智慧監(jiān)管在水利工程建設(shè)中的應(yīng)用

姜子林

摘 要：現(xiàn)階段，我國在水利工程建設(shè)面臨諸多問題，包括施工人員管理秩序混亂、質(zhì)量安全問題及信息技術(shù)落后等短板。在當(dāng)前的發(fā)展趨勢下，要依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加強(qiáng)水利建設(shè)的信息化與智能化，提高建設(shè)與管理效率?；ヂ?lián)網(wǎng)信息管理平臺的建立、互聯(lián)網(wǎng)平臺實(shí)施方案的構(gòu)建、運(yùn)用終端軟件管理水利施工以及更新先進(jìn)知識理念等，都是“互聯(lián)網(wǎng)+智慧水利”應(yīng)用的佐證。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的水利工程智慧化管理是現(xiàn)階段水利工程領(lǐng)域的發(fā)展趨勢?；诖?，文章著重分析智慧水利在水利工程建設(shè)與管理等工作中的運(yùn)用，根據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+智慧水利”的思路，分析信息化專業(yè)技術(shù)手段在水利建設(shè)過程中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智慧水利;智慧監(jiān)管;工程建設(shè);應(yīng)用

中圖分類號：TV5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.026

隨著我國的建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，水利工程建設(shè)不斷進(jìn)步，對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代化建設(shè)具有非常重要的作用。進(jìn)入新時(shí)期，信息化的應(yīng)用已經(jīng)深入社會各領(lǐng)域，也為水利項(xiàng)目的建設(shè)提供了便利條件[1]。在這樣的背景下，智慧水利應(yīng)運(yùn)而生。

1 智慧水利概述

智慧水利是指在水利管理中利用互聯(lián)網(wǎng)、通信等信息化技術(shù)，并通過這些技術(shù)獲取實(shí)時(shí)信息。智慧水利是一種基于現(xiàn)代信息技術(shù)的水利建設(shè)模式，為構(gòu)建智慧水利并發(fā)揮其作用，要將現(xiàn)代的信息技術(shù)與水利建設(shè)完美結(jié)合，推動水利行業(yè)的良好發(fā)展。通過智慧水利，水利信息被處理成為系統(tǒng)化數(shù)據(jù)鏈條，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化和高效化處理。在一些水利突發(fā)事件上，智慧水利也能夠?qū)崿F(xiàn)智能化管理[2]。

作為一種新穎的水利信息管理模式，智慧水利具有明顯的特征。第一，智慧水利可以實(shí)時(shí)感知水利信息。智慧水利在保證所有數(shù)據(jù)信息真實(shí)可靠的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)更新運(yùn)行中的相關(guān)信息并加以傳遞，可以根據(jù)這些信息預(yù)測水利信息運(yùn)行中的動向，預(yù)測未來運(yùn)行。第二，智慧水利可以全面整合水利信息。智慧水利在建設(shè)、應(yīng)用和維護(hù)等環(huán)節(jié)的職能和成效不盡相同，通過智慧水利整合建設(shè)、應(yīng)用和維護(hù)等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)集中管理。第三，智慧水利可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)部門的協(xié)同合作。

2 水利工程智慧化建設(shè)的必要性

目前，水利工程智慧化建設(shè)距離信息化、現(xiàn)代化、智慧化目標(biāo)還有一定的差距，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是缺乏整體規(guī)劃，信息化規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)沒有完整的建設(shè)目標(biāo)和思路，雖然有一些信息化系統(tǒng)，但缺乏統(tǒng)一的管理平臺。

二是信息化程度低，主要表現(xiàn)在配套建設(shè)不完善、自動化程度低、傳輸手段落后、網(wǎng)絡(luò)承載能力低、量測手段落后、尚未實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理等方面。

三是系統(tǒng)運(yùn)維困難，主要表現(xiàn)在運(yùn)維資金落實(shí)困難、缺少專業(yè)的運(yùn)維人員、運(yùn)維水平偏低、無法保證設(shè)備正常運(yùn)行等方面。

四是業(yè)務(wù)管理水平有待提高，主要表現(xiàn)在水利工程還停留在手工控制、眾多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)未數(shù)字化與可視化、管理工作未流程化等方面。

根據(jù)水利部關(guān)于推動“數(shù)字水利”向“智慧水利”轉(zhuǎn)變的總體工作要求，迫切需要進(jìn)行水利工程數(shù)字化、智慧化建設(shè)[3]。

3 智慧監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)與任務(wù)

智慧監(jiān)管是綜合應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能以及虛擬現(xiàn)實(shí)等數(shù)字化技術(shù)，推動建筑業(yè)現(xiàn)場管理升級的解決方案。

3.1 建設(shè)目標(biāo)

智慧水利建設(shè)圍繞物聯(lián)感知、互聯(lián)互通、科學(xué)決策、智能管理開展，主要目標(biāo)為：基于現(xiàn)代通訊和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立水位、雨量、水量、水質(zhì)、閘門集中調(diào)控、工程安全監(jiān)測等在內(nèi)的全方位、全過程水利工程監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng);采用智慧水利平臺架構(gòu)整合各類信息，并以水資源調(diào)配、數(shù)據(jù)挖掘以及移動互聯(lián)等為支撐，完成物理工程與數(shù)字工程的無縫集成;采用科學(xué)合理的方式組建通信系統(tǒng)構(gòu)架;整合包括氣象信息、國土信息、農(nóng)業(yè)信息、水文信息等在內(nèi)的多領(lǐng)域數(shù)據(jù)，建設(shè)水利工程調(diào)度管理中心;建立調(diào)度中心、分中心、現(xiàn)地站的三級管理模式，建設(shè)會商系統(tǒng)和視頻監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建先進(jìn)、快捷、準(zhǔn)確的會商和調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng);建設(shè)/集成專業(yè)水利工程管理平臺，實(shí)現(xiàn)自動化控制、工程建設(shè)管理、防汛預(yù)警等多業(yè)務(wù)智能管理功能[4]。

3.2 建設(shè)任務(wù)

3.2.1 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是水利工程智慧化數(shù)據(jù)的傳輸通道，結(jié)合各區(qū)域通信現(xiàn)狀，構(gòu)建專網(wǎng)和公網(wǎng)、有線和無線相結(jié)合的方式，充分利用運(yùn)營商現(xiàn)有資源，在保障通信安全可靠的基礎(chǔ)上提高通信效率。

3.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及控制系統(tǒng)

根據(jù)水利工程的特點(diǎn)，建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)覆蓋調(diào)度中心、分中心的計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)及局域網(wǎng)，建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理體系，建立訪問控制、網(wǎng)段隔離、認(rèn)證授權(quán)、入侵檢測、漏洞掃描和安全評估、病毒防范、安全管理平臺等安全防護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)工程范圍內(nèi)泵站、閘門和閥門等設(shè)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。利用計(jì)算機(jī)、通信、自動控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程調(diào)度智能化。

3.2.3 監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)包括水文監(jiān)測系統(tǒng)和工程安全監(jiān)測系統(tǒng)。

水文監(jiān)測系統(tǒng)包括水位、流量、雨量、水質(zhì)等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能自動采集和分析量測點(diǎn)水位、流量、雨量及水質(zhì)等水文數(shù)據(jù)，為控制泵站、閘門、閥門等設(shè)備提供基本數(shù)據(jù)。

工程安全監(jiān)測系統(tǒng)包括水工建筑物安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、分析、處理、預(yù)警等功能，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，監(jiān)測水工建筑物安全狀態(tài)，對有安全隱患的建筑物及時(shí)預(yù)警[5]。

3.2.4 視頻系統(tǒng)

圖像監(jiān)視系統(tǒng)的主要任務(wù)是實(shí)時(shí)監(jiān)視泵站、閘門、引水渠道管線以及庫區(qū)環(huán)境等工程關(guān)鍵部位，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部位可視化管理，提高水利工程安全運(yùn)行水平。視頻會議系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)建設(shè)管理局、直屬管理單位以及相關(guān)部門的視頻會議功能，便于快速會商決策。系統(tǒng)包括中心會場設(shè)備和各分會場的視頻會議終端，利用視頻會議系統(tǒng)，能快速了解應(yīng)急事件，通過遠(yuǎn)程會商提高工作效率，有效調(diào)度各方資源，及時(shí)處理應(yīng)急事件。

3.2.5 UPS系統(tǒng)

調(diào)度管理中心、分中心（災(zāi)備中心）、管理站、閘站等處，分別設(shè)置UPS系統(tǒng)，為用電設(shè)備供電，保障用電設(shè)備不間斷供電。

3.2.6 應(yīng)用平臺軟件

構(gòu)建統(tǒng)一的智慧水利數(shù)字集成平臺，實(shí)現(xiàn)信息采集、傳輸、處理、存儲、交換、挖掘、再利用和信息共享，根據(jù)項(xiàng)目不同的需求及應(yīng)用進(jìn)行模擬、分析和研究，完善“一張圖”功能，構(gòu)建符合水利業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，完成水利工程的智慧運(yùn)行與管理。

4 基于信息化技術(shù)的智慧水利

4.1 明確總體目標(biāo)

建設(shè)智慧水利要明確總體目標(biāo)并不斷細(xì)化，按照時(shí)間可以分為近期、中期、長期，每個(gè)階段的目標(biāo)都有其特征：近期目標(biāo)是利用信息化技術(shù)完善水利基礎(chǔ)設(shè)施體系;中期目標(biāo)是推廣信息化技術(shù)，加深信息技術(shù)的應(yīng)用深度;長期目標(biāo)是讓智慧水利更加協(xié)調(diào)，提高信息化技術(shù)體系的整體性和協(xié)調(diào)性，推動智慧水利建設(shè)。

4.2 明確構(gòu)建思路

由于信息技術(shù)發(fā)展比較快，技術(shù)理念和方法更新都比較快，建設(shè)智慧水利時(shí)要明確構(gòu)建思路，關(guān)注時(shí)代發(fā)展，根據(jù)社會發(fā)展需求研發(fā)智慧水利產(chǎn)品。要完善水利信息基礎(chǔ)設(shè)施，分析水利信息，更好地發(fā)揮信息價(jià)值，提高智慧水利的應(yīng)急能力、服務(wù)能力和信息處理能力。

4.3 明確構(gòu)建方法

首先，構(gòu)建調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度，提高智慧水利工作效率。要利用調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行分析地質(zhì)構(gòu)造，更好地解決智慧水利結(jié)構(gòu)改造中存在的問題。

其次，優(yōu)化指揮系統(tǒng)，通過信息化技術(shù)應(yīng)用，搭建整體性、層次性的指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)指揮系統(tǒng)升級，確保指揮系統(tǒng)能夠符合未來智慧水利應(yīng)用和發(fā)展的需求。

最后，建立信息化監(jiān)督系統(tǒng)，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，優(yōu)化智慧水利應(yīng)用過程中存在的問題，打造更加先進(jìn)的服務(wù)平臺。

5 水利工程智慧監(jiān)管總體框架

通過分析研究國內(nèi)外同類系統(tǒng)，并加以借鑒，再根據(jù)總體方案的基本思路，得出相關(guān)結(jié)論，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要使用科學(xué)先進(jìn)的信息技術(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體框架要盡量避免重復(fù)建設(shè)。

5.1 調(diào)度系統(tǒng)

在智慧水利管理系統(tǒng)中，調(diào)度是非常重要的構(gòu)成要素，調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要基于當(dāng)前智慧水利多元化發(fā)展趨勢，確保智慧水利的綜合優(yōu)勢得以充分發(fā)揮。在調(diào)度系統(tǒng)中整合、集成管網(wǎng)系統(tǒng)、過程控制系統(tǒng)、水利服務(wù)系統(tǒng)、管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)智慧水利的科學(xué)調(diào)度，減少對資源的無用消耗，提高水利工程運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性，最大程度控制水利系統(tǒng)。

5.2 指揮系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)智慧水利的各種功能，要建立完善的、信息化水平較高的指揮系統(tǒng)，接收來自各終端的信息數(shù)據(jù)，發(fā)送控制指令。傳統(tǒng)的水利指揮系統(tǒng)缺少信息化技術(shù)的支持，指揮過程嚴(yán)重缺乏時(shí)效性與集中性，指揮中心發(fā)出的控制指令無法及時(shí)、準(zhǔn)確地傳遞，控制指令出現(xiàn)錯誤，嚴(yán)重影響水利系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

在信息化技術(shù)支撐下，結(jié)合智慧水利工程情況，在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置相應(yīng)的控制模塊，構(gòu)建完善的、具有整體性與層次性的指揮系統(tǒng)，對水利工程指揮調(diào)度進(jìn)行系統(tǒng)化的布局和優(yōu)化升級，確保水利指揮系統(tǒng)滿足智慧水利工程建設(shè)的要求，推進(jìn)我國水利工程的可持續(xù)發(fā)展。

5.3 監(jiān)控系統(tǒng)

智慧水利監(jiān)控系統(tǒng)融合智能雨量監(jiān)測系統(tǒng)、智能水位與液位系統(tǒng)、土壤水分監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)分析系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)自動化灌溉系統(tǒng)、城市供排水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、泵站運(yùn)行自動化系統(tǒng)等，保障智慧水利高效、穩(wěn)定運(yùn)行。

5.4 操控系統(tǒng)

由于智慧水利處于起始階段，各種新技術(shù)的應(yīng)用還存在許多不足，只有提高系統(tǒng)的操控性能，才能保證智慧水利管理系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。應(yīng)用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧水利操控系統(tǒng)的數(shù)字化、信息化、自動化控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化調(diào)度與數(shù)據(jù)處理。通過智慧水利操控系統(tǒng)可以對水利系統(tǒng)進(jìn)行無人值守遠(yuǎn)程智能控制，工作人員通過電腦、手機(jī)、平板等終端設(shè)備，實(shí)時(shí)掌握監(jiān)控現(xiàn)場的溫濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、水流等信息，構(gòu)建完善的智能化操控平臺，深化水利信息化技術(shù)方案。

5.5 保障體系

智慧水庫的保障體系主要包括三項(xiàng)輔助服務(wù)：

一是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)，主要體現(xiàn)在智慧水庫系統(tǒng)的建設(shè)、業(yè)務(wù)處理和技術(shù)方案要符合國家、地方和行業(yè)有關(guān)信息化標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指標(biāo)體系及代碼體系統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化。

二是信息安全體系，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的安全保證，為基礎(chǔ)設(shè)施層、應(yīng)用支撐平臺和應(yīng)用系統(tǒng)平臺提供統(tǒng)一的信息安全服務(wù)，包括網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)、基本安全防護(hù)系統(tǒng)和故障恢復(fù)等。

三是運(yùn)維管理體系，為系統(tǒng)提供性能、日志、監(jiān)控等運(yùn)行保障，為使過去包括網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備等在內(nèi)的粗放和分散式管理方式向科學(xué)規(guī)范的專業(yè)管理轉(zhuǎn)變，要建立具有科學(xué)的制度、流程等的IT運(yùn)維管理體系，使其成為系統(tǒng)日常工作的重要組成部分。

6 案例概述

某水庫總庫容1.04億m3，為大二型水庫，其智慧監(jiān)管平臺主要建設(shè)內(nèi)容主要包括：

第一，基于設(shè)計(jì)和施工資料，對大壩、導(dǎo)流洞、管理營地、開挖面、輸水線路、泵站等主要建筑物進(jìn)行BIM建模，基于單位、分部、單元工程劃分模型，將模型與監(jiān)管平臺融合，實(shí)現(xiàn)工程布置、進(jìn)度模擬、工程量核算等。

第二，基于BIM+GIS的電子沙盤建設(shè)，實(shí)現(xiàn)主要施工設(shè)施的工程布置，協(xié)助制定與分析工程施工方案，提供地圖切換、圖層切換、空間分析、BIM操作工具等手段，實(shí)現(xiàn)工程的全方位三維可視化管控，極大地提高了工程實(shí)施效率。

第三，在重要的施工節(jié)點(diǎn)，利用無人機(jī)不定時(shí)、不定期采集現(xiàn)場影像，全方位展現(xiàn)工程的高清可視化場景。

第四，通過進(jìn)度控制、全過程費(fèi)用控制兩條主線，建設(shè)管理一張網(wǎng)，包括前期、投資、質(zhì)量、安全、進(jìn)度、技術(shù)、溝通、環(huán)保水保、征地、圖紙檔案、合同計(jì)量、勞務(wù)、設(shè)備、稽查、工程驗(yàn)收、試運(yùn)行等管理，實(shí)現(xiàn)了工程全生命周期管理。

第五，基于水庫工程現(xiàn)場實(shí)際，建立視頻監(jiān)控、人員勞務(wù)管理、水情測報(bào)、混凝土拌和站監(jiān)控、大壩智能碾壓、人員定位等系統(tǒng)，搭建智慧工地管理平臺。該平臺可提供給建設(shè)、項(xiàng)目管理總承包、施工等單位，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場建設(shè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全場景、全方位、全過程可視化管控[6]。

7 結(jié)語

水利工程施工與國家發(fā)展、群眾生活存在密切關(guān)聯(lián)，因此，要從各方面入手，積極開展水利工程建設(shè)管理工作，隨著數(shù)字化技術(shù)在水利工程建設(shè)中的逐步應(yīng)用，為建立全國水利工程建設(shè)管理數(shù)字化平臺奠定基礎(chǔ)。

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