水利工程勘察設(shè)計(jì)與施工中數(shù)字化工具的應(yīng)用研究

高慶保

（中國電建中國水利水電第七工程局有限公司，成都 611730）

1 引言

數(shù)字化技術(shù)和數(shù)字化工具在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，基于水利工程的重要性，將數(shù)字化技術(shù)和數(shù)字化工具應(yīng)用到水利工程項(xiàng)目的建設(shè)過程中是一件正確且需要堅(jiān)持的事情。探究數(shù)字化技術(shù)和數(shù)字化工具在水利工程勘察設(shè)計(jì)與施工階段的應(yīng)用不僅可以確保工程勘察設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量符合相關(guān)要求，也便于加快施工進(jìn)度，節(jié)約大量的人力和物資資源，獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，思考和分析水利工程勘察設(shè)計(jì)與施工中數(shù)字化工具的應(yīng)用具有重要意義。

2 數(shù)字化工具的類型

2.1 GPS技術(shù)

GPS指具有海、陸、空全方位、實(shí)時(shí)、三維導(dǎo)航與定位功能的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點(diǎn)，主要應(yīng)用于勘察、測繪、施工領(lǐng)域。該技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用體現(xiàn)于勘察階段可借助GPS技術(shù)和GPS設(shè)備擴(kuò)大測量的范圍，提高測量精度；在測繪階段借助GPS技術(shù)和GPS設(shè)備能更好地確定測繪點(diǎn)位；在施工階段借助GPS設(shè)備可以全過程掌控工程設(shè)施的點(diǎn)位變化與精準(zhǔn)點(diǎn)位，提高施工現(xiàn)場的進(jìn)場布置進(jìn)度[1]。

2.2 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)指可以從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線，對目標(biāo)進(jìn)行探測和識別的技術(shù)?，F(xiàn)代遙感技術(shù)主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環(huán)節(jié)[2]。在工程中可以用于勘察、設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)，也可以在項(xiàng)目試運(yùn)行階段用遙感圖片來檢測工程項(xiàng)目運(yùn)行情況、編制和訂正小比例尺的圖紙等。

2.3 數(shù)字地圖

數(shù)字地圖指通過數(shù)字來表示的需要用專用的計(jì)算機(jī)軟件對儲存數(shù)字進(jìn)行顯示、讀取、檢索、分析的存儲在計(jì)算機(jī)的硬盤、軟盤或磁帶等介質(zhì)上的地圖內(nèi)容。數(shù)字地圖已經(jīng)成為重要的工程建設(shè)工具之一。目前，多數(shù)水利工程資料包括施工作業(yè)方案的制訂和工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃的科學(xué)性測定等都是依據(jù)數(shù)字地圖。

2.4 電子平板儀

電子平板儀是帶有光電測距裝置的平板儀，水利工程建設(shè)中主要搭配全站儀使用，起到輔助繪圖的作用。實(shí)際應(yīng)用中，可以將勘察的地貌和地物等按照一定的比例和標(biāo)注繪制在勘測地圖上；還可以測定不同比例尺的水利工程地形圖，幫助設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段更方便地參考勘察地圖，進(jìn)而繪制較為準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)圖紙。

3 數(shù)字化工具在水利工程中的具體應(yīng)用

3.1 數(shù)字化工具在水利工程勘察階段的應(yīng)用

3.1.1 注重遙感技術(shù)在勘察階段的應(yīng)用

應(yīng)注重遙感技術(shù)在水利工程勘察階段的科學(xué)利用，在勘察階段借助有關(guān)的遙感影像對工程所在地的具體狀況加以合理測定，可以反映水利工程項(xiàng)目建設(shè)對河流的影響情況。比如，在立項(xiàng)時(shí)期，借助相關(guān)遙感資料，可以確定堤壩壩址和水庫區(qū)的位置；結(jié)合河流地理結(jié)構(gòu)和地質(zhì)的狀況等明確水庫坍塌和被淹沒位置等。通過遙感技術(shù)的應(yīng)用還可以更加科學(xué)地對勘察結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，并形成系統(tǒng)的勘察圖像，以減少外業(yè)處理的任務(wù)量，提升勘察成圖的效率[3]。

3.1.2 加大數(shù)字地圖在勘察階段的應(yīng)用

數(shù)字地圖屬于借助數(shù)字化工具繪制的相關(guān)資料，在水利工程建設(shè)中應(yīng)用較廣。在水利工程的勘察階段可將數(shù)字地圖作為主要的參考資料，充分發(fā)揮數(shù)字地圖的作用來確定水利工程項(xiàng)目的選址和地位，以及作為野外作業(yè)的幫助等。具體應(yīng)用有以下方面：

1）確定水庫相應(yīng)的淹沒線、水庫面積以及匯水的狀況，劃定水利工程項(xiàng)目初期的水庫定位和搬遷區(qū)域。

2）明確水利工程項(xiàng)目具體的坐標(biāo)、高程和位置等指標(biāo)信息，為水利工程的設(shè)計(jì)和施工階段提供更多的借鑒和幫助。

3）使用更少的資源、更高效率地確定水利工程中各種管道、設(shè)施的布設(shè)和走向。

3.1.3 確保GPS應(yīng)用的合理性

一般情況下，水利工程項(xiàng)目所在地的地理位置都十分復(fù)雜，導(dǎo)致勘察階段光學(xué)儀器設(shè)備運(yùn)用存在一定的難度。所以，在水利工程勘測階段，可以借助GPS設(shè)備拓展勘察測定的實(shí)際范圍，提高勘察精準(zhǔn)度，避免被地形環(huán)境干擾。另外，借助GPS設(shè)備，使勘察得到的數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)記錄在檔，減少勘察人員的任務(wù)量，更方便后期進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.1.4 電子平板儀的合理應(yīng)用

將全站儀和電子平板儀配合起來可以更準(zhǔn)確地采集平面坐標(biāo)、高程等數(shù)據(jù)信息，不僅可以簡化勘察測繪的基本流程，提升勘察結(jié)論的準(zhǔn)確性，還可以減少重復(fù)的工作量，提高勘察效率。借助電子平板儀和相關(guān)測圖系統(tǒng)等工具設(shè)備，完善水利工程的數(shù)字資料信息，再利用計(jì)算機(jī)處理水利工程的勘察數(shù)字資料信息，得到數(shù)字地面模型和完整的數(shù)字地圖等，減少了資源浪費(fèi)，也有助于在設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)對管道等設(shè)施的準(zhǔn)確繪制。

3.2 數(shù)字化工具在水利工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

1）在水利工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，可以借助信息化技術(shù)和數(shù)字化工具分析、整合前期的勘察數(shù)據(jù)，形成設(shè)計(jì)底圖，并使用CAD制圖軟件，結(jié)合水利工程的具體狀況，設(shè)計(jì)出具體可行的設(shè)計(jì)方案。

2）初步方案設(shè)計(jì)完后，應(yīng)對初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化與細(xì)化，直至得到詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。借助數(shù)字化工具設(shè)計(jì)、存檔的初步方案可以實(shí)現(xiàn)電子圖的直接改進(jìn)[4]。依靠CAD制圖軟件自帶的處理功能，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)坐標(biāo)、高度等相關(guān)位置信息，對方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，也能在電子設(shè)計(jì)圖上對重要信息（相應(yīng)角度、坐標(biāo)值、距離和施工范圍等）進(jìn)行標(biāo)記。電子設(shè)計(jì)圖的應(yīng)用不僅更方便設(shè)計(jì)人員進(jìn)行修改，還能顯著降低誤差的概率。

3）數(shù)字化工具不僅可以制作二維設(shè)計(jì)圖，還可以依據(jù)二維設(shè)計(jì)圖借助有關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)三維圖像的繪制。繪制堤防、渠道、管道線路等關(guān)鍵項(xiàng)的三維圖像，準(zhǔn)確完成位置、距離的確定，也能少輕設(shè)計(jì)人員的任務(wù)量。

4）借助數(shù)字化工具及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，可以確保測定過程和設(shè)計(jì)計(jì)算過程的準(zhǔn)確性，幫助設(shè)計(jì)人員繪制更高精確度的圖紙，使圖紙的作用發(fā)揮到最大。比如，結(jié)合勘察地圖上任意坐標(biāo)點(diǎn)涵蓋的數(shù)據(jù)，可以直接繪制斷面圖、管道等，減少了設(shè)計(jì)計(jì)算量，也使設(shè)計(jì)計(jì)算更加精準(zhǔn)。

3.3 數(shù)字化工具在水利工程施工階段的應(yīng)用

3.3.1 GPS設(shè)備在施工階段的應(yīng)用

1）GPS設(shè)備可以在施工階段幫助施工人員更快地定點(diǎn)、定位，能在受項(xiàng)目地形影響最小的情況下快速清理完施工場地，盡快完成后續(xù)施工的前期準(zhǔn)備工作。

2）GPS設(shè)備也在整個(gè)施工階段起著重要作用，比如，對于渠道點(diǎn)位的開挖、管道線路的布置等都可以借助GPS設(shè)備精準(zhǔn)定位，不僅可以減少二次施工，還能保證工程施工進(jìn)度。

3）GPS設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)記錄在檔，內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)只需調(diào)用，數(shù)據(jù)處理不僅更方便快捷，還能得到更具參考價(jià)值的內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)資料。

3.3.2 遙感技術(shù)在施工階段的應(yīng)用

首先，水利工程施工階段可以借助遙感圖片實(shí)時(shí)反映項(xiàng)目建設(shè)過程對整個(gè)河流流域的影響，以便結(jié)合這些影響進(jìn)行單項(xiàng)調(diào)節(jié)。還可以利用遙感技術(shù)降低外業(yè)的工作量，再配合數(shù)字處理技術(shù)提高成圖工作效率及準(zhǔn)確度。

3.3.3 電子平板儀和全站儀在施工階段的配合應(yīng)用

在水利工程建設(shè)的施工階段，測繪人員可將電子平板儀與全站儀配合使用，一方面提高了測繪的速度，保證了工程施工的進(jìn)度，另一方面也保證了測繪結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少了數(shù)據(jù)偏差，提高了工程的質(zhì)量。同時(shí)借助平板儀和全站儀的使用，還能在一定程度上減少內(nèi)業(yè)人員處理數(shù)據(jù)的工作量，極大地提升內(nèi)業(yè)工作的效率。

3.3.4 數(shù)字地圖在施工階段的應(yīng)用

在水利工程的施工階段，可以借助數(shù)字地圖優(yōu)化施工作業(yè)方案，得到更加科學(xué)可行的施工方案。因?yàn)閿?shù)字地圖成圖更加科學(xué)、準(zhǔn)確性更高，有助于管理人員對施工現(xiàn)場的情況進(jìn)行更加清晰的了解[5]。

4 數(shù)字化工具在水利工程建設(shè)中應(yīng)用的建議

1）由建設(shè)單位牽頭鼓勵(lì)水利工程各參建單位在建設(shè)過程中積極應(yīng)用數(shù)字化工具，強(qiáng)化數(shù)字化工具的應(yīng)用力度，推動數(shù)字化工具在整個(gè)水利工程項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用。

2）施工單位可以組織相關(guān)管理人員和作業(yè)人員進(jìn)行數(shù)字化工具應(yīng)用的培訓(xùn)，比如，項(xiàng)目技術(shù)人員對遙感圖片的處理、數(shù)字地圖的處理培訓(xùn)，一線作業(yè)人員對GPS設(shè)備的熟練應(yīng)用和特種作業(yè)人員對全站儀和電子平板儀的使用培訓(xùn)等。

3）建設(shè)單位可以組織相關(guān)參建單位，尤其是勘察、設(shè)計(jì)和施工單位的內(nèi)業(yè)人員進(jìn)行數(shù)字化工具數(shù)據(jù)的處理培訓(xùn)，此舉不僅可以提高內(nèi)業(yè)人員對數(shù)字化工具的認(rèn)識，還能確保內(nèi)業(yè)資料的準(zhǔn)確性，減少更多的人力資源浪費(fèi)，優(yōu)化整個(gè)工程項(xiàng)目的人員配置。

4）勘察單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位可以根據(jù)工程建設(shè)中數(shù)字工具應(yīng)用的不方便之處或者需要優(yōu)化之處提出自己的意見，共同完善現(xiàn)行數(shù)字化工具和數(shù)字化技術(shù)。

5 結(jié)語

隨著科技的日新月異，數(shù)字化工具在水利工程項(xiàng)目建設(shè)中的參與將會越來越多。目前，水利工程項(xiàng)目數(shù)字化工具的應(yīng)用還不夠普及，還需要有關(guān)單位積極推動。加大數(shù)字化工具在工程建設(shè)中的應(yīng)用，提高勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，幫助設(shè)計(jì)單位制訂可行性更強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案，協(xié)助施工單位更好更快地定準(zhǔn)點(diǎn)位；還可以在一定程度上保證水利工程建設(shè)的質(zhì)量和速度；在很大程度上解放人力資源；使項(xiàng)目內(nèi)業(yè)處理更具有參考性。