大型水电工程数字化建管技术应用研究

摘要：水电工程建设普遍存在设计不精细、计量不精准、变更频繁、管理粗放、竣工资料不全不实等难题。依托五强溪水电站扩机工程建设，研究和探讨集成应用5G、BIM、云、物联网、电子签章等数字化技术赋能水电工程，制定了水电工程数字化标准体系，并开发了业务和参建方全覆盖的水电工程数字化管控平台。结果表明：集成应用数字化技术是提升水电工程管控水平的重要手段。

关键词：水电工程数字化建管技术5G+云物联智慧工地

ResearchontheApplicationofDigitalConstructionandManagementTechnologyinLargeHydropowerProjects

LIUMingxi1XIAOQizhi1DENGPengcheng2YANGYong1

1.WuqiangxiHydropowerPlant，WulingPowerCorporationLtd.；2.WulingPowerCorporationLtd.，Changsha，HunanProvince，410004China

Abstract：Therearemanyproblemsinhydropowerprojectconstruction，suchasimprecisedesign，imprecisemeasurement，frequentchange，extensivemanagementandincompletecompletiondata.RelyingontheexpansionprojectconstructionofWuqiangxiPowerstation，theintegratedapplicationofdigitaltechnologiessuchas5G，BIM，cloud，InternetofThings，andelectronicsignaturetoempowerhydropowerprojectshasbeenresearchedanddiscussed，thedigitalizationstandardsystemofhydropowerprojectshasbeenformulated，andthedigitalcontrolplatformofhydropowerprojectshasbeendevelopedwithfullcoverageofbusinessandparticipatingparties.Theresultsshowthattheintegratedapplicationofdigitaltechnologyisanimportantmeanstoimprovethecontrollevelofhydropowerprojects.

KeyWords：Hydropowerengineering;Digitalmanagementtechnology;5G+Cloudiot;BIM;Smartsite

五强溪水电站扩机工程（以下简称“五扩工程”）利用原五强溪水电站大坝和水库，从右岸增加两条引水隧洞，新增装机容量500MW（2×250MW）。输水建筑物主要有进水口、引水隧洞、调压室和压力管道，厂区建筑物主要有主厂房、下游副厂房、主变场和尾水渠。五扩工程施工区域狭小且高差大、技术难度高、历时周期长、参建单位多、人员设备流动性大，日常风险巨大；同时，随着国家对大型水电工程管控要求越来越高、压力越来越大，需要科学、有效的手段来保障工程安全高效建设。面对五扩工程建设环境复杂挑战，以及水电工程设计不精细、计量不精准、变更频繁、管理粗放、竣工资料不全不实等共性难题，五强溪扩机项目部探索数字化建管技术，有力提升了五扩工程管控水平。

1水电工程数字化建管技术体系

水电工程数字化建管体系主要涵盖水电工程数字化标准体系、工地5G+云工业互联网基础设施应用体系、建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）设计施工一体化的应用体系、水电工程数字化管控平台和智慧工地建设体系5个方面。

1.1水电工程数字化标准体系

首次提出并编制了涵盖数据规范、编码规则、模型规范3类系列标准与应用平台、数据中心、质量验评、数字化交付共14本企业级标准，有效指导了五扩工程数字化建设与应用，保障了工程数字化建设一致性和规范性，统一了数据纳管与编码规则，规范了平台开发、数据中心建设、BIM应用等内容[1]。

1.2工地5G+云工业互联网基础设施应用体系

开展了水电工程5G组网基础性研究，提出以公有专属云的方式建立基于“5G+云架构”的工程管控数据中心，统一纳管项目BIM数据、现场监测感知数据、工程建管业务数据、图档资料等数据，实现工程数据安全和高效共享，如图1所示。

1.3BIM设计施工一体化的应用体系

利用同一套模型开展设计阶段的碰撞检查、方案比选、三维计算分析和三维出图，以及施工模型阶段的分仓设计、仿真模拟、工程量统计等应用验证，打通了设计和施工一体化的BIM应用技术路径，为BIM设计、施工、竣工和运维的“一模到底”应用奠定了基础，如图2所示。

1.4水电工程数字化管控平台

围绕“安全、质量、进度、投资、环保”五个维度，协同“业主、设计、施工、监理”四方，构建了一个“业务可视化、管控协同化、决策数据化”的工程数字化管控平台。管控平台共有20个模块、176项功能及相关App应用，上线主要模块有项目门户、个人工作台、安全、质量、进度、投资、生态、监理、设计、材料、设备、信息、档案、移民及工地智能监管等，涵盖了水电工程建设业务链条各管控要素，同时还实现了电子签章功能[2。平台汇集管理和物联实时数据，实现工程全要素数据统计分析，为参建各方提供互联互通和信息共享协同办公环境，全面支撑工程管理，提升了工程管控效率和质量。

1.5智慧工地建设体系

五扩工程集成了高清群组智能视频、智能门禁道闸、人员智能安全帽、车载定位装置、塔机监测装置、洞室自动收敛监测、混凝土温控等物联系统，建立了全封闭管理、全天候监测、全方位监控、全区域监管、全过程把控、重点部位精准计量和重点区域实时管理的智慧工地体系。其中，全封闭管理包含智能门禁和车辆道闸，全天候监测包含塔吊管理和爆破监测，全方位监控包含高清AI智能摄像头和全景监控，全区域监管包含噪音监测和污水处理，全过程把控包含混凝土生产管理和砂石生产管理，重点部位精准计量包含智慧地磅和三维点云模型，重点区域实时管理管理包含关键区域步控和有限空间作业监测。由此可见，该体系纳管了“人、机、料、法、环”全要素内容，在工程管控重点区域取得了较好的应用效果，提升了工地现场安全文明施工水平[3]。

2创新点与成效

2.1打通BIM全生命周期应用技术路径

现阶段，大中型水电站在设计阶段和施工阶段中均应用BIM技术，但是，两阶段模型以翻模为主，无法在工程前期对项目实施起到指导作用，且设计BIM和施工BIM间不互相继承，数据相互隔离，无法实现数据的有效传递继承。本项目通过协同业主、设计、监理和施工单位，在项目初期建立BIM编码、分类、应用等方面的标准，指导工程设计和施工阶段BIM模型创建和应用工作。设计单位开展工程全专业和全阶段的正向设计，从项目可研阶段到施工详图阶段，利用模型开展设计优化、方案比选、概算核算、碰撞检查、正向图纸输出和多专业协同校审，让BIM在项目前期即可发挥重要指导作用[4]。施工过程中，通过统一的编码和模型拆分原则，将设计模型移交到施工阶段进行深化应用，开展施工计量、方案模拟、结构计算等应用，并利用数字化平台汇总和展示各阶段BIM应用数据，打通设计到施工阶段BIM数据的传递，为BIM在工程设计和施工阶段发挥更大价值及工程后续数字化移交奠定基础。

2.2多源异构数据集成能力突出

在传统水电工程中，物联管控设备应用暂未全面普及，且功能偏向问题后期追溯和项目形象展示为主，应用和覆盖范围有限。本项目通过接入现场视频监控、安全监测、环境监测、混凝土生产监测、人员车辆门禁、人员定位、车辆定位、塔吊监测、爆破振动监测等数10种物联数据，并通过研发标准HlK+xPIp2BzFcOEjaKPtyHYOVJbNFWAR1UGZ3rvLNN0=化和结构化数据、流媒体数据与消息队列数据接口，支持物联系统中多源异构数据采集纳管，数据通过水电工程数字化管控平台进行整合和分析展现，实时反映施工现场状态，提升现场管控和决策能力，打造了“五全两重点”的智慧工地解决方案，支撑工程现场“四核三实两查一放行”智慧工地管理方式实现。

2.3多技术融合应用创新

传统水电工程建设期间，信息技术应用较为单一，未开展大范围与新技术的融合应用，无法实现工程建设全面数字化管控覆盖，综合管理、分析和应用效果不显著。本项目通过建立5G高速移动网络，实现施工区以5G为核心的高速通信网络的全面覆盖，解决工地组网综合布线难的问题。利用5G超高速率、超大连接和超低时延三大技术优势，将工地传感器设备统一接入5G网络，支撑工程现场物联数据快速采集、无损连接和智慧互联。水电工程数字化管控平台采用云端部署模式，根据系统业务需求，对云服务的算力、存储、中间件、安全及其他资源进行规划配置，实现系统的稳定和安全运行，实现对应用系统支撑[5]。整合电子签章、激光点云、BIM、GIS、物联网等技术，与水电工程建设管理各项业务进行融合研究和应用，通过一个平台，实现水电工程数字化管控的全面覆盖和集中管控，通过一个数据中心，对各业务及监测和管理数据进行汇聚、挖掘和分析，为各级管理者提供建设施工管理全过程应用数据支撑和决策依据，满足工程现场数字化管控过程中的各项应用要求。

3结论

五强溪扩机工程将5G、云计算、BIM等新兴技术全面融入水电工程建设与管理流程中，通过数字技术赋能，建立了水电工程数字化管控体系，将工程建设业主、监理、设计和施工纳入协同管控，实现了工程建设管理效能的提升和管控模式的升级，解决了水电工程建设难题，推动了水电工程的“数字化转型”，践行了国家对行业“高质量发展”的要求。

参考文献

[1]段斌，周相，王海胜，等.大型水电站建设项目智慧工程规划与实践[J].水电与抽水蓄能，2022，8（3）：29-34.

[2]路振刚，王永潭.丰满水电站重建工程智慧管控技术探索与实践[M].北京：中国水利水电出版社，2020：119-124.

[3]胡智斌，杨发伍，赵路路.水电工程项目管理数字化转型与实践[J].数字技术与应用，2023，41（12）：167-169.

[4]陈国青，姜巍.智慧水电数字化服务平台建设和发展[J].水电站机电技术，2023，46（12）：57-61.

[5]晏国顺，白光辉，龚科，等.大型水电企业数字化转型路径探究[J].水电与新能源，2022，36（12）：1-4.