EPC模式下大型水電工程智慧工地建設管理創新探索與實踐

摘要：

為了研究實現EPC模式下大型水電站建設高效管理，以楊房溝水電站工程智慧工地建設管理創新探索實踐為基礎，針對EPC模式下大型水電站建設管理特點和難點，借助BIM、大數據、云計算、移動端、物聯網等信息技術，構建基于設計施工BIM管理系統（進度、質量、安全、投資）和現場“人、機、料、法、環”管控的智慧工地應用，實現了對EPC模式大型水電工程的精細化管控。相關成果可為EPC模式下大型水電工程智慧工地建設管理提供借鑒。

關鍵詞：

智慧工地； EPC； BIM； 楊房溝水電站

中圖法分類號：TP391

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.07.018

文章編號：1006-0081（2024）07-0105-05

0 引 言

針對雅礱江流域中上游水電站建設成本相對較高的特點，雅礱江流域水電開發有限公司積極對國內外建設管理模式開展深入調研、項目試點、大膽創新，在楊房溝百萬千瓦級水電項目采用設計施工總承包（EPC）模式建設［1-2］。面對EPC模式下大型水電工程項目普遍具有規模龐大、安全風險高、技術難度大、施工組織復雜、多專業交叉、施工周期長、建設管理和投資控制難度大等特點，如何實現對工程建設的安全、高效管理，成為了亟待解決的難題。

隨著BIM、大數據、云計算、移動端、物聯網等技術發展，對傳統水電工程的建設管理方式進行了創新［3-5］。在過去的30 a里，從手工到機械化、從機械化到信息化、智能化，為智慧工地的探索實踐奠定了堅實基礎［6-7］。智慧工地以施工過程的現場管理為出發點，貫穿項目的全生命周期，借助BIM、大數據、云計算、移動端、物聯網等信息技術，對工程現場“人、機、料、法、環”等關鍵因素進行控制管理，形成包含互聯協同、信息共享、安全監測及智能決策平臺的工程項目信息化系統。本文通過楊房溝水電站智慧工地建設管理創新與實踐，為EPC模式下大型水電工程建設管理升級、優化生產組織提供了新思路、新方法，可為國內同類工程建設創新管理提供思路。

1 工程背景

1.1 工程概況

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內的雅礱江干流中游河段上，是《四川省雅礱江中游（兩河口至卡拉河段）水電規劃報告》中該河段的第6級水電站。楊房溝水電站水庫正常蓄水位為2 094 m，總庫容5.124 8億m3，調節庫容0.538 5億m3，電站裝機容量1 500 MW。工程樞紐主要由最大壩高155 m的混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發電系統等組成。

1.2 總承包模式

在高海拔高邊坡地區修建高拱壩和大規模地下洞室群，其技術難題是固有的。楊房溝水電站是國內首座以EPC模式建設的百萬千瓦級水電工程，國內沒有可以參考借鑒的經驗。因此，在工程全生命周期管理的過程中，如何實現參建各方的協同管理、實現工程全生命周期的數據治理、構建標準化業務流程和工程全信息三維模型均是需要研究解決的問題［8］。

為滿足EPC模式下楊房溝水電站的建設管理需求，亟需利用信息技術，以工程大數據為切入口，應用智慧工地管理理念，對工程建設進度、質量、投資、安全信息進行全面管控，通過智慧工地建設管理創新研究實踐，實現工程的可視化、扁平化、智慧化管理，切實提升工程質量，發揮經濟和社會效益。通過開展智慧工地建設規劃，搭建統一平臺，實現數據共享；通過數字化手段再造業務流程，促進高效溝通；開發移動應用，管控重心前移，提升精細化管理水平。

2 智慧工地建設架構

2.1 組織架構

為高質量推進楊房溝水電站工程智慧工地建設工作，強化組織管理、提高管理水平、提升管理效率，推動智慧工地建設管理的制度化、標準化、規范化、程序化，打造楊房溝水電站工程智慧工地建設品牌，確保工程智慧工地建設目標的順利實現，經參建各方研究，成立了楊房溝水電站智慧工地建設管理領導小組及工作小組，各參建單位下屬各部門、工區成立相應的工作小組，實施完成相應各部門、工區的工作內容，具體組織架構見圖1。

2.2 智慧工地應用架構

智慧工地應用架構主要體現在業務應用層和設備層，楊房溝水電站通過研發并建立集成、高效、現場與遠程、信息匯集與快速響應并舉的覆蓋全工程、全要素、全過程和全參建方、多層級的智慧工地管理平臺，實現實時、在線、交互、扁平化技術要求，最終以電腦端、移動端等多端融合方式滿足不同層級用戶的應用需求［9-10］，見圖2。

（1） 設備層。設備層即物聯感知層，包括智慧工地管理平臺采集數據所需的各類基礎設備，如芯片、傳感器、攝像頭、RFID標簽及其他感知設備，通過構建系統的物聯感知體系能夠全面獲取工程管理所需的溫度、壓力、流量、監控畫面等基礎數據。

（2） 數據層。數據層包括網絡建設、數據庫建設、算法管理等，構建數據核心支撐體系，實現各類信息數據的匯聚、整合、清洗與分析等，并為平臺服務及各應用集成運行提供支撐，實現系統之間的數據交換。

（3） 平臺服務層。平臺服務層提供包括GIS、BIM、消息引擎、微服務、電子簽章、工作流引擎等基礎功能服務，在此基礎上結合項目建設管理的應用需求，實現多種專題服務接口，支撐業務應用層與數據層之間的轉換。

（4） 業務應用層。業務應用層主要實現對工程業務及現場施工要素的全面數字化管控。通過設計施工BIM管理系統實現對設計、質量、安全、進度、投資等方面的全流程業務數字化管控，并基于現場智慧工地應用實現對“人、機、料、法、環”的現場管控，包括人員智能定位、智慧灌漿、智慧溫控、智慧振搗等，實現對工程建設的整體管控、精細化管理，為工程安全、質量帶來了實質性保障。

（5） 交互層。通過Web端、移動端、顯示大屏等方式，用戶可以方便查看智慧工地平臺各版塊成果信息，實現真正意義上的遠程管控、事后可查、全時空管控目的。

3 關鍵技術研究

楊房溝智慧工地建設系統地創建了一套基于BIM的大型水電工程EPC項目智慧管理體系，通過對傳統業務的數字化升級再造，構建BIM工程數據中心，實現EPC模式下建設管理創新，主要創新關鍵技術研究如下。

（1） 明確了基于BIM的大型水電工程EPC項目全過程數字化建設管理的架構及實施方案，確定了“建設方主導、EPC承包商執行、監理方監督”的數字化建設管理模式，實現了設計-施工-采購管理的高度融合，充分發揮了EPC模式的管理優勢，促進了大型水電工程EPC項目的精細化管理。

（2） 創建了大型水電工程EPC項目BIM工程數據中心，完成了多屬性數據的有機融合，消除了傳統管理模式下的“數據孤島”，通過對工程全生命周期海量數據的存儲、處理與挖掘，真正實現了工程數據的流動、共享與增值，提升了設計、施工一體化的水平，參建各方的溝通更加協同、有效。

（3） 全范圍設計管理工作方式創新。EPC模式下設計文件報審環節復雜，通過研發流程配置引擎，實現設計、監理、業主等各參建方跨地域、跨單位的協同辦公，無論在工地還是在其他地點，各類設計圖紙、報告、修改通知等全部實現線上流轉和審批。同時，設計圖紙自動關聯BIM模型。通過這樣全范圍的設計管理方式創新大大提升了設計審查效率。

（4） 質量全過程數字化管理與電子文件“單軌制”數字歸檔。基于全過程管理理念，針對工程質量創建了貫穿設計-采購-施工-驗收-歸檔全過程的數字化管理體系。設計階段通過設計施工會簽及監理審查，從源頭控制質量；采購與施工階段通過數字化手段嚴控采購流程，智能監控設備、物資流轉；驗收環節，建立了工程質量三檢驗評信息化流程，實現大型水電站全專業數字化質量驗評。改變了傳統紙質質量驗評方式，優化了大型水電站質量驗評方法。

4 智慧工地建設實施

4.1 設計施工BIM管理系統

4.1.1 設計管理

設計管理模塊包含設計成果報審（包括設計圖紙、修改通知、設計報告）、流程監控、分項維護、工程量項維護、歷史設計資料等功能子模塊，見圖3。

設計管理模塊很大程度提高了總承包部與設計監理的溝通效率和設計報審效率，同時便于楊房溝參建各方對設計文件進行下載或在線查閱。

4.1.2 進度管理

進度管理模塊的功能定位是基于工程數據中心的BIM模型進度展示，結合現場施工進度管理需要，開發了大壩施工模擬、邊坡施工展示、一般洞室施工展示、邊坡施工填報、一般洞室施工填報、施工方案填報、進度計劃填報、實際進度填報、大壩澆筑進度展示、大壩澆筑進度對比、澆筑進度計劃填報、澆筑實際進度填報、大壩接縫灌漿進度展示、接縫灌漿實際進度填報14個功能子模塊。

進度管理模塊針對不同的施工部位（邊坡洞室開挖、大壩混凝土澆筑等），需要采用不同的進度展示方式，并與工程進度仿真系統相結合，實現對工程進度計劃的輔助編制、進度分析對比、資源統計分析等，大大提高現場的進度管控水平。

4.1.3 質量管理

質量管理模塊包括質量展示、制度標準、單元填報、表單配置、質量評定、驗評臺賬、驗評統計、原材料檢驗臺賬、修改審核表管理等功能子模塊，通過與質量驗評APP、質量管理APP在移動端設備的使用，方便參建單位在線完成質量驗評、質量問題跟蹤等質量管理工作，并實現單元內工序照片、短視頻上傳等反映現場實際施工情況，以單元工序為最小管理層次，高效提升現場質量管理各項工作，見圖4。

質量管理模塊實現了工程質量管理數據的在線統計分析以及在線全過程質量驗評、質量問題追蹤管理，大大提高了現場質量管理效率和水平。

4.1.4 安全管理

該模塊包括安全監測管理及現場安全風險管控兩個子模塊。安全監測管理通過基于BIM模型導航方式，查詢監測儀器的歷史讀數、過程曲線、儀器讀數的矢量化展示、多儀器對比分析等，亦可與工程施工進度模型聯合顯示，供分析判斷有關異常讀數與施工進度（如爆破開挖）的關系，可分部位設置各個儀器的報警等級和報警閾值。安全風險管控通過移動端APP，實現了風險管理成效、安全保障體系、風險辨識與評估、風險過程管控、風險統計與分析、一周事故警示等6個子功能，從各個方面對工程現場安全風險進行全方位管控。

4.1.5 投資管理

投資管理模塊結合總承包模式下季度形象節點結算特點，通過與建設單位結算系統開發對接，整合了工程的各季度投資、結算信息，實時更新結算節點臺賬與實際工程量數據，實現對工程投資管理的現場數字化管控。

4.2 人員管理

現場人員定位管理系統主要包括監控主機、系統軟件、定位基站、人員識別卡等，通過在主要施工通道及作業區域布設定位基站，實現對現場作業人員的實時跟蹤定位，可通過平臺實時查看現場作業人員分布情況、軌跡查詢等功能，為地下洞室人員安全管理提供支持。

4.3 機械設備管理

通過對現場大型機械設備（包括塔吊、纜機、龍門吊等）安裝運行狀態監測、定位等，實現對機械設備的運行狀態（包括重量、高度、幅度、回轉角度、力矩、位置、行程、速度等）及重要運行參數的實時監控，對于異常狀態、非正常操作，及時進行報警以通知操作人員，并全過程記錄，保證機械設備的安全、穩定運行，減少安全事故發生，提高安全管理水平。同時，全過程記錄數據還可用于工效分析、指導現場施工組織、提高現場管控水平。

4.4 材料管理

（1） 危化品管理。為強化乙炔材料等危化品安全管理，提升危化品安全管控成效，在楊房溝危化品倉庫采用了電子化的安防系統，主要從視頻監控、周界報警、紅外報警3個層面對危化品倉庫的安防進行部署，隨時掌握監控區域內人員活動情況、重點部位的安全情況，提前發現隱患，及時處理突發事件；周界系統和紅外系統可有效防范外部入侵，及時傳遞報警信號，啟動聯運裝置和設備。

（2） 材料臺賬。通過對進場材料的設備名稱、規格型號、使用部位、進場時間、進場數量等文檔資料進行歸集，將傳統線下材料管理轉為線上管理，方便項目管理人員掌握現場材料進出情況。

4.5 施工管理

4.5.1 智慧灌漿

該系統通過研發相關接口程序，實現三維建模與灌漿監控分析系統的集成，實現從BIM系統中實時獲取仿真計算分析、振搗監控、灌漿分析等所需的各類施工指標參數，同時根據不同用戶權限，將系統監控結果數據實時傳輸至BIM系統，實現監控結果的實時共享。

4.5.2 智慧溫控

智慧溫控系統以大體積混凝土防裂為根本目的，實現施工和溫控信息實時采集、實時傳輸、自動管理、自動評價，溫度應力自動分析，開裂風險實時預警，溫控防裂反饋實時控制等溫控施工動態智能監測、分析與控制的系統；能夠實現大壩混凝土從原材料、生產、運輸、澆筑、溫度監測、冷卻通水到封拱的全過程智能控制。

該系統通過與智慧溫控系統對接，實現出機口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、內部溫度、通水信息等關鍵信息的在線實時查詢展示。

4.5.3 智慧振搗

智慧振搗系統通過在振搗車上安裝集成定位、授時、測距、測振等儀器，對常態混凝土振搗過程進行實時監控，從而監控對大壩澆筑振搗質量有影響的相關參數，動態監控倉面振搗作業位置、插入深度及作業時間，當振搗設備的插入深度或振搗時間不達標時，系統自動發送報警信息，提示現場人員及時進行整改，從而保證振搗質量。

4.5.4 進度仿真

進度仿真系統通過實時跟蹤大壩混凝土澆筑進程，對大壩當前實際進度進行統計分析，實現對工程進度變化趨勢預測分析、計劃進度的定期動態調整。通過施工現場實施動態反饋分析，指導現場提出高質量、高強度連續施工的工程措施，及時優化調整施工方案，實現各類資源的統計分析、大壩混凝土施工跳倉跳塊優化、工程進度的查詢，見圖5。

4.6 作業環境管理

（1） 水雨情監測。水情測報通過與雅礱江流域水情測報系統對接，實現了電站水雨情預報關鍵數據（一周天氣預報及電站上下游水文站水位流量數據）的接入，并支持現場雨量站數據錄入，對工程水雨情信息進行全面監測分析。

（2） 水質監測。水質監測系統通過工程通信網絡與工程沿線設置的自動監測站進行數據互通，實現對運行期全線水質信息的定期自動采集和統計分析并存儲，同時人工監測數據可通過系統上傳至數據平臺或在移動終端APP進行匯集，將人工監測與自動監測數據進行匯總，完成水質信息集中監測。對于采集的水質信息，通過水質評價模型進行統計和分析，并將結果在平臺進行發布。

（3） 視頻監控。視頻監控系統實現對現場施工作業面的實時監控及錄像回放，方便參建各方人員及時查看現場監控圖像，大大提高了現場施工安全和質量管理效率。

（4） 環境監測。通過將環境監測一體機監測采集的參數接入平臺，以圖表的形式展示實時數據，如PM2.5、PM10、溫度、濕度、風速、噪音等，可實時查看現場各項環境數據指標，管理人員可通過圖表掌握各階段環境數據變化，有利于項目環境管理制定相應對策，通過設置相應的預警閾值，輔助項目現場的綠色施工管理。

（5） 水土保持監測。具體包括楊房溝水電站工程水土流失防治責任范圍中的樞紐及導流工程區、棄渣場及表土堆存場防治區、中轉料場防治區、料場區、施工生產生活區等9個監測區。其中：樞紐及導流工程區、棄渣場及表土堆存場防治區、料場區為工程建設過程中產生擾動較為集中的區域，將作為重點監測區域進行全過程監測，渣場和料場涉及土方施工量較大的區域作為重點監測部位；而對庫岸區和其他區域則著重在布設的植物措施實施期間及完成后的防治效果監測。

5 結 語

本研究基于楊房溝水電站智慧工地建設管理創新探索與實踐，從整體規劃到應用實施，從設計施工BIM信息系統（進度、質量、安全、投資）和現場的“人、機、料、法、環”管控兩方面展開，實現對工程的精細化管控。研究成果可為EPC模式下大型水電工程建設管理提供借鑒。

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（編輯：李 晗）

Exploration and practice of innovative intelligent site construction management for large-scale hydropower projects under EPC mode

ZENG Ting1，ZHAI Haifeng2

（1.School of Economics，Xihua University，Chengdu 610039，China； 2.Yalong River Hydropower Development Company Ltd.，Chengdu 610051，China）

Abstract：

To study the efficient management of large-scale hydropower station construction under EPC mode，based on the innovative exploration and practice of intelligent site construction management for Yangfanggou Hydropower Station Project，targeted at the characteristics and difficulties of construction management for large-scale hydropower stations under EPC modeby using the information technologies such as BIM，big data，cloud computing，mobile devices，and IoT. We constructed an intelligent site construction application based on design-construction BIM management system （progress，quality，safety，investment） and on-site People，Machinery，Materials，Methods，and Environment control，achieving the refined control and upgrading of large-scale hydropower projects under EPC mode. The research results can provide a reference for the intelligent site construction management of large-scale hydropower projects under EPC mode.

Key words：

intelligent site； EPC； BIM； Yangfanggou Hydropower Station