智慧監管在水利工程建設中的應用

姜子林

摘 要：現階段，我國在水利工程建設面臨諸多問題，包括施工人員管理秩序混亂、質量安全問題及信息技術落后等短板。在當前的發展趨勢下，要依托互聯網技術，加強水利建設的信息化與智能化，提高建設與管理效率。互聯網信息管理平臺的建立、互聯網平臺實施方案的構建、運用終端軟件管理水利施工以及更新先進知識理念等，都是“互聯網+智慧水利”應用的佐證。隨著計算機技術的快速發展，基于計算機技術的水利工程智慧化管理是現階段水利工程領域的發展趨勢。基于此，文章著重分析智慧水利在水利工程建設與管理等工作中的運用，根據“互聯網+智慧水利”的思路，分析信息化專業技術手段在水利建設過程中的實際應用。

關鍵詞：智慧水利;智慧監管;工程建設;應用

中圖分類號：TV5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2022）04-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.026

隨著我國的建筑行業的飛速發展，水利工程建設不斷進步，對于我國經濟發展和現代化建設具有非常重要的作用。進入新時期，信息化的應用已經深入社會各領域，也為水利項目的建設提供了便利條件[1]。在這樣的背景下，智慧水利應運而生。

1 智慧水利概述

智慧水利是指在水利管理中利用互聯網、通信等信息化技術，并通過這些技術獲取實時信息。智慧水利是一種基于現代信息技術的水利建設模式，為構建智慧水利并發揮其作用，要將現代的信息技術與水利建設完美結合，推動水利行業的良好發展。通過智慧水利，水利信息被處理成為系統化數據鏈條，實現數據的精準化和高效化處理。在一些水利突發事件上，智慧水利也能夠實現智能化管理[2]。

作為一種新穎的水利信息管理模式，智慧水利具有明顯的特征。第一，智慧水利可以實時感知水利信息。智慧水利在保證所有數據信息真實可靠的基礎上，實時更新運行中的相關信息并加以傳遞，可以根據這些信息預測水利信息運行中的動向，預測未來運行。第二，智慧水利可以全面整合水利信息。智慧水利在建設、應用和維護等環節的職能和成效不盡相同，通過智慧水利整合建設、應用和維護等環節，實現集中管理。第三，智慧水利可以實現多個部門的協同合作。

2 水利工程智慧化建設的必要性

目前，水利工程智慧化建設距離信息化、現代化、智慧化目標還有一定的差距，主要表現在以下幾個方面：

一是缺乏整體規劃，信息化規劃、設計和建設沒有完整的建設目標和思路，雖然有一些信息化系統，但缺乏統一的管理平臺。

二是信息化程度低，主要表現在配套建設不完善、自動化程度低、傳輸手段落后、網絡承載能力低、量測手段落后、尚未實現精細化管理等方面。

三是系統運維困難，主要表現在運維資金落實困難、缺少專業的運維人員、運維水平偏低、無法保證設備正常運行等方面。

四是業務管理水平有待提高，主要表現在水利工程還停留在手工控制、眾多業務數據未數字化與可視化、管理工作未流程化等方面。

根據水利部關于推動“數字水利”向“智慧水利”轉變的總體工作要求，迫切需要進行水利工程數字化、智慧化建設[3]。

3 智慧監管系統建設目標與任務

智慧監管是綜合應用云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能以及虛擬現實等數字化技術，推動建筑業現場管理升級的解決方案。

3.1 建設目標

智慧水利建設圍繞物聯感知、互聯互通、科學決策、智能管理開展，主要目標為：基于現代通訊和網絡技術建立水位、雨量、水量、水質、閘門集中調控、工程安全監測等在內的全方位、全過程水利工程監測監控系統;采用智慧水利平臺架構整合各類信息，并以水資源調配、數據挖掘以及移動互聯等為支撐，完成物理工程與數字工程的無縫集成;采用科學合理的方式組建通信系統構架;整合包括氣象信息、國土信息、農業信息、水文信息等在內的多領域數據，建設水利工程調度管理中心;建立調度中心、分中心、現地站的三級管理模式，建設會商系統和視頻監控監測系統，構建先進、快捷、準確的會商和調度監控系統;建設/集成專業水利工程管理平臺，實現自動化控制、工程建設管理、防汛預警等多業務智能管理功能[4]。

3.2 建設任務

3.2.1 通信系統

通信系統是水利工程智慧化數據的傳輸通道，結合各區域通信現狀，構建專網和公網、有線和無線相結合的方式，充分利用運營商現有資源，在保障通信安全可靠的基礎上提高通信效率。

3.2.2 計算機網絡及控制系統

根據水利工程的特點，建設計算機網絡和控制系統。計算機網絡應覆蓋調度中心、分中心的計算機廣域網及局域網，建立計算機網絡系統的管理體系，建立訪問控制、網段隔離、認證授權、入侵檢測、漏洞掃描和安全評估、病毒防范、安全管理平臺等安全防護體系，實現工程范圍內泵站、閘門和閥門等設施遠程監控。利用計算機、通信、自動控制技術，實現工程調度智能化。

3.2.3 監測系統

監測系統包括水文監測系統和工程安全監測系統。

水文監測系統包括水位、流量、雨量、水質等數據采集系統，能自動采集和分析量測點水位、流量、雨量及水質等水文數據，為控制泵站、閘門、閥門等設備提供基本數據。

工程安全監測系統包括水工建筑物安全監測數據采集、分析、處理、預警等功能，通過對監測數據的分析處理，監測水工建筑物安全狀態，對有安全隱患的建筑物及時預警[5]。

3.2.4 視頻系統

圖像監視系統的主要任務是實時監視泵站、閘門、引水渠道管線以及庫區環境等工程關鍵部位，實現關鍵部位可視化管理，提高水利工程安全運行水平。視頻會議系統能實現建設管理局、直屬管理單位以及相關部門的視頻會議功能，便于快速會商決策。系統包括中心會場設備和各分會場的視頻會議終端，利用視頻會議系統，能快速了解應急事件，通過遠程會商提高工作效率，有效調度各方資源，及時處理應急事件。

3.2.5 UPS系統

調度管理中心、分中心（災備中心）、管理站、閘站等處，分別設置UPS系統，為用電設備供電，保障用電設備不間斷供電。

3.2.6 應用平臺軟件

構建統一的智慧水利數字集成平臺，實現信息采集、傳輸、處理、存儲、交換、挖掘、再利用和信息共享，根據項目不同的需求及應用進行模擬、分析和研究，完善“一張圖”功能，構建符合水利業務需求的應用軟件系統，完成水利工程的智慧運行與管理。

4 基于信息化技術的智慧水利

4.1 明確總體目標

建設智慧水利要明確總體目標并不斷細化，按照時間可以分為近期、中期、長期，每個階段的目標都有其特征：近期目標是利用信息化技術完善水利基礎設施體系;中期目標是推廣信息化技術，加深信息技術的應用深度;長期目標是讓智慧水利更加協調，提高信息化技術體系的整體性和協調性，推動智慧水利建設。

4.2 明確構建思路

由于信息技術發展比較快，技術理念和方法更新都比較快，建設智慧水利時要明確構建思路，關注時代發展，根據社會發展需求研發智慧水利產品。要完善水利信息基礎設施，分析水利信息，更好地發揮信息價值，提高智慧水利的應急能力、服務能力和信息處理能力。

4.3 明確構建方法

首先，構建調度系統，實現精準調度，提高智慧水利工作效率。要利用調度系統運行分析地質構造，更好地解決智慧水利結構改造中存在的問題。

其次，優化指揮系統，通過信息化技術應用，搭建整體性、層次性的指揮系統，實現指揮系統升級，確保指揮系統能夠符合未來智慧水利應用和發展的需求。

最后，建立信息化監督系統，以可持續發展為目標，優化智慧水利應用過程中存在的問題，打造更加先進的服務平臺。

5 水利工程智慧監管總體框架

通過分析研究國內外同類系統，并加以借鑒，再根據總體方案的基本思路，得出相關結論，即系統設計需要使用科學先進的信息技術。同時，設計系統總體框架要盡量避免重復建設。

5.1 調度系統

在智慧水利管理系統中，調度是非常重要的構成要素，調度系統的設計要基于當前智慧水利多元化發展趨勢，確保智慧水利的綜合優勢得以充分發揮。在調度系統中整合、集成管網系統、過程控制系統、水利服務系統、管網監測系統等，實現智慧水利的科學調度，減少對資源的無用消耗，提高水利工程運行的經濟性、安全性，最大程度控制水利系統。

5.2 指揮系統

為實現智慧水利的各種功能，要建立完善的、信息化水平較高的指揮系統，接收來自各終端的信息數據，發送控制指令。傳統的水利指揮系統缺少信息化技術的支持，指揮過程嚴重缺乏時效性與集中性，指揮中心發出的控制指令無法及時、準確地傳遞，控制指令出現錯誤，嚴重影響水利系統的運行效率。

在信息化技術支撐下，結合智慧水利工程情況，在系統內部設置相應的控制模塊，構建完善的、具有整體性與層次性的指揮系統，對水利工程指揮調度進行系統化的布局和優化升級，確保水利指揮系統滿足智慧水利工程建設的要求，推進我國水利工程的可持續發展。

5.3 監控系統

智慧水利監控系統融合智能雨量監測系統、智能水位與液位系統、土壤水分監測系統、水質分析系統、農業自動化灌溉系統、城市供排水管網監控系統、泵站運行自動化系統等，保障智慧水利高效、穩定運行。

5.4 操控系統

由于智慧水利處于起始階段，各種新技術的應用還存在許多不足，只有提高系統的操控性能，才能保證智慧水利管理系統安全、穩定運行。應用新技術實現智慧水利操控系統的數字化、信息化、自動化控制，實現數字化調度與數據處理。通過智慧水利操控系統可以對水利系統進行無人值守遠程智能控制，工作人員通過電腦、手機、平板等終端設備，實時掌握監控現場的溫濕度、風向、風速、降水、水流等信息，構建完善的智能化操控平臺，深化水利信息化技術方案。

5.5 保障體系

智慧水庫的保障體系主要包括三項輔助服務：

一是標準規范體系，為系統提供統一的業務標準、技術標準和管理標準，主要體現在智慧水庫系統的建設、業務處理和技術方案要符合國家、地方和行業有關信息化標準的規定，實現數據指標體系及代碼體系統一化、標準化。

二是信息安全體系，負責系統的安全保證，為基礎設施層、應用支撐平臺和應用系統平臺提供統一的信息安全服務，包括網絡信息服務系統、基本安全防護系統和故障恢復等。

三是運維管理體系，為系統提供性能、日志、監控等運行保障，為使過去包括網絡、設備等在內的粗放和分散式管理方式向科學規范的專業管理轉變，要建立具有科學的制度、流程等的IT運維管理體系，使其成為系統日常工作的重要組成部分。

6 案例概述

某水庫總庫容1.04億m3，為大二型水庫，其智慧監管平臺主要建設內容主要包括：

第一，基于設計和施工資料，對大壩、導流洞、管理營地、開挖面、輸水線路、泵站等主要建筑物進行BIM建模，基于單位、分部、單元工程劃分模型，將模型與監管平臺融合，實現工程布置、進度模擬、工程量核算等。

第二，基于BIM+GIS的電子沙盤建設，實現主要施工設施的工程布置，協助制定與分析工程施工方案，提供地圖切換、圖層切換、空間分析、BIM操作工具等手段，實現工程的全方位三維可視化管控，極大地提高了工程實施效率。

第三，在重要的施工節點，利用無人機不定時、不定期采集現場影像，全方位展現工程的高清可視化場景。

第四，通過進度控制、全過程費用控制兩條主線，建設管理一張網，包括前期、投資、質量、安全、進度、技術、溝通、環保水保、征地、圖紙檔案、合同計量、勞務、設備、稽查、工程驗收、試運行等管理，實現了工程全生命周期管理。

第五，基于水庫工程現場實際，建立視頻監控、人員勞務管理、水情測報、混凝土拌和站監控、大壩智能碾壓、人員定位等系統，搭建智慧工地管理平臺。該平臺可提供給建設、項目管理總承包、施工等單位，實時掌握現場建設數據，實現全場景、全方位、全過程可視化管控[6]。

7 結語

水利工程施工與國家發展、群眾生活存在密切關聯，因此，要從各方面入手，積極開展水利工程建設管理工作，隨著數字化技術在水利工程建設中的逐步應用，為建立全國水利工程建設管理數字化平臺奠定基礎。

參考文獻

[1] 趙文波.智慧水利物聯網網絡安全監測體系研究[J].水利信息化，2021（4）：39-42，46.

[2] 趙藝璇.基于大數據的智慧水利應用及其技術探討[J].人民黃河，2018（9）：9.

[3] 曾永軍.水利工程建設管理探討[J].城市建設理論研究（電子版），2014（20）：335.

[4] 周昊.物聯網技術優勢及在水利中的應用分析[J].河南水利與南水北調，2019（2）：81-82.

[5] 王斌.水利工程項目信息化應用探討[J].締客世界，2019（1）：1.

[6] 趙志博.新時期智慧水利建設的思考[J].河南水利與南水北調，2020（5）：87-88.