數字化技術在新集水電站建設管理中的應用

摘要：為探索數字化智能技術在水利工程建設管理中的應用，以在建的湖北新集水電站智慧工程項目為例，從實施方案規劃和施工實時監控、項目資源與勞務管理、進度計劃控制和優化、施工質量控制與檢測、施工安全監管、施工建設投資控制等方面介紹了數字化智能技術在水利工程建設管理中的應用，分析了應用該技術時存在的數字化建設標準缺乏、受現行工程監管制度制約、智慧工程建設效益不明顯等問題，并提出了推動水利工程建設管理向數字化智慧化轉型應用的建議。

關鍵詞：水利水電工程； 智慧工程； 數字化管理; 新集水電站

中圖法分類號：TV736

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.020

文章編號：1006-0081（2024）S1-0076-03

0 引 言

隨著科技的發展，數字化智能技術如人工智能、大數據分析和物聯網等已經成為改變傳統管理方式的重要工具。目前，國內工程建設行業在智慧工程理論研究領域已經取得了一系列的進展，如技術手段、理論框架、模型與算法等方面。然而，智慧工程的實踐應用仍存在不足。

本文以湖北新集水電站智慧工程項目為例，介紹數字化智能技術在水利工程建設管理中的應用，包括實施方案規劃和施工實時監控、項目資源與勞務管理、施工質量控制與檢測、施工安全監管和施工建設投資控制等。對當前智慧工程在水利工程行業中的應用所面臨的挑戰和局限性進行了探討分析，提出了推動水利工程建設管理向數字化智慧化轉型應用的建議。本文旨在鼓勵建設方及各行業共同參與推進數字化建設，解決智慧工程應用中的現實問題，推進智慧工程行業應用全面落地。

1 數字化技術在水利工程建設管理中的運用

1.1 工程案例應用

近年來新建水利工程項目已經開始嘗試把信息化技術運用到項目建設、管理和運行維護當中，工程建設數字化管理成為時代發展的必然趨勢。當前水利行業中數字化技術在建設管理中的應用已經取得了顯著進展，為提高工作效率、優化資源配置和應對風險提供了強有力的支持。

湖北新集水電站自工程建設之初，就開展了數字化智慧工程管理系統建設，借助于GIS+BIM技術、物聯網技術、5G技術、數據智能分析處理技術等，集成融合進度管理、質量管理、安全管理、合同管理、勞務實名制管理功能模塊，構建形成“智慧工程”的數字化系統平臺［1］。智慧工程管理系統投用服務后，工程管理水平得到提升，取得了一定成效。湖北漢江新集水電站項目智慧工程管理系統界面詳見圖1、智慧工程BIM和施工管理模塊詳見圖2。

1.2 數字化建設工程的關鍵應用

在水利工程的建設期，智慧工程技術可以提高施工的效率、質量和安全性，減少資源浪費和成本損失。對提供實時數據和決策支持有不可替代的優勢，幫助項目管理人員做出明智的決策，進而推動水利工程建設的順利進行。

1.2.1 實施方案規劃和施工實時監控

智慧工程數字化BIM三維模型建立后，可以通過BIM技術模擬和預測施工過程，清晰直觀顯示設計建筑結構物、臨時設施、管線和設備在不同施工階段變化，輔助管理者進行實施方案總體規劃。根據各階段不同時期三維模型數據，合理安排物質運輸路線，布置施工設備，優化施工方案，提前發現并解決可能存在的沖突與問題。有助于提高施工效率、減少施工風險，并為項目的順利進行奠定堅實的基礎。

數字化技術為水利行業的建設管理提供了更精確、實時的數據采集和分析功能。通過傳感器、遙感技術和物聯網等手段，水利工程可以實現對質量、安全、進度等關鍵數據的實時監測和采集。通過建立的智慧平臺數據計算、分析，在GIS+BIM數字模型中標示發現的工程亮點、潛在的問題或風險，為建設管理者及時提供準確的參考依據，幫助其做出科學決策，提高施工效率［2］。

1.2.2 項目資源與勞務管理

利用智能設備標記追蹤施工材料的運輸、存儲和使用情況，可以通過物聯網技術實現實時監測和管理，從而減少材料的浪費和損失，并提高材料調度、加快材料供應管理的效率。通過系統數據分析，還可以幫助項目管理者更準確地預測和分配資源需求，包括材料、設備和勞務人員。此外，通過人臉識別技術識別進入工區的勞務人員信息，可實時記錄投入的勞務人數和在現場工作的時長。通過詳細分析不同作業面和資源組合下的任務完成進度，可協助管理者進行勞務用工資源的合理調配，對勞務人員的出勤進行考核，為勞務人員工資結算提供真實的考勤依據，避免勞務糾紛。

1.2.3 進度計劃控制和優化

支持施工進度計劃軟件與BIM三維模型進行關聯，可形象化展示實際項目建設進展，通過與項目計劃進行對比，直觀地看出工程進度偏差，并協助管理人員進行整體協調和資源調配，合理制訂趕工措施計劃。通過結合智慧平臺BIM三維模型和系統數據分析，計算不同時期完成的工程量，預測勞務用工、物資等需求，以優化施工進度計劃和資源分配，從而提高施工效率，并確保工程按計劃按期實施。

1.2.4 施工質量控制與檢測

利用便攜式和多樣化的輸入設備和傳感器進行數據采集，能夠快速獲取工程的實際情況。例如，智能灌漿模塊可以實時收集關鍵質量數據，如灌漿壓力、灌漿流量和漿液密度；混凝土溫控模塊可以監測大體積混凝土的溫度變化；試驗檢測數據和工程質量檢測數據可以通過手機平板應用程序快速上傳。海量數據自動上傳數字平臺后，系統會按程序自動與設計模型進行比對，能夠及時發現施工質量問題和潛在風險、發出預判警告通知，促使質量控制更準確、更高效。

1.2.5 施工安全監管

在工程建設期間，從安全需求的角度，利用設備安全監測模塊、建筑物安全運行監測模塊，通過智能監測設備、傳感器和視頻監控等技術，實時監測設備和建筑物的運行數據，例如起重吊裝設備的限位傳感器、傾角傳感器能夠收集吊裝設備的安全運行工況，建筑鋼筋應力計、水平位移計、沉降儀能夠收集建筑物運行數據，分析投用前后數據，確保工程安全［3］。通過危險區域的視頻監控模塊、安全隱患檢查整改跟蹤模塊、安全教育培訓模塊，輔助管理者督促現場一線員工做好日常安全工作，提升安全管理水平。

1.2.6 施工建設投資控制

通過BIM數字模型與合同管理模板的集成，能夠實現投資預算的精細管理，從已建立三維模型快速精確得出各部位的具體工程量，如混凝土、管道、填筑的工程量，大大減少經營人員的投入，提高合同管理效率［4］。能夠實時追蹤和記錄工程過程中的合同變更情況，并將變動的成本與原始合同預算進行對比，從而及時進行資金風險預警。

2 存在的問題

2.1 數字化建設標準缺乏

智慧工程建設涉及多個領域的技術，如物聯網、人工智能、大數據等［5］。當前缺乏統一的技術標準，這導致了數據集成和共享變得非常困難。在工程數字化建設過程中，需要將來自不同企業、不同階段和不同設備的數據進行集成和共享，以實現全面的協同工作和信息共享。然而，由于缺乏統一的技術標準，不同系統之間存在數據格式和接口的差異，這使得數據交換和整合變得復雜且困難［6］。不僅增加了系統集成和數據轉換的成本，還增加了人員在不同系統之間進行切換和學習的成本。

因此，為推動工程數字化建設的發展，建立統一的技術標準是至關重要的。這需要各行業、企業和研究機構共同努力，通過合作和共享經驗，制定和推廣適用的數據格式、接口標準、數據模型和工作流程等方面的技術標準。以實現不同系統間的數據互通和集成，提高工程數字化建設的效率和質量。

2.2 現行工程監管制度制約

通過電子文件歸檔，可以實現信息的數字化存儲和管理，將紙質文件轉化為電子文件，從而實現了便利和高效的文件獲取、檢索和共享。一旦完成數字化系統的開發建設，將為參與項目的各方提供一個方便的信息共享和協同工作平臺。在項目建設過程中，工程文件通過該平臺進行流轉、審批和云存儲，實現了實時的信息溝通和協同辦公。這有助于加強各方之間的合作和溝通，提高項目的工作效率和產出質量。然而，在現行工程管理制度下，作為政府監管部門，進行工程建設質量安全監督檢查、工程驗收時，通常仍執行紙制文件流轉簽章存檔的規定，限制了智慧工程建設的進一步創新和進步。

因此，需要盡快落實工程建設電子文件歸檔工作的相關規定，為智能建設工程的信息化和數字化提供基礎保障。

2.3 智慧工程建設效益不易顯現

智慧工程建設需要在工程的前期階段進行計劃和部署，通常需要投入大量的資金用于技術設備、系統集成和人員培訓等方面，但是在這個階段獲取明顯的效益相對困難。此外，建設單位通常是智慧工程的出資方，承擔項目資金投入和資金來源的責任。智慧工程功能性開發主要以滿足建設單位的管理需求為主，但現行體制下工程管理責任已經部分委托項目管理單位、監理單位承擔，導致建設單位缺少智慧工程建設動力。施工單位在工程實施過程中往往屬于被動投入的角色，主要負責按照要求進行施工、數據采集，沒有直接從智慧工程系統中獲得經濟收益，還需付出額外的投入和成本支出。

因此，在推廣數字化工程建設方面，政府部門應加大政策支持和規范引導，鼓勵各參建單位積極參與智慧工程建設，實現合作共贏，共同分享智慧工程所帶來的效益。

3 水利工程建設數字化技術發展展望

數字經濟已成為經濟發展新引擎，國務院印發的《“十四五”數字經濟發展規劃》明確指出，數字經濟是繼農業經濟、工業經濟之后的主要經濟形態，智能建設技術在水利工程建設領域的前景十分廣闊。

（1） 多源數據整合與分析。水利工程建設行業未來將面臨來自各種傳感器、監測設備和遙感數據等多源數據的挑戰。為了有效應對大量且多樣化的數據，數字化技術將發揮關鍵作用，幫助整合和處理這些信息［7］。通過采用先進的數據整合和分析技術，可以實現對水資源、水文、水質和水位等數據的準確監測和預測，從而為水利工程建設提供科學依據和決策支持。

（2） 虛擬仿真和建模。數字化技術的發展將推動水利工程建設行業朝著虛擬仿真和建模方向邁進。通過建立三維數字模型，可以實現對工程施工、水庫調度和災害風險評估等方面的仿真和模擬［8］。這將有助于事前發現潛在問題、優化工程設計，并提供培訓和演練的平臺，提升工程的可靠性和安全性。

（3） 創新建設管理模式。智能建設技術為水利工程建設帶來了新的管理模式和服務方式。例如，基于物聯網和大數據的水務管理平臺可以提供綜合管理、遠程監控和智能決策等功能，為水利工程提供全方位的支持和服務。

（4） 高效協同和信息共享。數字化技術將促進水利工程建設行業內外的高效協同和信息共享。通

過建立數字化平臺和云端存儲技術，水利工程建設的各個部門、企業和參與者可以實現實時數據共享、工作協同和項目管理，從而提高溝通效率、減少信息障礙，并促進水利工程建設的整體協調和一體化發展。

（5） 智能化運維管理。數字化技術將在水利工程的運維管理中發揮重要的作用。借助物聯網、人工智能和大數據分析等技術，智能化運維管理可以實現對水利設施和設備的智能監測、故障預警和遠程操作［9］。通過這種方式，工程運維的效率和可靠性將被大幅提升，事故風險也將降低，同時還能減少人力資源和維護成本的投入。

4 結 語

通過數字化技術的應用，建設過程中的信息管理和決策支持水平得以改善和提升。通過將各種數據和信息集成到統一的平臺上，能夠實時跟蹤和分析工程進度、質量和成本等關鍵指標。這為管理者提供了更準確、及時的決策支持，降低了建設過程中的風險和不確定性。水利工程數字化智慧工程技術仍然需要在技術研發、人才培養、政策支持和合作共享等方面進一步加強，以實現智慧工程的全面應用，促進水利工程的可持續發展和高效管理。

參考文獻：

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