关于我国水电工程智慧发展标准化建设的思考

岳 蕾，冯 奕

(1.水电水利规划设计总院，北京 100120；2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611130)

1 水电工程智慧发展形势和挑战

目前，全球大数据产业正值活跃发展期，随着云计算、大数据、物联网及人工智能等现代信息化技术(信息技术、数据技术与传感技术等)的快速发展，数据资源成为水电工程建设和运行维护的重要基础性资源和创新要素，信息化技术与水电工程深入融合，并在流域安全应急处置上发挥更大的作用。我国水电工程，尤其是大中型水电工程项目建设，呈现出智慧化技术演进与应用创新并行加速推进的特点，数字化、信息化智能技术已在工程建设中广泛应用，水电行业的信息化、数字化、智能化转型全面开启。

1.1 糯扎渡水电站

糯扎渡水电站在国内率先运用了数字大坝管理系统，在施工过程中运用“数字大坝”技术[1]，实现高心墙堆石坝碾压质量实时监控、坝料上坝运输实时监控、PDA施工信息实时采集、土石方动态调配和进度实时控制及工程综合信息的可视化管理。同时还建立了由自动化数据采集系统、通信系统、安全监测信息管理与综合分析系统等几个部分组成安全监测自动化系统，涉及心墙堆石坝、导流洞、溢洪道、泄洪洞、引水发电系统及相关工程边坡等的安全监测[2]。

1.2 锦屏一级水电站

锦屏一级水电站的大坝建设采用了拱坝施工实时监控和智能温控系统[3]。大坝混凝土施工质量与进度实时控制系统，实现了混凝土施工仓面信息、混凝土原材料检验信息、混凝土试验检信息、混凝土生产信息、缆机运行信息、坝体混凝土温度信息、灌浆信息、施工进度信息等与质量和进度紧密相关的信息实时采集、传输、储存、共享与反馈分析，开展了全坝全过程的实时质量监控和施工仿真与反馈分析。此外，根据工程特点，结合科学研究和现场深化试验，创新实践了智能温控系统，避免大坝出现裂缝。

1.3 白鹤滩、乌东德水电工程

白鹤滩、乌东德水电工程采用基于“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制理论，构建了以工程建设资源要素动态精准管理、业务流程数字化管理、工艺过程智能控制、实物成本精确分析、结构安全与进度耦合分析及联动调控的数字化技术和智能化技术[4]，实现了施工工艺过程、关键业务流程的智能监测、智能分析、智能调控，提升了工程建设管理水平和管理效益。

1.4 金沙江上游苏洼龙水电站

苏洼龙水电站在施工过程中建立了堆石坝填筑施工精益化管理系统、现场实时图像视频监控系统、质量验收系统等信息系统，采取动态采集和数字化处理的方式对各类施工质量信息和施工进度信息进行采集和处理，构建三维虚拟模型，利用数字化信息平台将空间信息更加直观的表现出来，并在虚拟的“精益化施工管理系统”环境下，实现了各类工程信息的集成化、可视化[5]。

综上所述，可知数字化、信息化、智能化对于提高水电工程建设质量与速度，提升工程管理水平及流域安全应急处置水平起到了重要作用，促进了我国水电工程的安全健康快速发展，并有效释放了水电工程建设和运行的创新活力。但是，目前水电工程信息化和智能化建设大多处于自发使用状态，没有实现设计、施工和运行维护等不同阶段的协同，标准化程度相对低下，与我国水电工程技术发展水平明显不符。同时，面对信息数据的流动性等特性，水电工程数据安全面临的风险和挑战也不能忽视。

2 国内外水电工程智慧建设标准化的基本情况

2.1 国外标准化情况

国外工程领域一般集中在建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)标准体系，未形成专门针对水电工程智能化的标准体系。

2.1.1 国际标准化组织的BIM标准

国际标准化组织(International Standard Organization，ISO)自1994年以来，陆续发布了11项与BIM相关的系列基础标准，供各国加以遵循，形成了一套内容不同但形式统一的具体标准、指南。ISO发布的BIM标准如表1所示。

表1 ISO发布的BIM标准

2.1.2 国际对象管理组织BIM标准体系

国际对象管理组织(Object Management Group，OMG)，2004年发布了“业务流程建模标记第1版”(Business Process Modeling Notation (BPMN) V1.0)；2011年又发布了“业务流程建模标记第2版”(Business Process Modeling Notation(BPMN) V2.0)。作为流程图的描述方法，BPMN整合了早期模型标注方法的优质理念，具有可直接转换为业务流程执行语言、可基于XML方法进行流程控制等优点，已成为IDM流程图的绘制基础。

OMG针对BIM技术，提出了指导业务流程的标准规范。

2.1.3 美国BIM标准体系

美国是较早启动建筑业信息化研究的国家，发展至今，BIM研究与应用都走在世界前列。目前，美国已发布了系列BIM标准、指南。

美国主要的BIM机构及相关标准有

(1)美国总务署(General Service Administration，GSA)。GSA负责美国所有的联邦设施的建造和运营。早在2003年，为了提高建筑领域的生产效率、提升建筑业信息化水平，GSA下属的公共建筑服务(Public Building Service)部门的首席设计师办公室(Office of the Chief Architect，OCA)推出了“国家3D-4D-BIM计划”(GSA’s National 3D-4D-BIM Program)，国家3D-4D-BIM计划的目标是为所有对3D-4D-BIM技术感兴趣的项目团队提供“一站式”服务，虽然每个项目功能、特点各异，但OCA将帮助每个项目团队提供独特的战略建议与技术支持。2007年GSA又发布了“BIM指南”(BIM Guide)，指南包括空间规划验证、4D模拟，激光扫描、能耗和可持续发模拟、安全验证等内容，这对于规范美国BIM应用起到了重要作用。

(2)美国陆军工程兵团(U.S.Army Corps of Engineers，USACE)。USACE隶属于美国联邦政府和美国军队，为美国军队提供项目管理和施工管理服务，是世界最大的公共工程、设计和建筑管理机构。2006年10月，USACE发布了为期15年的BIM发展路线规划“建筑信息建模：美国陆军工程兵团军事建设转型和土木工程项目实施路线图”(Building Information Modeling:A Road Map for Implementation to Support MILCON Transformation and Civil Works Projects within the U.S.Army Corps of Engineers)，为USACE采用和实施BIM技术制定战略规划，以提升规划、设计和施工质量和效率。

2.1.4 英国BIM标准体系

英国标准协会(British Standards Institution，BSI)发布的BIM标准如表2所示。

表2 BSI发布的BIM标准

除BSI之外，英国皇家特许测量师学会(Royal Institution of Chartered Surveyor，RICS)、英国“AEC(UK)BIM标准”项目委员会(British“AEC (UK)BIM standards”project committee)等机构也发布了BIM标准。例如，2014年RICS发布“国际BIM实施指南第1版”(International BIM implementation guide V1.0)，2015年发布“面向成本经理的BIM∶BIM模型的要求第1版”(BIM for Cost Managers:Requirements from the BIM Model V1.0)”；2010年英国“AEC(UK)BIM标准”项目委员会发布“英国BIM标准第1版”(AEC(UK)BIM Standard V1.0)，2012年发布“英国BIM标准第2版”(AEC(UK)BIM Standard V2.0)。

2.1.5 日本BIM标准体系

日本于1995年开始大力推动建筑业信息化。在此之后日本便发布了建筑信息化标准“日本式产业信息化标准”(Continuous Acquisition and Lifecycle Support/Electronic Commerce)。2012年日本建筑学会(Japanese Institute of Architects，JIA)正式发布了“日本建筑学会BIM指导路线”(JIA BIM Guide line)，明确了BIM组织机构以及人员职责要求，从BIM团队、BIM数据处理、BIM设计流程、应用BIM进行预算、模拟等方面为日本的设计院和施工企业应用BIM提供了指导。

综上所述，国际和国外主要标准化组织在交换存储、分类编码、交付集成、应用指导四大组成内容的基础上，建立并不断完善BIM标准体系，广泛应用于工程建设领域，但并未针对水电工程领域建立专门的行业信息化标准体系。

2.2 国外相关技术组织情况

国外和国际标准化组织并未针对水电行业建立相应的技术组织，按照国际惯例，水电工程属于大土建范畴，在工程建筑领域的主要国际信息化技术组织有：

(1)建筑信息组织(ISO/TC59/SC13)。ISO是一个全球性的非政府组织，也是目前国际标准化领域中最具权威性的国际标准化专门机构。20世纪90年代，ISO成立了专门的技术委员会—建筑信息组织(ISO/TC59/SC13)，致力于建筑领域信息组织标准化、规范化工作。

(2)国际对象管理组织(Object Management Group，OMG)。OMG是一个致力于建立程序、系统和业务流程的建模标准的国际协会。

(3)英国BIM工作小组(BIM Task Group)。2001年由英国内阁办公室公布了BIM技术相关的“政府建设政策”(Government Construction Strategy)，在强而有力的政府建设策略的支持下，英国首先成立了BIM工作小组(BIM Task Group)，研究以美国为主的BIM执行标准与流程，并重新定义电脑辅助设计(Computer Aided Drafting，CAD)与BIM的关系，将BIM的技术成熟度分为0～3四个等级，并由英国标准协会(British Standards Institution，BSI)发布了不同等级应符合的标准。BSI是英国的国家标准组织(the UK’s National Standards Body，NSB)，同时也是首个国家标准机构，主要负责制定和贯彻统一的英国标准(British Standards，BS)等工作。

2.3 国内标准化情况

目前，我国水电领域信息化相关标准较少。国家标准8项，现行有效；行业标准21项，其中，现行有效7项，正在编制14项。我国水电领域信息化标准具体见表3。

表3 我国水电领域信息化标准汇总

2.4 国内相关技术组织情况

2.4.1 全国标准化技术委员会相关情况

我国在信息化领域建立了26个全国标准化技术委员会，涉及林业、新闻出版业、气象、物流、审计、财政等多个行业领域。其中与水电行业信息化密切相关的标准化技术委员会主要有信息技术、信息分类与编码、电站过程监控及信息、电力系统管理及其信息交换等4个全国标准化技术委员会(见表4)。但在水电工程领域未建立相关技术组织。

表4 全国标准化技术委员会情况

2.4.2 行业标准化技术委员会相关情况

与水电行业信息化最为密切的行业标准化技术委员会是电力行业水电站自动化标准化技术委员会(DL/ TC 17)，目前为第5届，秘书处挂靠在中国水利水电科学研究院。负责归口我国水电站自动化方面的电力行业标准制定、修订工作，具体包括：①发电机励磁系统的相关技术标准；②水轮机调速器的相关技术标准；③水电站计算机监控系统的相关技术标准；④水调及水情自动测报系统的相关技术标准；⑤机组自动化元件的相关技术标准；⑥水电站自动化相关的专业技术标准，例如，火灾报警装置、工业电视等；⑦抽水蓄能机组自动化的相关技术标准。

3 存在的问题及下一步工作建议

3.1 水电工程智慧发展标准化存在的主要问题

结合当前水电工程智能发展面临的形势和挑战，在梳理我国水电行业和水电密切相关的水利行业相关标准的基础上，我们看出目前水电工程信息化领域标准化工作存在以下主要问题：一是相关标准较少、标准体系性不强，标准制定工作缺乏统筹协调。二是术语定义、图示表达、分类分级等基础性、通用性标准尚不完善。三是部分关键标准亟需制定，如数字电厂、数字流域、数字安全等重要领域标准几乎空白，对水电工程智能建造和智能监测等重点领域高质量发展的支撑作用有待加强。

3.2 下一步工作建议

一是应以“行业发展 标准先行”原则，加强水电工程智能化标准体系顶层设计，加速构建水电工程数据安全保障和信息化、智能化体系，充分发挥标准的基础引领作用，为保障水电工程数据安全、助力水电行业智能化高质量发展提供有力支撑。

二是在《水电行业技术标准体系》(2017年版)的基础上，进一步梳理研究水电工程信息化现有国家标准、行业标准，并在此基础上根据水电工程信息化发展需求，按照需求导向、先进适用、急用先行的原则，系统推进相关标准的制修订工作，优先开展基础通用和关键技术标准的编制，切实发挥信息化标准在推动水电行业高质量发展中的支撑和引领作用。