關于我國水電工程智慧發展標準化建設的思考

岳 蕾，馮 奕

(1.水電水利規劃設計總院，北京 100120；2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 611130)

1 水電工程智慧發展形勢和挑戰

目前，全球大數據產業正值活躍發展期，隨著云計算、大數據、物聯網及人工智能等現代信息化技術(信息技術、數據技術與傳感技術等)的快速發展，數據資源成為水電工程建設和運行維護的重要基礎性資源和創新要素，信息化技術與水電工程深入融合，并在流域安全應急處置上發揮更大的作用。我國水電工程，尤其是大中型水電工程項目建設，呈現出智慧化技術演進與應用創新并行加速推進的特點，數字化、信息化智能技術已在工程建設中廣泛應用，水電行業的信息化、數字化、智能化轉型全面開啟。

1.1 糯扎渡水電站

糯扎渡水電站在國內率先運用了數字大壩管理系統，在施工過程中運用“數字大壩”技術[1]，實現高心墻堆石壩碾壓質量實時監控、壩料上壩運輸實時監控、PDA施工信息實時采集、土石方動態調配和進度實時控制及工程綜合信息的可視化管理。同時還建立了由自動化數據采集系統、通信系統、安全監測信息管理與綜合分析系統等幾個部分組成安全監測自動化系統，涉及心墻堆石壩、導流洞、溢洪道、泄洪洞、引水發電系統及相關工程邊坡等的安全監測[2]。

1.2 錦屏一級水電站

錦屏一級水電站的大壩建設采用了拱壩施工實時監控和智能溫控系統[3]。大壩混凝土施工質量與進度實時控制系統，實現了混凝土施工倉面信息、混凝土原材料檢驗信息、混凝土試驗檢信息、混凝土生產信息、纜機運行信息、壩體混凝土溫度信息、灌漿信息、施工進度信息等與質量和進度緊密相關的信息實時采集、傳輸、儲存、共享與反饋分析，開展了全壩全過程的實時質量監控和施工仿真與反饋分析。此外，根據工程特點，結合科學研究和現場深化試驗，創新實踐了智能溫控系統，避免大壩出現裂縫。

1.3 白鶴灘、烏東德水電工程

白鶴灘、烏東德水電工程采用基于“全面感知、真實分析、實時控制”的閉環智能控制理論，構建了以工程建設資源要素動態精準管理、業務流程數字化管理、工藝過程智能控制、實物成本精確分析、結構安全與進度耦合分析及聯動調控的數字化技術和智能化技術[4]，實現了施工工藝過程、關鍵業務流程的智能監測、智能分析、智能調控，提升了工程建設管理水平和管理效益。

1.4 金沙江上游蘇洼龍水電站

蘇洼龍水電站在施工過程中建立了堆石壩填筑施工精益化管理系統、現場實時圖像視頻監控系統、質量驗收系統等信息系統，采取動態采集和數字化處理的方式對各類施工質量信息和施工進度信息進行采集和處理，構建三維虛擬模型，利用數字化信息平臺將空間信息更加直觀的表現出來，并在虛擬的“精益化施工管理系統”環境下，實現了各類工程信息的集成化、可視化[5]。

綜上所述，可知數字化、信息化、智能化對于提高水電工程建設質量與速度，提升工程管理水平及流域安全應急處置水平起到了重要作用，促進了我國水電工程的安全健康快速發展，并有效釋放了水電工程建設和運行的創新活力。但是，目前水電工程信息化和智能化建設大多處于自發使用狀態，沒有實現設計、施工和運行維護等不同階段的協同，標準化程度相對低下，與我國水電工程技術發展水平明顯不符。同時，面對信息數據的流動性等特性，水電工程數據安全面臨的風險和挑戰也不能忽視。

2 國內外水電工程智慧建設標準化的基本情況

2.1 國外標準化情況

國外工程領域一般集中在建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)標準體系，未形成專門針對水電工程智能化的標準體系。

2.1.1 國際標準化組織的BIM標準

國際標準化組織(International Standard Organization，ISO)自1994年以來，陸續發布了11項與BIM相關的系列基礎標準，供各國加以遵循，形成了一套內容不同但形式統一的具體標準、指南。ISO發布的BIM標準如表1所示。

表1 ISO發布的BIM標準

2.1.2 國際對象管理組織BIM標準體系

國際對象管理組織(Object Management Group，OMG)，2004年發布了“業務流程建模標記第1版”(Business Process Modeling Notation (BPMN) V1.0)；2011年又發布了“業務流程建模標記第2版”(Business Process Modeling Notation(BPMN) V2.0)。作為流程圖的描述方法，BPMN整合了早期模型標注方法的優質理念，具有可直接轉換為業務流程執行語言、可基于XML方法進行流程控制等優點，已成為IDM流程圖的繪制基礎。

OMG針對BIM技術，提出了指導業務流程的標準規范。

2.1.3 美國BIM標準體系

美國是較早啟動建筑業信息化研究的國家，發展至今，BIM研究與應用都走在世界前列。目前，美國已發布了系列BIM標準、指南。

美國主要的BIM機構及相關標準有

(1)美國總務署(General Service Administration，GSA)。GSA負責美國所有的聯邦設施的建造和運營。早在2003年，為了提高建筑領域的生產效率、提升建筑業信息化水平，GSA下屬的公共建筑服務(Public Building Service)部門的首席設計師辦公室(Office of the Chief Architect，OCA)推出了“國家3D-4D-BIM計劃”(GSA’s National 3D-4D-BIM Program)，國家3D-4D-BIM計劃的目標是為所有對3D-4D-BIM技術感興趣的項目團隊提供“一站式”服務，雖然每個項目功能、特點各異，但OCA將幫助每個項目團隊提供獨特的戰略建議與技術支持。2007年GSA又發布了“BIM指南”(BIM Guide)，指南包括空間規劃驗證、4D模擬，激光掃描、能耗和可持續發模擬、安全驗證等內容，這對于規范美國BIM應用起到了重要作用。

(2)美國陸軍工程兵團(U.S.Army Corps of Engineers，USACE)。USACE隸屬于美國聯邦政府和美國軍隊，為美國軍隊提供項目管理和施工管理服務，是世界最大的公共工程、設計和建筑管理機構。2006年10月，USACE發布了為期15年的BIM發展路線規劃“建筑信息建模：美國陸軍工程兵團軍事建設轉型和土木工程項目實施路線圖”(Building Information Modeling:A Road Map for Implementation to Support MILCON Transformation and Civil Works Projects within the U.S.Army Corps of Engineers)，為USACE采用和實施BIM技術制定戰略規劃，以提升規劃、設計和施工質量和效率。

2.1.4 英國BIM標準體系

英國標準協會(British Standards Institution，BSI)發布的BIM標準如表2所示。

表2 BSI發布的BIM標準

除BSI之外，英國皇家特許測量師學會(Royal Institution of Chartered Surveyor，RICS)、英國“AEC(UK)BIM標準”項目委員會(British“AEC (UK)BIM standards”project committee)等機構也發布了BIM標準。例如，2014年RICS發布“國際BIM實施指南第1版”(International BIM implementation guide V1.0)，2015年發布“面向成本經理的BIM∶BIM模型的要求第1版”(BIM for Cost Managers:Requirements from the BIM Model V1.0)”；2010年英國“AEC(UK)BIM標準”項目委員會發布“英國BIM標準第1版”(AEC(UK)BIM Standard V1.0)，2012年發布“英國BIM標準第2版”(AEC(UK)BIM Standard V2.0)。

2.1.5 日本BIM標準體系

日本于1995年開始大力推動建筑業信息化。在此之后日本便發布了建筑信息化標準“日本式產業信息化標準”(Continuous Acquisition and Lifecycle Support/Electronic Commerce)。2012年日本建筑學會(Japanese Institute of Architects，JIA)正式發布了“日本建筑學會BIM指導路線”(JIA BIM Guide line)，明確了BIM組織機構以及人員職責要求，從BIM團隊、BIM數據處理、BIM設計流程、應用BIM進行預算、模擬等方面為日本的設計院和施工企業應用BIM提供了指導。

綜上所述，國際和國外主要標準化組織在交換存儲、分類編碼、交付集成、應用指導四大組成內容的基礎上，建立并不斷完善BIM標準體系，廣泛應用于工程建設領域，但并未針對水電工程領域建立專門的行業信息化標準體系。

2.2 國外相關技術組織情況

國外和國際標準化組織并未針對水電行業建立相應的技術組織，按照國際慣例，水電工程屬于大土建范疇，在工程建筑領域的主要國際信息化技術組織有：

(1)建筑信息組織(ISO/TC59/SC13)。ISO是一個全球性的非政府組織，也是目前國際標準化領域中最具權威性的國際標準化專門機構。20世紀90年代，ISO成立了專門的技術委員會—建筑信息組織(ISO/TC59/SC13)，致力于建筑領域信息組織標準化、規范化工作。

(2)國際對象管理組織(Object Management Group，OMG)。OMG是一個致力于建立程序、系統和業務流程的建模標準的國際協會。

(3)英國BIM工作小組(BIM Task Group)。2001年由英國內閣辦公室公布了BIM技術相關的“政府建設政策”(Government Construction Strategy)，在強而有力的政府建設策略的支持下，英國首先成立了BIM工作小組(BIM Task Group)，研究以美國為主的BIM執行標準與流程，并重新定義電腦輔助設計(Computer Aided Drafting，CAD)與BIM的關系，將BIM的技術成熟度分為0～3四個等級，并由英國標準協會(British Standards Institution，BSI)發布了不同等級應符合的標準。BSI是英國的國家標準組織(the UK’s National Standards Body，NSB)，同時也是首個國家標準機構，主要負責制定和貫徹統一的英國標準(British Standards，BS)等工作。

2.3 國內標準化情況

目前，我國水電領域信息化相關標準較少。國家標準8項，現行有效；行業標準21項，其中，現行有效7項，正在編制14項。我國水電領域信息化標準具體見表3。

表3 我國水電領域信息化標準匯總

2.4 國內相關技術組織情況

2.4.1 全國標準化技術委員會相關情況

我國在信息化領域建立了26個全國標準化技術委員會，涉及林業、新聞出版業、氣象、物流、審計、財政等多個行業領域。其中與水電行業信息化密切相關的標準化技術委員會主要有信息技術、信息分類與編碼、電站過程監控及信息、電力系統管理及其信息交換等4個全國標準化技術委員會(見表4)。但在水電工程領域未建立相關技術組織。

表4 全國標準化技術委員會情況

2.4.2 行業標準化技術委員會相關情況

與水電行業信息化最為密切的行業標準化技術委員會是電力行業水電站自動化標準化技術委員會(DL/ TC 17)，目前為第5屆，秘書處掛靠在中國水利水電科學研究院。負責歸口我國水電站自動化方面的電力行業標準制定、修訂工作，具體包括：①發電機勵磁系統的相關技術標準；②水輪機調速器的相關技術標準；③水電站計算機監控系統的相關技術標準；④水調及水情自動測報系統的相關技術標準；⑤機組自動化元件的相關技術標準；⑥水電站自動化相關的專業技術標準，例如，火災報警裝置、工業電視等；⑦抽水蓄能機組自動化的相關技術標準。

3 存在的問題及下一步工作建議

3.1 水電工程智慧發展標準化存在的主要問題

結合當前水電工程智能發展面臨的形勢和挑戰，在梳理我國水電行業和水電密切相關的水利行業相關標準的基礎上，我們看出目前水電工程信息化領域標準化工作存在以下主要問題：一是相關標準較少、標準體系性不強，標準制定工作缺乏統籌協調。二是術語定義、圖示表達、分類分級等基礎性、通用性標準尚不完善。三是部分關鍵標準亟需制定，如數字電廠、數字流域、數字安全等重要領域標準幾乎空白，對水電工程智能建造和智能監測等重點領域高質量發展的支撐作用有待加強。

3.2 下一步工作建議

一是應以“行業發展 標準先行”原則，加強水電工程智能化標準體系頂層設計，加速構建水電工程數據安全保障和信息化、智能化體系，充分發揮標準的基礎引領作用，為保障水電工程數據安全、助力水電行業智能化高質量發展提供有力支撐。

二是在《水電行業技術標準體系》(2017年版)的基礎上，進一步梳理研究水電工程信息化現有國家標準、行業標準，并在此基礎上根據水電工程信息化發展需求，按照需求導向、先進適用、急用先行的原則，系統推進相關標準的制修訂工作，優先開展基礎通用和關鍵技術標準的編制，切實發揮信息化標準在推動水電行業高質量發展中的支撐和引領作用。