杨房沟水电站工程项目信息化系统技术应用

吴飞

(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概况

杨房沟水电站位于凉山州木里县境内的雅砻江流域中游河段，是雅砻江中游河段梯级开发的骨干电站之一，坝型为混凝土双曲拱坝。正常蓄水位为2094m，相应库容4.558亿m3，总装机150万kW，多年平均年发电量68.74亿kW·h。工程枢纽主要由最大坝高155m的混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等组成，杨房沟水电站计划2022年工程竣工。作为大型水利水电工程，杨房沟水电站建设规模大、投资大、施工条件和地质条件复杂，涉及影响因素众多，这给施工质量与进度控制、工程建设管理带来了一定的难度。

2 项目信息化技术应用的意义

杨房沟水电站作为国内首个采用设计施工总承包(EPC)模式的大型水电项目，被业内誉为“第二次鲁布革冲击波”，开创了全国大型水电站建设模式的时代先河，是我国新常态下水电开发理念与方式的重大创新，传统水电站建设体制和管理模式不再流行。为满足EPC模式下杨房沟水电站建设管理需求，亟需搭建多种信息化管理系统，以工程大数据管控为切入口，利用信息化手段对工程设计、采购、建造、质量、安全等管理进行全面管控，实现工程数字化、精细化管理，提高工程建设与运营管理信息化水平，改善工程质量，发挥经济和社会效益。

图1 EPC管理模式

3 建设内容

杨房沟水电站工程项目信息化系统构成内容包括：设计施工BIM管理系统、总承包综合办公平台、施工期视频监控系统、大坝混凝土智能温控系统、灌浆实时监控与分析系统、杨房沟质量管理APP和安全风险在线管控平台、雅砻江iDam安全监测系统、远程访问SSL VPN系统、远程视频会议系统、其他应用系统、通信传输系统。

3.1 设计施工BIM管理系统

设计施工BIM管理系统主要实现对设计、质量、进度、投资、安全等工程建设重点管理项目的全过程动态管控，并对视频监控系统、混凝土智能温控系统、灌浆实时监控与分析系统、安全监测等系统进行一体化集成，为EPC项目参建各方(建设方、监理方、总承包方)提供统一的沟通管理平台，加强了项目建设过程管控，提高了工程建设的管理水平。设计施工BIM管理系统紧贴EPC建设模式，充分体现了设计施工一体化优势。

图2 BIM管理系统主要模块及集成业务系统

设计施工BIM管理系统主要实现以下功能：

(1)综合展示。综合展示模块分为设计模型展示与施工模型展示两部分。其中，施工模型与各业务系统相关联，通过点击模型构建或相应的关联节点列表就能进行信息查询，包括施工进度、设计图纸、质量表单、工程量、安全风险等业务信息；其中设计模型在用户不安装庞大的三维设计软件平台的情况下，直接利用WEB页面对三维设计模型进行交互操作，并实现了全信息模型轻量化处理技术。

(2)设计管理。设计管理模块是业主方、监理方、总承包方的集约化、全流程设计管理办公平台，实现对各类设计图纸、报告、修改通知等文件的线上流程报审、审批流程全程监控、工程设计数据分项划分、文件过程归集等功能，借助信息化手段梳理规范了设计文件报审流程，有效提高了总承包部与设计监理方的设计管理效率。

(3)质量管理。该模块是以单元工程为单位全面归集质量验评资料，实现从单元工程划分、工序/单元工程质量验收评定、单元工程质量验评申请，到单元工程电子文件组件、组卷、归档的全过程线上业务流程。构建符合水电行业标准规范的单元工程质量验收评定电子表单库，覆盖大型水电工程开挖工程、锚喷支护、预应力锚索、混凝土工程、机电金结安装等施工全过程的结构化表单应用，结构化表单共计523张。质量“三检”人员、监理等用户在项目现场通过平板电脑完成电子表单的在线填报，同时用户可通过平板电脑采集工程影像资料，数据实时传输至工程数据中心。此外，质量管理模块还对质量验评台账、验评统计、原材料检验台账、原材料历史资料进行归类收集展示，方便查看，并通过质量管理APP实现质量问题动态管控。

(4)进度管理。根据现场进度管理的需求，对不同的施工部位(边坡开挖、洞室开挖、支护工程、大坝浇筑、大坝接缝灌浆等)采用不同的进度展示方式，并结合三维技术展示基础功能模块，对工程进度计划、施工实际进度等进行可视化。

(5)投资管理。投资管理模块实现结算统计、投资对比、节点台账、工程量统计，并通过与设计管理模块、质量管理模块的数据交互，能够实现对合同工程量、设计变更以及相应的工程投资量进行统计、分析。

(6)水情测报。水情测报包含水雨情预报和信息录入。水雨情预报通过接口读取雅砻江公司水情预报系统中的关键数据，包含一周内天气预报和杨房沟水电站上下游水文站的水位流量信息。

(7)施工工艺。基于可视化、多媒体技术，将BIM模型与工法库集成，打造施工工艺仿真培训模块，以BIM模型为载体实现了标准化工艺的固化与可视化。

(8)危岩体防控。枢纽区有127处危岩体，防控管理过程涉及勘察、评价分级、稳定性分析、防治措施、监测、预警等各方面，防控过程中会产生大量的数据和文件，危岩体防控模块实现防控成果统计、危岩体信息查询、危岩体三维展示、危岩体监测预警等，对于保障工程施工安全及后期运营安全，具有较大的工程实践意义[1-4]。

3.2 总承包综合办公平台

平台为总承包方内部管理需要，服务于总承包项目部下属10个部门、9个工区，为各部门、工区提供了一个高效便捷的工作协调环境。综合办公平台包含了个人办公、公共信息管理、综合管理、人力资源管理、函件管理、图档管理及系统管理，开发了综合管理、机电物资采购管理、经营管理三大类29张工作流程表单及收发文系统，向各部门、工区传阅处理内部文件，减少了由于信息传递障碍造成的时间浪费、管理失误和决策失误，实现了质量和效率的管理要求，提高了总承包项目的整体工作效率和经济效益。综合办公系统改变了传统项目部依靠纸质文档、电话、项目协调会、零散电子文档和QQ群等传统的信息交换手段，通过流程化审批、标准化管理，实现资源配置的集约化、科学化，提高了管理水平，降低了项目成本。开发了移动办公APP，满足了项目部人员在手机端进行主要业务流程的移动审批，进一步提高了总承包项目部协调办公的便捷性和项目管理效率。

图3 总承包综合办公平台

3.3 施工期视频监控系统

施工期视频监控系统在大坝及泄洪区、引水发电区、混凝土拌和区等施工区建立可视化实时监控系统。施工期视频监控系统采用全数字IP视频监控的方式，由球形摄像头、枪机摄像头、接入点交换机、核心交换机、硬盘录像机、磁盘阵列、网络解码器、运行管理服务器等组成，各站点交换机通过光纤通信传输方式实现网络连接。本系统共配置27个前端摄像头，对重点施工区域进行实时远程监视，其中采用的高清球型摄像头可进行360°旋转操作，摄像头带有焦距调整功能。施工期视频监控系统实现了与BIM管理系统集成，为工程建设管理提供远距离可视化影像资料，还可对重点施工部位的影像资料进行整编归档，实现工程施工全过程的控制和可追溯。

3.4 大坝混凝土智能温控系统

大坝混凝土智能温控系统是为解决大坝混凝土凝固过程中，由于水泥水化释放大量水化热，温度积蓄使混凝土内部温度急剧上升，导致混凝土产生裂缝的主流技术。大坝混凝土智能温控系统由感知、互联、分析及控制四部分组成，通过温控信息监测与采集、温控信息评价预警、智能自动化通水三大子系统，实现了施工和温控信息实时采集与传输、温控信息高效管理与可视、温控施工效果评价和预警、温控施工智能控制等功能。针对杨房沟大坝在高海拔、干燥、强辐射、大温差地区的特性，该系统结合藏木、黄登的实际工程经验，对系统的整体架构进行扩充与完善，重点对高海拔地区特殊气象条件下的信息采集和传输方法，施工、监测和温控效果分析、评价与预警模型，现场智能通水冷却预测模型、关键控制参数和理想温控曲线模型率定等方面进行改进和优化，满足了杨房沟大坝个性化温控的需要，对杨房沟大坝混凝土质量把控带来了很多便利，大幅减少人工工作量，克服人工凭经验调整阀门通水的缺陷，简化施工步骤，提高工作效率，保证工程质量[5]。

3.5 灌浆实时监控与分析系统

灌浆实时监控与分析系统是为杨房沟水电站部分工程基础部位进行加固和防渗处理的重要技术措施。系统由实时数据监控、数据成果分析、灌后检查等功能组成，通过在线采集、分析、控制智能水泥灌浆信息，并与现代通信技术、数据技术的深度融合。系统的智能控制提升了杨房沟固结灌浆和帷幕灌浆的基础灌浆质量控制水平，并对水利水电工程领域基础灌浆工艺技术进行更加可靠和稳定的探索。

3.6 质量管理APP和安全风险在线管控平台

质量管理APP用于现场质量问题的统一管理，现场建设人员可以通过质量管理APP查看制度文件、质量标准化文件、质量信息统计、工程质量亮点、达标投产与达标创优、质量考核与奖惩等信息，不断对发现的质量问题进行上报和跟踪处理来提升工程整体质量水平；安全风险在线管控平台是定制化构建本工程风险管控措施库，实时调取当前现场安全风险，量化评估安全风险指数，智能分析风险在控情况及管控趋势，实现安全风险动态管控，在循环累积中不断提高项目管理水平。

图4 质量管理APP和安全风险在线管控平台应用

3.7 雅砻江流域iDam安全监测系统

雅砻江流域iDam安全监测系统是用于对杨房沟水电站布置的监测仪器数据进行统一管理的平台，系统由测点管理、监测布置图、评判指标、监测仪器、计算公式、巡检路线、导航设置等功能组成，系统利用网络技术对监测数据进行自动化采集和处理，整个系统中包括监测仪器、数据采集装置、通信线路、计算机系统、系统软件、应用软件等，涉及的主要监测仪器有多点位移计、锚索测力计、锚杆应力计、应变计、渗压计、钢筋计等。

3.8 远程访问SSL VPN系统

远程访问SSL VPN系统是为设计施工BIM管理系统、总承包综合办公平台等系统提供远程访问需求，采用国内主流技术之一的深信服SSL VPN远程接入系统，系统访问采用固定密码和随机验证码双密码认证，拥有较高的身份认证安全级别。

3.9 远程视频会议系统

杨房沟水电站工程虽然采用EPC模式建设，但仍有四个参建单位，由于建设期间需会商的会议频繁，有时需各单位总部后方人员参会等原因，为提高工程管理沟通效率，及时组织各单位相应人员参与重大决策事宜，在四家单位原有的硬件视频会议系统基础上，采用SIP技术协议，以雅砻江公司作为会议中心并采用MCU作为调度主设备，其他单位后方及建设现场按要求作为分会场接入，各单位的视频会议系统都配备了高清视频会议终端、扩音系统、大屏投影显示器、液晶显示器、摄像头、全向麦克风等设备来保障会议效果。

3.10 其他应用系统

杨房沟水电站工程还采用了其他先进的应用软件系统，其中使用无人机航拍测绘地形图和一体化三维协同设计平台，极大地简化了杨房沟EPC工程设计方案比选、设计优化、碰撞检查、三维可视化等工作，提高了出图效率，为BIM系统提供了基础模型和设计数据；地下洞室群门禁及人员定位系统为地下洞室施工区的人员车辆进行智能化管理，降低了作业安全管理风险；地灾预警预报系统为最大限度降低地质灾害发生时对人员、设备造成的伤亡及损失；塔机防碰撞系统为防止复杂施工环境下多塔吊作业时发生碰撞，对工地特定区域内的多台塔吊进行路径防碰撞报警及保护[6]。

3.11 通信传输系统

杨房沟水电站工程的内部通信传输系统采用光纤星型结构组网，以总承包项目部局域网为数据中心节点，用点到点通信光缆专线向工程建设范围内的多个参建单位局域网和施工区局域网进行辐射[7]。设计施工BIM管理系统、总承包综合办公平台、施工期视频监控系统、大坝混凝土智能温控系统、灌浆实时监控与分析系统等主要系统的服务器均位于总承包项目部局域网，施工区局域网内布置的视频监控摄像头、智能温控监测设备、智能灌浆控制设备、平板电脑、手机等设备可将采集的数据与中心节点服务器进行交互通信，其他参建单位通过内网就能快速访问中心节点的多个系统数据。该星型结构组网可满足多个参建方对多种系统的使用要求，有利于减少通信故障率、提高数据交流效率。其中，重点对电站施工区局域网进行建设，施工区局域网采用4芯单模光缆作为主干光缆，支线光缆以指挥中心为汇集站点，支线光缆根据需要延伸到左右岸坝肩各对应高程、上下游围堰处、地下厂房、砂石料场、机电仓库等相应位置，实现对这些重点施工区域的有线和无线网络覆盖。

4 结语

杨房沟水电站工程信息化系统技术应用在全国水利工程建设信息化管理方面具有领先地位，特别是针对大型水电工程EPC项目技术难度大、牵涉面广、不确定风险因素多、设计施工周期长、技术质量与安全风险相对突出的难点，杨房沟水电站工程有效地利用多种应用系统、通信传输系统、自动控制技术、无人机等信息化技术，实现了国内首个采用EPC模式大型水电站项目建设全过程信息化、标准化管理的目标。