关于水利信息化建设的思考

2023-04-05库智亮

智能建筑与智慧城市 2023年2期

库智亮

（湖北大禹建设股份有限公司）

1 引言

信息化建设是现代水利工程建设的重要构成部分，在传感器、物联网、水利卫星通讯站、大数据处理方法、现代测绘技术、水情数据库等配套信息化技术应用的基础上，水利信息化建设的力度与深度不断精进，水质、水量、水位、水情等实时数据得以动态收集与有序组织管理，有力支撑着水利工程地质三维模型建立、地表形变监测、水质污染分析、汛期洪灾风险评估与预警等综合研判与水利应用，为当地水环境保护、水污染防治、水灾害预警等提供水利水情大数据与多样化的业务功能应用，以良好的水利信息化建设提高水利工程的实质性运营效益。水利工程施工涉及碾压混凝土重力坝、土石坝、弧形闸门等关键环节，施工过程还需关联农村饮水工程、灌区续建配套与节水改造、小农水等诸多要素，施工技术难度较高，是当前水利工程建设面临的痛点与难点[1]。

2 水利信息化技术的优势

2.1 精准收集数据

水利工程建设有赖于地质、地形地貌、水文、气候以及社会经济条件等一系列数据作为基础数据。在水利工程施工阶段，可依托在线液位计、在线SS检测仪等对工程场区的雨量、流量、水位、水质等水文参数进行在线动态监测与数据收集，为水利工程施工组织设计、施工进度管控以及水资源高效利用提供动态水利数据。

2.2 灵活利用数据

将信息技术应用到水利工程建设的施工环节中，以数据的自动采集、大容量数据存取和处理、智能化信息提取、动态互操作、地理信息系统等为技术基础，全面、及时地采集所需数据并高效组织与管理。以数据为核心，为水利工程建设的业务应用、工艺实施、现场管理、质量管控等提供多样化的功能支持。例如，依托GPS技术建立水利工程场区控制网，通过定点点位策略获取场区目标的精确点位三维空间数据，利用计算机辅助制图软件与GIS软件对水利工程场区的地形图、地质图快速矢量化，利用三维建模软件对场区地质、钻孔、测井、地球物理数据加以综合，构建数字化三维仿真地质体，支持水利工程的地质环境空间数据管理、地质解译、地质构造分析等业务应用。

2.3 高效管理数据

水利工程建设以及施工管理中涉及诸多数据，包括基础测绘数据、传感器监测数据、工程进度数据、材料采购数据、设备使用登记数据等，利用数据库管理系统对上述结构类与非结构类数据进行管理，形成对数据资源体系的整合共享。在结构化数据管理方面，可对水库、河道、控制站、水闸等对象的数据进行管理，以水闸为例，包括其设计参数、泄流能力曲线、工程特性、效益指标、闸孔特征值等。在非结构化数据管理方面，水利工程建设与运营过程中会产生大量的数据资料，如设计图纸、文件、合同、计划表单等，传统数据管理模式下图纸之间难以有效关联，工程施工资料分散在各计算机系统中，电子资料管理集中度不高，信息共享困难。依托信息化技术将水利工程建设与施工的非结构化资料进行整合，通过文档附件实现资料的对应式组织与存储，利用云存储的大空间对水利工程施工中形成的声像资料进行管理，同时利用权限设置与角色分配控制数据的管理用户，有效保障水利工程建设相关数据的安全性。

3 传统水利工程施工管理存在问题分析

3.1 管理机制不健全

水利工程施工管理应以完备的组织体系为基本保障，通过层级分明的水利工程施工质量控制责任制，确保质量控制工作与职责分解到具体责任人。但当前由于水利工程项目涉及溢洪道、站房、节制闸、进水闸、电气、金属结构等诸多分部分项，水利工程通常采取总包与分包的管理与施工模式，即由总包单位对水利工程的整体质量进行控制与把关，将水利工程按照施工内容等进行分包，由各分包单位负责具体内容的施工作业。在分包制管理模式下，总包单位对工程细部的现场管理、质量审核、进度管控力度不够，而各分包单位施工现场管理的职责与权限存在划分不清、界定不明的模糊性与随意性，工程施工现场协同管理、有机配合程度较低。

3.2 施工前期管理不规范

水利工程通常采取公开招标、邀标等方式优选施工单位，建设单位前期编制的施工组织设计与中标后施工单位编制的施工组织设计会存在一定的差异，施工单位在综合权衡自身人力、物力以及施工时间等现实条件下所编制的施工组织设计难以充分体现建设单位对水利工程项目管理的职能。同时，施工单位在自身利益的驱使下，所编制的施工组织设计方案对水利工程量细化不足、对施工材料未清晰列明，施工单位在具体材料采购与工程量申报结算时就可能出现选材滥竽充数、品控不佳、工程量虚报、质量管控无从抓手等问题，影响水利工程施工质量与施工成本。

3.3 工程设计质量与责任脱节

水利工程的施工作业是对工程设计内容的延续，需要充分彻底的设计交底工作保障工程设计与工程施工在信息与数据层面的高度共享，切实把控水利工程的施工质量。若是施工单位在施工前不注重与设计单位开展设计交底工作，其施工作业的内容极有可能与设计内容不符，施工工艺的实施标准也可能因误差或问题而与设计单位的预期设计产生偏差甚至质量问题，进而导致工程重新返工与整改。同时，设计交底不彻底将会导致水利工程施工方与设计方存在质量管控责任脱节的问题，质量问题出现时易出现推诿扯皮现象，影响水利工程的施工进度。

3.4 施工要素管理问题

人员、机械、材料等均是水利工程施工管理的重要因素，也是水利工程施工管理的重要抓手。如对施工材料采购应详细记录采购人、采购量、采购时间、采购单位等数据，强化对材料采购的监管力度；材料保管也应当注意储存场所的布设，若将待安装的电气设备设施贮存在湿度较大的环境下，电气设备易受潮，干扰电气设备装置的绝缘性，进而为水利工程的电气安装管理与后续投运带来潜在的安全隐患。施工人员是水利工程施工质量控制管理中的具有高度主观能动性的主体，不少施工单位通常会采用削减项目部管理人员的方式来减少项目建设成本，或聘用专业性不足、质量管控能力较弱的管理人员参与水利工程施工质量控制，导致水利工程施工质量管控工作落实不到位。还有不少施工企业在对施工人员的从业资格证书等进行查验时审核不严，施工人员的专业技能不足，或进场前对相关施工人员培训不到位，施工人员在现场浇筑、电气安装等施工作业时均会影响水利工程的施工质量。

4 水利信息化建设在施工中的应用

4.1 完善水利工程勘察设计

将现代信息化技术应用到水利工程施工中，在施工环境勘察方面，通过点位测设用于对水利工程所在的目标区域中各个布点的经纬度与高程进行精准测量，并以此为基础进行点位连接形成目标区域空间分布图，据此分析目标区域的大小与形状，为水利工程的设计与施工提供精准的三维空间坐标测绘数据。控制测量主要用于对水利工程所在地的地形地貌特征加以精准测绘与三维刻画，帮助水利工程的设计与施工人员提前对施工场地内复杂的地形地貌条件进行掌握，以便以此为基础设计出更为科学、合理的水利工程图纸以及施工组织计划方案等。在工程设计方面，可利用BIM技术对水利工程中各个对象如出水管道、引水渠等进行三维仿真建模，对各对象的属性参数进行精细化设计，并利用结构计算与碰撞测试等检查工程对象设计中存在的不合理之处并加以参数调整，利用良好的属性图形关联机制实现参数调整下三维模型的自动渲染与更新，为水利工程设计方案的优化与完善提供技术支持。

4.2 图纸会审与技术交底

在对水利工程对象各构件逐一设计后，可利用BIM技术对各构件三维仿真模型进行碰撞测试与错误检查，经结构计算与空间分析找到各构件拼装时存在的结构交叉、重叠、碰撞等问题，并通过调整构件三维仿真模型的属性参数或空间结构，优化构件的设计方案，提高构件设计的合理性与可行性。例如水利工程中的桥墩由桩基、承台、托盘、顶帽、牛腿、垫石等构件组成，在对各构件三维建模后，可利用结构分析方法检测各构件的空间结构交叉状况，帮助设计人员与施工人员提前规避构件不匹配问题。同时，依托BIM技术的结构计算分析模型，结合水利工程的几何结构、材料等测算出铁路桥梁的荷载，以便合理利用预应力技术，量化测算灌浆量，有效控制预应力筋的伸长值在一定阈值范围内。

4.3 把好水利工程施工进度与质量关

在水利工程的施工控制阶段，在进度控制方面，总承包商预先利用信息化技术对施工现场进行模拟，对WBS施工任务分解，构建施工进度管理4D模型并编制总进度计划，将总计划共享给施工单位，由各参建施工单位自行编制子进度计划与日进度计划；各施工单位预先在BIM平台中进行三维施工进度模拟与技术交底，并通过实际进度与计划进度的对比向总承包商汇总子项目进度。水利工程现场技术人员可以根据模拟结果优化施工工序排布。在现场施工过程中，施工单位需将项目实施进度定期录入到BIM平台中，通过计划进度与实际进度的对比，可直观向建设方、监理单位等展示施工进度，便于其了解工程是否按期施工、施工进度是否存在异常、异常原因为何、施工过程中是否存在有待协调的难点等。在质量控制方面，现代信息技术的引入与应用可有效弥补水利工程施工在人员、材料、机械设备等施工要素的管理漏洞，如将原材料采购计划、采购清单、采购资金等录入到工程信息管理系统中，有效监管原材料的供货品质，通过材料分批检验与结果录入规避不合格材料供应商继续供货；将所有劳务人员的资质证书、技能凭证、培训情况等录入到工程信息管理中，确保水利工程的施工人员、管理人员持证上岗，保证水利工程施工质量；将水利工程按分部分项设计施工流程，将施工作业内容、作业人员、作业状况等完整录入到工程信息管理系统中，动态监管水利工程施工过程与施工质量。同时，总承包商依托管理系统编制项目施工质量控制总体计划，将总计划共享给施工单位，由各施工单位自行编制施工质量控制计划，构建基于质量管理的6D系统，经质量自检后提交报验申请表，由总承包商负责对申请表进行核验，检查工程施工质量，并联合建设方进行施工质量检验审批。