信息化技術在南水北調中線工程裝配式維護中的應用

石文明，劉亞麗，張撞撞

（1.中國南水北調集團中線有限公司，北京 100038，2.中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001）

截至2021年6月底，南水北調中線一期工程累計調水入渠量379.46億m3， 直接受益人口超過7900萬人，其中河南省2400萬人。南水北調中線一期工程從丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿線經過河南、河北、北京、天津，在京廣鐵路西側蜿蜒北上，到北京、天津，輸水干線全長1432km。渠道分別采用預制六棱框格防護、干（漿）砌石防護、錨噴支護、現澆混凝土框格等多種邊坡防護形式，同時設置有縱向、橫向、斜向排水溝，巡視臺階，混凝土坡肩，路緣石等多項混凝土設施。這些設施自2014年12月12日建成后，由于工程設施維護受施工、天氣、外力等影響，混凝土病害時有發生，其中渠道工程維護工作量最大，查險和維護工作量逐年增大。

如何利用科技手段第一時間發現工程存在隱患，已成為工程管理人員研究的課題。信息化查詢系統就是針對傳統的人工巡查、手工記錄、電話報告的工作方式研制開發的。 該系統采用無線電數據傳輸技術，將硬件巡檢設備、軟件管理模塊配合WEB信息發布服務模塊，實現了查險計劃、查險人員、隱患數據、查險圖片、維護施工等有機統一管理，實現信息化裝配式維護顯得尤為必要。

1 傳統查險和維護存在問題

中線干線工程線路長，站點多，需要沿線數千名工作人員日常工作常年沿渠巡查隱患， 才能更好地保障通水安全。 由于渠道線路長、建筑物間隔距離遠，根據近幾年的沿線查險情況， 混凝土病害點位多、 分布零散、類型多。工程查險是一項辛苦且需要強烈責任心的工作。目前，工程沿線普遍采用人工巡查、手工記錄、電話報告原始工作方式，操作過程存在著人為因素多、記錄不規范、信息傳遞速度慢、查閱不方便等問題，不能第一時間獲得險情和維護施工中的信息， 難以對查險的工作狀態和維護施工過程進行動態跟蹤管理。

2 系統設計關鍵技術

2.1 基于GPRS/GSM上報和支持同一地點發生不同事件上傳

本系統是基于GPRS/GSM的無線手持設備，該設備具有拍攝險情、照片編輯或繪制險情示意圖等功能，并能將生成的圖片和照片，通過無線網絡實時傳送到分局服務器， 并在WEB頁面中實時發布。系統支持查詢數據實時上傳的巡檢器，該巡檢器支持同一地點發生不同隱患，滿足查險的實施性需求。

2.2 數據庫與中線信息化平臺標準一致

該系統與南水北調信息化平臺，標準相一致，系統設立元數據庫，把數據庫和界面應用系統分開，避免直接訪問造成系統隱患， 其次系統信息分類和編碼標準可采用“智慧中線”的信息中線工程的系統進行數據共享。

2.3 基于組合論的經典數學模型建立

系統算法基于組合論的“組合數學”和“智能排隊”中的經典數學模型建立不同部位的數據信息。系統采用三層結構體系，即數據庫管理層、數據驅動平臺和系統界面層， 所有的先進信息都可實時地從數據庫中調用，數據驅動平臺是系統的核心，一方面可以保證系統可擴展性， 另一方面不僅可以為本系統服務，其他應用系統也可以使用。該平臺的功能保證了系統之間的無縫連接， 也可以降低推廣應用建設成本。 該系統包括硬件系統、軟件系統、網頁發布系統三部分。 總體結構如圖1。

圖1 工程巡查處理系統三層結構

3 工程查險運行實施

目前，中線干線已形成了沿線分局有平臺、深挖高填方區有檢測儀器、 建筑物能可視的比較完善的全線信息化管理系統，在此基礎上，增加無人機、水下機器人、無人船配合沿線監測設施，構筑一體化系統平臺。該平臺與南陽、河南、河北、天津分局的下屬各個管理處及巡查人員手機工程監測設備， 在每年年終以管理處為單元對各個區段的工程設施病害進行評估巡察，將發生的混凝土病害、出現問題嚴重程度及工程量大小等通過視頻、 圖片反饋到管理站平臺，由各個分處的平臺再反饋到各個分局，有分局商務部組織編制招標文件實施修復和維護。

該系統采用IT技術、移動技術、GIS技術、工作流引擎、機器學習等先進技術，貫穿發現問題—問題上報—受理—處理—消缺整個過程， 實現了巡檢有計劃、過程有監督、事后有分析、處理可追蹤。 工程巡查系統上線后，真正知道了自己該干什么、如何干、干到什么程度、發現問題怎么辦，因為中線工程自動化、通信、網絡、機電（金結）、電力和消防6大專業的管理標準、工作標準和技術標準，與工程巡查APP系統深度對接，工作流程簡化，工作效率大大提高了。從而為每一年工程設施的損壞情況進行統計分析，并考慮時間序列，利用質量統計分析手段巴雷特圖法分析病害產生的主要原因、次要原因，為維護施工打下良好基礎。

4 智能建造裝配構件

中線工程混凝土構件有數量大、 類型多； 尺寸碎、外觀細；有飾面、多畸形等特征。主要包含路緣石預制構件、縱橫向排水溝預制構件、斜向排水溝預制構件、一級馬道錯車平臺預制構件、巡視臺階預制構件、六棱塊預制構件等，其中路緣石預制構件可通過拼接、組合形成渠道邊坡橫向排水溝、巡視臺階等多種型式（如表1），借助信息化技術在南水北調工程裝配式維護中的應用，實現了“一石多用”。

表1 裝配式預制構件標準化模型

通過對渠線工程檢查信息匯集和統計， 基于信息平臺分析，將各個工程部位的病害信息分類，然后在各個分局設立裝配式施工一體化設計和施工工廠，各個部分的構件在工廠按信息提供數據、技術參數、尺寸，預制工廠采用標準化、精細化管理設計預制，減少了不必要的誤差和損耗，嚴格控制了建造質量。 其制作工藝流程如圖2。

圖2 裝配式混凝土預制構件制作工藝流程

5 裝配施工信息化

利用互聯網引導運至裝配地點。 由于裝配構建型號多、傳遞路線長，施工過程中容易出現信息傳遞錯誤。BIM 技術則有效避免了這一缺陷，通過BIM 信息平臺的交換， 能準確有效地進行數據交換，BIM技術模型的建立易于理解， 施工過程中可有效控制偏差， 及時調整計劃， 保證施工過程按照計劃順利進行。 另外，BIM 技術可將裝配式所用構件的尺寸、規格類型等信息儲存在BIM 設備上， 及時傳遞施工中的信息，優化整合資源，實現集約化生產和信息化管理，避免了構件生產過程環境影響，現場施工場地局限性而造成過多運輸和堆放。

通過BIM模型設定破損拆除部位， 將拆除的廢舊構件和混凝土再處理，生產出再生混凝土，加工預制件，實現綠色建材施工，解決了常年維修、年年拆除、年年報廢的局面，減少了噪聲、廢物廢水排放等污染建筑垃圾和污染物排放， 相對傳統施工而言，更加綠色環保，質量有保證，后期維護成本低。

裝配式構件的規?；s式生產，采取機械化、智能化安裝， 降低了整個施工維護設施生命周期內的碳排放。 隨著“碳中和”與“碳達峰”發展目標的提出，裝配式綠色環保施工的優勢將進一步凸顯。

6 結語

混凝土預制構件在南水北調中線渠道維護中得到廣泛應用，這不僅是單方面的外觀控制，更是項目對進場原材料、試驗技術、施工工藝等方面的管理，體現了工程的整體質量水平。 混凝土預制構件的推廣對于南水北調中線干線工程維護具有重要意義，對于其他工程維護也具有一定借鑒作用。