大型水電工程數字化建管技術應用研究

摘要：水電工程建設普遍存在設計不精細、計量不精準、變更頻繁、管理粗放、竣工資料不全不實等難題。依托五強溪水電站擴機工程建設，研究和探討集成應用5G、BIM、云、物聯網、電子簽章等數字化技術賦能水電工程，制定了水電工程數字化標準體系，并開發了業務和參建方全覆蓋的水電工程數字化管控平臺。結果表明：集成應用數字化技術是提升水電工程管控水平的重要手段。

關鍵詞：水電工程數字化建管技術5G+云物聯智慧工地

ResearchontheApplicationofDigitalConstructionandManagementTechnologyinLargeHydropowerProjects

LIUMingxi1XIAOQizhi1DENGPengcheng2YANGYong1

1.WuqiangxiHydropowerPlant，WulingPowerCorporationLtd.；2.WulingPowerCorporationLtd.，Changsha，HunanProvince，410004China

Abstract：Therearemanyproblemsinhydropowerprojectconstruction，suchasimprecisedesign，imprecisemeasurement，frequentchange，extensivemanagementandincompletecompletiondata.RelyingontheexpansionprojectconstructionofWuqiangxiPowerstation，theintegratedapplicationofdigitaltechnologiessuchas5G，BIM，cloud，InternetofThings，andelectronicsignaturetoempowerhydropowerprojectshasbeenresearchedanddiscussed，thedigitalizationstandardsystemofhydropowerprojectshasbeenformulated，andthedigitalcontrolplatformofhydropowerprojectshasbeendevelopedwithfullcoverageofbusinessandparticipatingparties.Theresultsshowthattheintegratedapplicationofdigitaltechnologyisanimportantmeanstoimprovethecontrollevelofhydropowerprojects.

KeyWords：Hydropowerengineering;Digitalmanagementtechnology;5G+Cloudiot;BIM;Smartsite

五強溪水電站擴機工程（以下簡稱“五擴工程”）利用原五強溪水電站大壩和水庫，從右岸增加兩條引水隧洞，新增裝機容量500MW（2×250MW）。輸水建筑物主要有進水口、引水隧洞、調壓室和壓力管道，廠區建筑物主要有主廠房、下游副廠房、主變場和尾水渠。五擴工程施工區域狹小且高差大、技術難度高、歷時周期長、參建單位多、人員設備流動性大，日常風險巨大；同時，隨著國家對大型水電工程管控要求越來越高、壓力越來越大，需要科學、有效的手段來保障工程安全高效建設。面對五擴工程建設環境復雜挑戰，以及水電工程設計不精細、計量不精準、變更頻繁、管理粗放、竣工資料不全不實等共性難題，五強溪擴機項目部探索數字化建管技術，有力提升了五擴工程管控水平。

1水電工程數字化建管技術體系

水電工程數字化建管體系主要涵蓋水電工程數字化標準體系、工地5G+云工業互聯網基礎設施應用體系、建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）設計施工一體化的應用體系、水電工程數字化管控平臺和智慧工地建設體系5個方面。

1.1水電工程數字化標準體系

首次提出并編制了涵蓋數據規范、編碼規則、模型規范3類系列標準與應用平臺、數據中心、質量驗評、數字化交付共14本企業級標準，有效指導了五擴工程數字化建設與應用，保障了工程數字化建設一致性和規范性，統一了數據納管與編碼規則，規范了平臺開發、數據中心建設、BIM應用等內容[1]。

1.2工地5G+云工業互聯網基礎設施應用體系

開展了水電工程5G組網基礎性研究，提出以公有專屬云的方式建立基于“5G+云架構”的工程管控數據中心，統一納管項目BIM數據、現場監測感知數據、工程建管業務數據、圖檔資料等數據，實現工程數據安全和高效共享，如圖1所示。

1.3BIM設計施工一體化的應用體系

利用同一套模型開展設計階段的碰撞檢查、方案比選、三維計算分析和三維出圖，以及施工模型階段的分倉設計、仿真模擬、工程量統計等應用驗證，打通了設計和施工一體化的BIM應用技術路徑，為BIM設計、施工、竣工和運維的“一模到底”應用奠定了基礎，如圖2所示。

1.4水電工程數字化管控平臺

圍繞“安全、質量、進度、投資、環保”五個維度，協同“業主、設計、施工、監理”四方，構建了一個“業務可視化、管控協同化、決策數據化”的工程數字化管控平臺。管控平臺共有20個模塊、176項功能及相關App應用，上線主要模塊有項目門戶、個人工作臺、安全、質量、進度、投資、生態、監理、設計、材料、設備、信息、檔案、移民及工地智能監管等，涵蓋了水電工程建設業務鏈條各管控要素，同時還實現了電子簽章功能[2。平臺匯集管理和物聯實時數據，實現工程全要素數據統計分析，為參建各方提供互聯互通和信息共享協同辦公環境，全面支撐工程管理，提升了工程管控效率和質量。

1.5智慧工地建設體系

五擴工程集成了高清群組智能視頻、智能門禁道閘、人員智能安全帽、車載定位裝置、塔機監測裝置、洞室自動收斂監測、混凝土溫控等物聯系統，建立了全封閉管理、全天候監測、全方位監控、全區域監管、全過程把控、重點部位精準計量和重點區域實時管理的智慧工地體系。其中，全封閉管理包含智能門禁和車輛道閘，全天候監測包含塔吊管理和爆破監測，全方位監控包含高清AI智能攝像頭和全景監控，全區域監管包含噪音監測和污水處理，全過程把控包含混凝土生產管理和砂石生產管理，重點部位精準計量包含智慧地磅和三維點云模型，重點區域實時管理管理包含關鍵區域步控和有限空間作業監測。由此可見，該體系納管了“人、機、料、法、環”全要素內容，在工程管控重點區域取得了較好的應用效果，提升了工地現場安全文明施工水平[3]。

2創新點與成效

2.1打通BIM全生命周期應用技術路徑

現階段，大中型水電站在設計階段和施工階段中均應用BIM技術，但是，兩階段模型以翻模為主，無法在工程前期對項目實施起到指導作用，且設計BIM和施工BIM間不互相繼承，數據相互隔離，無法實現數據的有效傳遞繼承。本項目通過協同業主、設計、監理和施工單位，在項目初期建立BIM編碼、分類、應用等方面的標準，指導工程設計和施工階段BIM模型創建和應用工作。設計單位開展工程全專業和全階段的正向設計，從項目可研階段到施工詳圖階段，利用模型開展設計優化、方案比選、概算核算、碰撞檢查、正向圖紙輸出和多專業協同校審，讓BIM在項目前期即可發揮重要指導作用[4]。施工過程中，通過統一的編碼和模型拆分原則，將設計模型移交到施工階段進行深化應用，開展施工計量、方案模擬、結構計算等應用，并利用數字化平臺匯總和展示各階段BIM應用數據，打通設計到施工階段BIM數據的傳遞，為BIM在工程設計和施工階段發揮更大價值及工程后續數字化移交奠定基礎。

2.2多源異構數據集成能力突出

在傳統水電工程中，物聯管控設備應用暫未全面普及，且功能偏向問題后期追溯和項目形象展示為主，應用和覆蓋范圍有限。本項目通過接入現場視頻監控、安全監測、環境監測、混凝土生產監測、人員車輛門禁、人員定位、車輛定位、塔吊監測、爆破振動監測等數10種物聯數據，并通過研發標準HlK+xPIp2BzFcOEjaKPtyHYOVJbNFWAR1UGZ3rvLNN0=化和結構化數據、流媒體數據與消息隊列數據接口，支持物聯系統中多源異構數據采集納管，數據通過水電工程數字化管控平臺進行整合和分析展現，實時反映施工現場狀態，提升現場管控和決策能力，打造了“五全兩重點”的智慧工地解決方案，支撐工程現場“四核三實兩查一放行”智慧工地管理方式實現。

2.3多技術融合應用創新

傳統水電工程建設期間，信息技術應用較為單一，未開展大范圍與新技術的融合應用，無法實現工程建設全面數字化管控覆蓋，綜合管理、分析和應用效果不顯著。本項目通過建立5G高速移動網絡，實現施工區以5G為核心的高速通信網絡的全面覆蓋，解決工地組網綜合布線難的問題。利用5G超高速率、超大連接和超低時延三大技術優勢，將工地傳感器設備統一接入5G網絡，支撐工程現場物聯數據快速采集、無損連接和智慧互聯。水電工程數字化管控平臺采用云端部署模式，根據系統業務需求，對云服務的算力、存儲、中間件、安全及其他資源進行規劃配置，實現系統的穩定和安全運行，實現對應用系統支撐[5]。整合電子簽章、激光點云、BIM、GIS、物聯網等技術，與水電工程建設管理各項業務進行融合研究和應用，通過一個平臺，實現水電工程數字化管控的全面覆蓋和集中管控，通過一個數據中心，對各業務及監測和管理數據進行匯聚、挖掘和分析，為各級管理者提供建設施工管理全過程應用數據支撐和決策依據，滿足工程現場數字化管控過程中的各項應用要求。

3結論

五強溪擴機工程將5G、云計算、BIM等新興技術全面融入水電工程建設與管理流程中，通過數字技術賦能，建立了水電工程數字化管控體系，將工程建設業主、監理、設計和施工納入協同管控，實現了工程建設管理效能的提升和管控模式的升級，解決了水電工程建設難題，推動了水電工程的“數字化轉型”，踐行了國家對行業“高質量發展”的要求。

參考文獻

[1]段斌，周相，王海勝，等.大型水電站建設項目智慧工程規劃與實踐[J].水電與抽水蓄能，2022，8（3）：29-34.

[2]路振剛，王永潭.豐滿水電站重建工程智慧管控技術探索與實踐[M].北京：中國水利水電出版社，2020：119-124.

[3]胡智斌，楊發伍，趙路路.水電工程項目管理數字化轉型與實踐[J].數字技術與應用，2023，41（12）：167-169.

[4]陳國青，姜巍.智慧水電數字化服務平臺建設和發展[J].水電站機電技術，2023，46（12）：57-61.

[5]晏國順，白光輝，龔科，等.大型水電企業數字化轉型路徑探究[J].水電與新能源，2022，36（12）：1-4.