水利水電工程數(shù)字化建設(shè)發(fā)展綜述

張花娟

摘要：隨著水利水電工程建設(shè)的發(fā)展，BIM、大數(shù)據(jù)和智能技術(shù)在水利水電行業(yè)有著廣闊的應用前景。數(shù)字水利水電工程在設(shè)計、施工和運行管理的各個階段，以及在工程的全生命周期，都形成了一定的應用廣度和深度。水利水電數(shù)字化建設(shè)逐步形成以信息為處理對象、以BIM為核心的各種數(shù)字化應用，依托項目全生命周期的基礎(chǔ)平臺，激活和創(chuàng)造數(shù)據(jù)應用的新價值。

關(guān)鍵詞：水利水電工程;全生命周期;BIM;數(shù)字化;信息化

1 數(shù)字化設(shè)計發(fā)展

近年來，數(shù)字化設(shè)計項目在工業(yè)實踐中的數(shù)量急劇增加。水利水電工程采用數(shù)字化設(shè)計模式，完成了方案比選、管線綜合優(yōu)化、結(jié)構(gòu)設(shè)計、加固、總平面布置等全過程設(shè)計。并直接輸出模型、2 D和3D圖紙、工程量清單、場景動畫等產(chǎn)品滿足舞臺需求。輸出的設(shè)計信息模型可以進一步傳送到建設(shè)和運營管理階段，創(chuàng)造更大的應用價值。隨著工業(yè)數(shù)字化設(shè)計的不斷發(fā)展，基于平臺體系化、信息集成應用、數(shù)字化設(shè)計產(chǎn)品轉(zhuǎn)移等專業(yè)協(xié)同設(shè)計，將整個設(shè)計流程逐步向數(shù)據(jù)云平臺管理方向發(fā)展。

2 水利水電工程數(shù)字化建設(shè)發(fā)展探究

2.1 數(shù)字大壩

數(shù)字化大壩主要通過信息采集技術(shù)自動采集信息，用數(shù)值模擬方法指導設(shè)計和施工。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)與數(shù)據(jù)技術(shù)深度融合。設(shè)計方案、布置與調(diào)試平臺、施工過程中綜合數(shù)據(jù)采集與分析平臺、三維可視化平臺、仿真分析平臺、計算結(jié)果發(fā)布、大壩施工綜合管理、混凝土溫度控制等。建設(shè)過程管理及安全監(jiān)控。工程設(shè)計、監(jiān)理、施工單位共同開發(fā)建立平臺和界面。三維模型能夠從設(shè)計規(guī)劃到施工、質(zhì)量控制、成果應用，采用咨詢、分析、反饋、可視化等方法，對施工過程進行模擬、分析、計算，作出科學的預測、預報和預警，集中監(jiān)測混凝土開裂風險。數(shù)字水壩是水壩建設(shè)的科學依據(jù)，對大壩質(zhì)量進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了對工程建設(shè)質(zhì)量監(jiān)測的迅速響應，各方深度參與施工質(zhì)量管理活動，有效提升了工程建設(shè)管理水平。

2.2 重建工程智慧管控

“中國水電之母”豐滿水電項目舉世矚目。該項目以數(shù)字化工程為基礎(chǔ)的全智能控制模式，以全過程可視化、實時傳輸、智能處理、業(yè)務(wù)協(xié)同管理為基本模式，對各施工方實施安全、質(zhì)量、進度的全過程控制，為各施工方提供統(tǒng)一的溝通與管理服務(wù)，實現(xiàn)工程施工各方的控制?；诮y(tǒng)一的工程BIM模型，整合多種管控信息，形成基于單元工程的管控信息模型。以進度信息為主要驅(qū)動力，整個施工管理過程由設(shè)計、安全、質(zhì)量、進度和數(shù)字資產(chǎn)的結(jié)果驅(qū)動。該平臺集成了樣品檢驗和質(zhì)量評估表格，支持移動數(shù)據(jù)錄入、現(xiàn)場打印、手寫簽名、照片上傳、現(xiàn)場驗收時信息和模型的自動連接。在統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的支持下，對數(shù)據(jù)進行綜合利用。深部采礦提供安全監(jiān)測與評價、滾動監(jiān)測與評價、混凝土溫控評價、注水效果評價、危害分析與預警、質(zhì)量分析、預警與控制、進度分析、預警與控制等專項決策支持功能。支持綜合決策功能，如施工模擬和分析等。

2.3 實施中的數(shù)字化建造

借助大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能硬件設(shè)備，結(jié)合BIM、激光掃描、大數(shù)據(jù)、網(wǎng)頁開發(fā)等技術(shù)，對采集到的實時數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計分析，形成有價值的預測和控制數(shù)據(jù)，反饋到虛擬模型世界，實現(xiàn)虛擬模型世界的快速開發(fā)和控制。縱觀數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了從數(shù)字大壩到智能大壩的深度融合，從智能建筑技術(shù)到云計算、AR、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，從關(guān)鍵應用到系統(tǒng)化、平臺化開發(fā)，以BIM為核心的數(shù)字化管理，結(jié)合專業(yè)應用監(jiān)控系統(tǒng)和云計算技術(shù)，聚焦信息交互技術(shù)的方方面面，積累了大量實踐經(jīng)驗。

2.4 管理信息化

施工過程是典型的協(xié)同工作，不同專業(yè)、不同職責的施工單位需要共享和交換信息。同樣，在水利工程的建設(shè)和管理過程中，也會產(chǎn)生大量的信息。項目參與各方各司其職，造成信息孤島、信息空白，導致各階段信息丟失嚴重。對于項目生命周期和信息交換管理水平較低的項目，其使用和表達無法有效反饋到項目中。BIM模型中包含的信息可以高效地對項目文檔進行可視化、關(guān)聯(lián)和管理，為項目建設(shè)過程中的信息交流、溝通和綜合管理提供有效的平臺。利用BIM技術(shù)構(gòu)建項目的中心資源庫，可以徹底改變項目全生命周期的信息管理模式。

2.5 數(shù)據(jù)驅(qū)動設(shè)計

對于工程建設(shè)行業(yè)來說，項目建設(shè)過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。企業(yè)將數(shù)據(jù)從設(shè)計端流向施工端更為迫切。整個行業(yè)都需要打破數(shù)據(jù)孤島，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)。從而更好地利用數(shù)據(jù)，指導企業(yè)運營，這也是實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。由于從建筑環(huán)境中獲取的數(shù)據(jù)越來越多，設(shè)計和施工過程將更容易達到預期的效果。構(gòu)建與業(yè)務(wù)緊密結(jié)合的公共數(shù)據(jù)環(huán)境（CDE）是目前大多數(shù)工程建設(shè)企業(yè)應用BIM（建筑信息模型）的階段，也是未來邁向更高、更成熟階段的必由之路。系統(tǒng)的設(shè)計重點在于遠程數(shù)據(jù)存儲和文件管理，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)管理。這將為創(chuàng)作者提供單一的信息來源，從而使其設(shè)計和建造成為可能。公共數(shù)據(jù)環(huán)境從項目延伸到資源，讓數(shù)據(jù)在整個項目生命周期的每一個環(huán)節(jié)流動，業(yè)主可以充分了解項目情況。

例如，作為數(shù)字樞紐，Tandem數(shù)字孿生平臺可以集中處理來自各種來源、格式和階段的項目數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進行組織和分離，形成數(shù)據(jù)豐富的數(shù)字中心，跟蹤從設(shè)計、施工、交付到運營的整個資產(chǎn)數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生平臺通過連接現(xiàn)實與數(shù)字世界，以數(shù)字化的方式反映模型實體的最新情況，逐步實現(xiàn)預測、模擬、告知決策和自主行動，從而為設(shè)施、建筑、水利水電或任何結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件提供獨特的操作視角，從而實現(xiàn)業(yè)主、建筑師、工程師和承包商之間的實時協(xié)作。

結(jié)束語

總之，數(shù)字化是中國最先進的建筑技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)在我國水利水電工程建設(shè)中的應用，可以全面提高水利水電工程的整體工作效率和質(zhì)量，降低施工難度，更好地保證工程的整體質(zhì)量。因此，相關(guān)人員應加強數(shù)字化技術(shù)應用，不斷提高專業(yè)水平，充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程中的作用，全面保障我國水利水電工程建設(shè)質(zhì)量水平，促進行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

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