信息化數字化對水利施工效率的提升研究

孫巖民， 曹校天

（淮河水利水電開發有限公司）

1 引言

隨著科技的快速發展，信息化和數字化技術正在深刻地改變各行各業的運作方式，水利工程領域也不例外。作為一項重要的基礎設施建設，水利工程的質量和效率對于社會經濟的發展和人民生活的改善都有著重要的影響。因此，如何運用最新的信息化和數字化技術提升水利施工的效率，成為當前的重要研究課題。

2 水利施工概述

2.1 水利施工的定義和重要性

水利施工是指通過各種工程技術手段，在水資源的開發、利用和管理過程中進行的各項建設活動，涵蓋了水庫、水閘、堤防、渠道、排澇設施等一系列水利基礎設施的建設和維護。水利施工的重要性不言而喻，水是人類生存和發展的基本需求，水利施工直接關系到人們的飲水安全、農田灌溉和工業用水等方面，保障了社會的穩定和可持續發展[1]。水利施工對于防洪防災具有重要作用，通過修筑堤壩和水閘等工程，可以減輕洪水對人們生活和財產造成的危害。此外，水利施工還能夠提供可再生的清潔能源，例如水電站的建設，為經濟發展提供了可靠的能源支持，還與生態環境保護息息相關，通過合理的水資源調控和生態恢復工程，可以維護水生態系統的平衡，保護珍稀瀕危物種和生態環境的可持續發展。

2.2 傳統水利施工的挑戰和限制

傳統施工方式通常依賴于人力和傳統機械設備，工程進度受限于人力資源的供應和機械設備的效率，容易導致工期延誤和工程成本增加，對于工程的監測和數據采集手段較為有限，無法實時獲取工程進展和質量狀況的準確信息，缺乏科學的決策依據。同時，傳統施工過程中存在著信息傳遞和溝通的不暢，各個環節之間缺乏有效地協作與配合，導致施工過程中的誤差和問題難以及時發現和解決。傳統施工往往依賴于經驗和個體技能，缺乏標準化和規范化的管理手段，容易出現施工質量不穩定和安全風險的隱患，還存在著對資源的浪費和環境影響的問題，例如大量的土石方運輸和廢棄物處理，對環境造成一定的負面影響。

2.3 信息化數字化技術的出現和應用前景

信息化數字化技術可以實現智能監測和數據采集系統的建立，通過傳感器技術和實時數據采集，對施工過程中的各項指標和參數進行準確監測和分析，提供實時的工程狀態和質量信息，為決策提供科學依據，提高施工效率和質量管控水平；虛擬設計和建模技術的應用為水利施工帶來了更精確的設計和規劃能力，如計算機輔助設計技術、虛擬現實和增強現實技術的應用，實現工程模型的可視化展示、碰撞檢測和優化設計，提前發現和解決問題，減少施工中的變更和糾正成本；自動化施工的引入將進一步提升施工效率和安全性，自動化設備和工具的應用可以實現施工過程的自動化操作，減少人工勞動，提高施工速度和準確性。此外，信息化數字化技術的應用還將推動水利施工的數字化管理和協同合作，實現各個環節之間的無縫銜接和信息共享，提高溝通效率和問題解決能力，促進水利施工的資源節約和環境保護，通過精細化的資源調度和優化的施工方案，減少土石方運輸和廢棄物產生，提高資源利用效率，降低對環境的影響[2]。

3 信息化、數字化技術在水利施工中的應用

3.1 地理信息系統在水利工程中的應用

在水利工程領域，地理信息系統（GIS）已經成為一個不可或缺的工具。得益于其獨特的空間數據處理和可視化能力，GIS在整個水利工程周期中發揮著重要的角色，水利工程規劃和設計過程中，通過GIS的空間分析和建模功能，工程師可以在早期階段對項目場地進行詳細的地形地貌、土壤類型、氣候條件等方面的分析，對于確定工程設計，例如選擇最佳的壩址，規劃排水系統，設計灌溉區域等，都有著關鍵性的影響。GIS還能將多種數據源整合在一個可視化的平臺上，從而使得決策者可以清晰、直觀地理解和評估各種設計方案的優缺點。施工階段，GIS可以幫助施工隊伍進行更有效的資源管理和調度，通過實時地理數據的收集和分析提供對施工進度的監控，幫助施工管理者更好地了解施工現場的實時狀況，并及時調整資源分配，從而提高施工效率，保證工程質量和安全。GIS在水利工程的運維和管理階段同樣具有重要的應用，能夠記錄和管理工程的所有空間信息，比如灌溉網絡、閥門位置、管道狀況等，通過集成實時監測數據，GIS可以幫助工程管理者發現潛在的施工風險，比如管道泄漏、堤壩裂縫等，提前進行維修，防止問題的進一步擴大。

3.2 BIM在水利工程中的應用

BIM技術使得水利工程的設計過程更加高效和精確，BIM可以創建一個精確的三維模型，包括建筑物的幾何形狀、材料屬性、設備參數、成本信息等，全面地信息集成使得設計者可以更好地理解和評估設計方案，避免設計錯誤和沖突。在施工階段，BIM的優勢同樣明顯。利用BIM，施工團隊可以在施工前對工程進行詳細地模擬和分析，制定出更優的施工計劃和調度方案，從而避免施工過程中的延誤和重復工作。同時，BIM也可以提供精確的施工圖紙和工程量清單，避免了傳統手工制作這些文件的繁瑣和不準確，通過實時更新BIM模型，施工團隊可以監控施工進度，保證工程的質量和安全。BIM模型包含了工程的全生命周期信息，運維人員可以利用BIM模型了解和管理工程的各種設備和設施，比如泵站、閘門、管道等，迅速定位設備的位置，獲取設備的參數和歷史維護記錄，提高維護效率，延長設備的使用壽命[3]。

3.3 物聯網和大數據在水利工程中的應用

物聯網（IoT）和大數據在水利工程中的應用為此類工程帶來了前所未有的可能性，這些技術的使用在優化設計，提高施工效率，增強運維能力等方面具有極大的潛力。物聯網是一種新的技術模式，連接和整合了各種傳感器和設備，收集和交換數據。在水利工程中，物聯網可以連接各種監測設備，比如水位計、流量計、氣候監測站等，收集大量實時數據，幫助工程師更好地掌握工程的實際狀況。大數據則是處理和分析這些大量數據的關鍵技術，進行預測和決策支持。在水利工程的設計階段，大數據可以幫助工程師理解和預測氣象變化、水文情況等因素對工程的影響，從而優化設計。此外，物聯網和大數據也能夠提升水資源管理效率，通過精確地測量和分析水的使用情況，可以優化水資源的分配，減少水的浪費，對水質進行實時監測和分析，可以保護水資源，提高水的質量。

4 信息化、數字化對水利施工效率的提升分析

4.1 提高資源管理和調度的效率

信息化和數字化讓資源的實時監控和跟蹤成為可能，通過物聯網設備和傳感器，可以實時獲取工程施工現場的各種信息，包括設備狀態、人員動態、材料使用情況等，可以清晰了解對資源的使用情況，根據實際需要及時調整資源的分配和使用，提高資源的利用效率[4]。大數據和人工智能可以分析水利工程的歷史數據，預測在不同施工階段對不同資源的需求，在施工前做好充分的準備，避免因資源不足而導致的施工延誤，甚至可以實現對資源需求的自動預測和調度，進一步提高效率。云計算在水利工程施工中的應用意味著實現資源管理的實時更新和共享，不論在什么時間、什么地點，相關人員都可以通過手機或電腦獲取最新的資源信息，參與到資源的管理和決策中來，這極大地提高了工作的效率和靈活性。通過數字化技術在水利工程施工中的應用，可以建立更詳細、更精確的資源數據庫，包含各種資源的詳細信息，如設備的技術參數、工人的技能等級，材料的來源和成本等，更全面、更準確地理解和評估資源，更科學、更合理地進行資源的管理和調度。南水北調工程我國重大的水利工程，旨在通過調水引源解決華北地區的水資源短缺問題，在該工程中建立數字化的資源數據庫，收集和整理了大量的資源信息，通過數字化的方式更新和管理這些資源信息，方便項目管理人員進行資源的調度和使用。數字化技術在該項目的施工過程中提供了實時監控和數據采集的能力，通過實時監測水位和流量，可以及時調整水源和水流的調度，確保工程的順利進行，該項目還應用了BIM技術對輸水管道進行模擬和優化，避免了施工過程中的沖突和問題，提高了施工效率和質量。

4.2 縮短工程周期，提升成本管理效率

信息化和數字化對于水利施工效率的提升具有深遠影響，通過應用信息化和數字化技術，可以更加精確地進行工程規劃和設計，預見并解決可能出現的問題，減少了因設計問題而導致的施工延誤。例如，利用建筑信息模型（BIM）可以在工程開始前進行模擬，更早地發現潛在問題并提前解決，在實際施工中就能避免時間的浪費，從而縮短工程周期。此外，物聯網技術的應用能夠實時監控工程的施工進度，及時調整施工計劃和資源調配，最大程度地提高施工效率，同時減少了因施工延誤而產生的額外成本。黃河是我國重要的水利資源，其流域涵蓋了廣大的農田和城市。為了更好地管理和利用黃河水資源，實現水資源的合理配置和保護，中國水利部采用了信息化和數字化技術來提升水利工程的效率。例如，在黃河流域開展的水資源調度工程中，應用了物聯網技術和遙感技術，通過安裝傳感器和監測設備實時監測黃河水位、流量以及水質等關鍵指標。這些數據通過網絡傳輸到水利部的指揮中心，進行實時監控和分析，為決策提供準確的基礎數據，并利用遙感技術獲取大范圍的地表水信息，對水資源進行全面的監測和評估。

5 結語

在設計和規劃方面，信息化和數字化可以更精確地理解和預測工程的需求和挑戰，從而作出更科學、更合理的決策。在施工和管理方面，這些技術可以更有效地協調人員和資源，更準確地監控工作的進度和質量，從而確保工程的順利完成。隨著信息化和數字化技術的進一步發展和應用，將進一步推動水利工程的創新和優化，借助于現代科技的力量，水利工程施工將為社會經濟的發展和人民生活的改善作出更大的貢獻。