、人工智能技術(shù)及決策支持技術(shù)等，自動生成應(yīng)對各種問題及風(fēng)險的方案，綜合各種決策模型進(jìn)行決策。自我演進(jìn)即管理變革升級智慧化，隨著各類原始數(shù)據(jù)和決策數(shù)據(jù)的不斷累積，通過記憶認(rèn)知、計算認(rèn)知、交互認(rèn)知三維一體化的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)自我評估、自我糾偏、自我提升、自我引領(lǐng)。工程逐漸呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)驅(qū)動的管理形態(tài)和人工智能的特點。

4 結(jié) 語

（1）GIS 與BIM 集成技術(shù)在長距離引水工程全生命周期信息管理過程中具有巨大的工程實用價值，但是目前在實際工程中并沒有得到廣泛應(yīng)用，僅在個別引水工程中有了典型試點，如滇中引水、珠三角水資源配置、引江濟(jì)淮、引漢濟(jì)渭等大中型、南水北調(diào)等引調(diào)水工程，并且呈現(xiàn)出耀眼的效果。因此，亟需大力推廣基于GIS+BIM 技術(shù)的引水工程全生命期管理總控平臺，使之能夠在實際工程中發(fā)揮重要作用，提高引水工程的建設(shè)和管理水平。

（2）統(tǒng)籌建立、逐步完善工程信息系統(tǒng)，對規(guī)范管理程序、有效控制投資、降低溝通成本及風(fēng)險、減少管理漏洞、完善知識沉淀、保障工程正常運行和綜合效益發(fā)揮具有重要作用。

綜上所述，利用當(dāng)今先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)，建成覆蓋長距離引水工程全范圍和全過程的信息系統(tǒng)，對全面提高工程管理機(jī)構(gòu)的管理技術(shù)水平，實現(xiàn)工程建設(shè)管理的優(yōu)化具有強(qiáng)有力的推動促進(jìn)作用。