信息化技术在南水北调中线工程装配式维护中的应用

2022-09-15石文明刘亚丽张撞撞

水科学与工程技术 2022年4期

石文明，刘亚丽，张撞撞

（1.中国南水北调集团中线有限公司，北京 100038，2.中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450001）

截至2021年6月底，南水北调中线一期工程累计调水入渠量379.46亿m3，直接受益人口超过7900万人，其中河南省2400万人。南水北调中线一期工程从丹江口水库陶岔渠首闸引水，沿线经过河南、河北、北京、天津，在京广铁路西侧蜿蜒北上，到北京、天津，输水干线全长1432km。渠道分别采用预制六棱框格防护、干（浆）砌石防护、锚喷支护、现浇混凝土框格等多种边坡防护形式，同时设置有纵向、横向、斜向排水沟，巡视台阶，混凝土坡肩，路缘石等多项混凝土设施。这些设施自2014年12月12日建成后，由于工程设施维护受施工、天气、外力等影响，混凝土病害时有发生，其中渠道工程维护工作量最大，查险和维护工作量逐年增大。

如何利用科技手段第一时间发现工程存在隐患，已成为工程管理人员研究的课题。信息化查询系统就是针对传统的人工巡查、手工记录、电话报告的工作方式研制开发的。该系统采用无线电数据传输技术，将硬件巡检设备、软件管理模块配合WEB信息发布服务模块，实现了查险计划、查险人员、隐患数据、查险图片、维护施工等有机统一管理，实现信息化装配式维护显得尤为必要。

1 传统查险和维护存在问题

中线干线工程线路长，站点多，需要沿线数千名工作人员日常工作常年沿渠巡查隐患，才能更好地保障通水安全。由于渠道线路长、建筑物间隔距离远，根据近几年的沿线查险情况，混凝土病害点位多、分布零散、类型多。工程查险是一项辛苦且需要强烈责任心的工作。目前，工程沿线普遍采用人工巡查、手工记录、电话报告原始工作方式，操作过程存在着人为因素多、记录不规范、信息传递速度慢、查阅不方便等问题，不能第一时间获得险情和维护施工中的信息，难以对查险的工作状态和维护施工过程进行动态跟踪管理。

2 系统设计关键技术

2.1 基于GPRS/GSM上报和支持同一地点发生不同事件上传

本系统是基于GPRS/GSM的无线手持设备，该设备具有拍摄险情、照片编辑或绘制险情示意图等功能，并能将生成的图片和照片，通过无线网络实时传送到分局服务器，并在WEB页面中实时发布。系统支持查询数据实时上传的巡检器，该巡检器支持同一地点发生不同隐患，满足查险的实施性需求。

2.2 数据库与中线信息化平台标准一致

该系统与南水北调信息化平台，标准相一致，系统设立元数据库，把数据库和界面应用系统分开，避免直接访问造成系统隐患，其次系统信息分类和编码标准可采用“智慧中线”的信息中线工程的系统进行数据共享。

2.3 基于组合论的经典数学模型建立

系统算法基于组合论的“组合数学”和“智能排队”中的经典数学模型建立不同部位的数据信息。系统采用三层结构体系，即数据库管理层、数据驱动平台和系统界面层，所有的先进信息都可实时地从数据库中调用，数据驱动平台是系统的核心，一方面可以保证系统可扩展性，另一方面不仅可以为本系统服务，其他应用系统也可以使用。该平台的功能保证了系统之间的无缝连接，也可以降低推广应用建设成本。该系统包括硬件系统、软件系统、网页发布系统三部分。总体结构如图1。

图1 工程巡查处理系统三层结构

3 工程查险运行实施

目前，中线干线已形成了沿线分局有平台、深挖高填方区有检测仪器、建筑物能可视的比较完善的全线信息化管理系统，在此基础上，增加无人机、水下机器人、无人船配合沿线监测设施，构筑一体化系统平台。该平台与南阳、河南、河北、天津分局的下属各个管理处及巡查人员手机工程监测设备，在每年年终以管理处为单元对各个区段的工程设施病害进行评估巡察，将发生的混凝土病害、出现问题严重程度及工程量大小等通过视频、图片反馈到管理站平台，由各个分处的平台再反馈到各个分局，有分局商务部组织编制招标文件实施修复和维护。

该系统采用IT技术、移动技术、GIS技术、工作流引擎、机器学习等先进技术，贯穿发现问题—问题上报—受理—处理—消缺整个过程，实现了巡检有计划、过程有监督、事后有分析、处理可追踪。工程巡查系统上线后，真正知道了自己该干什么、如何干、干到什么程度、发现问题怎么办，因为中线工程自动化、通信、网络、机电（金结）、电力和消防6大专业的管理标准、工作标准和技术标准，与工程巡查APP系统深度对接，工作流程简化，工作效率大大提高了。从而为每一年工程设施的损坏情况进行统计分析，并考虑时间序列，利用质量统计分析手段巴雷特图法分析病害产生的主要原因、次要原因，为维护施工打下良好基础。

4 智能建造装配构件

中线工程混凝土构件有数量大、类型多；尺寸碎、外观细；有饰面、多畸形等特征。主要包含路缘石预制构件、纵横向排水沟预制构件、斜向排水沟预制构件、一级马道错车平台预制构件、巡视台阶预制构件、六棱块预制构件等，其中路缘石预制构件可通过拼接、组合形成渠道边坡横向排水沟、巡视台阶等多种型式（如表1），借助信息化技术在南水北调工程装配式维护中的应用，实现了“一石多用”。

表1 装配式预制构件标准化模型

通过对渠线工程检查信息汇集和统计，基于信息平台分析，将各个工程部位的病害信息分类，然后在各个分局设立装配式施工一体化设计和施工工厂，各个部分的构件在工厂按信息提供数据、技术参数、尺寸，预制工厂采用标准化、精细化管理设计预制，减少了不必要的误差和损耗，严格控制了建造质量。其制作工艺流程如图2。

图2 装配式混凝土预制构件制作工艺流程

5 装配施工信息化

利用互联网引导运至装配地点。由于装配构建型号多、传递路线长，施工过程中容易出现信息传递错误。BIM 技术则有效避免了这一缺陷，通过BIM 信息平台的交换，能准确有效地进行数据交换，BIM技术模型的建立易于理解，施工过程中可有效控制偏差，及时调整计划，保证施工过程按照计划顺利进行。另外，BIM 技术可将装配式所用构件的尺寸、规格类型等信息储存在BIM 设备上，及时传递施工中的信息，优化整合资源，实现集约化生产和信息化管理，避免了构件生产过程环境影响，现场施工场地局限性而造成过多运输和堆放。

通过BIM模型设定破损拆除部位，将拆除的废旧构件和混凝土再处理，生产出再生混凝土，加工预制件，实现绿色建材施工，解决了常年维修、年年拆除、年年报废的局面，减少了噪声、废物废水排放等污染建筑垃圾和污染物排放，相对传统施工而言，更加绿色环保，质量有保证，后期维护成本低。

装配式构件的规模化集约式生产，采取机械化、智能化安装，降低了整个施工维护设施生命周期内的碳排放。随着“碳中和”与“碳达峰”发展目标的提出，装配式绿色环保施工的优势将进一步凸显。