LD水電站智慧工程建設(shè)方案研究

LD水電站智慧工程建設(shè)方案研究摘要：為了實(shí)現(xiàn)LD水電站智慧工程建設(shè)，LD水電站以基礎(chǔ)云平臺(tái)為支撐，以BIM模型為可視化載體，并采用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行智能建管、智能建造、智慧工地三大業(yè)務(wù)子系統(tǒng)策劃與研究，以期改變傳統(tǒng)工程管控手段和方法，推動(dòng)LD水電站工程建設(shè)的管控提質(zhì)。關(guān)鍵詞：水電工程；智能建管；智能建造；智慧工地1項(xiàng)目背景國家“十四五”規(guī)劃明確了“加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國”的建設(shè)方向。規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要提出，充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場景優(yōu)勢，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，催生新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式，壯大經(jīng)濟(jì)發(fā)展新引擎，營造良好數(shù)字生態(tài)，建設(shè)數(shù)字中國。工程建設(shè)領(lǐng)域也正處于工程數(shù)字化技術(shù)革命初期，在工程中搭建成熟的數(shù)字化建設(shè)體系并形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈、生態(tài)圈，是未來幾十年工程建設(shè)領(lǐng)域的根本方向。國家能源投資集團(tuán)公司于2017年頒布《集團(tuán)公司智慧企業(yè)建設(shè)指導(dǎo)意見》，智慧企業(yè)建設(shè)步伐進(jìn)一步加快，按照“業(yè)務(wù)量化、集成集中、統(tǒng)一平臺(tái)、智能協(xié)同”的實(shí)施途徑，全面推進(jìn)智慧企業(yè)建設(shè)。為積極響應(yīng)國家和集團(tuán)公司的號(hào)召，同時(shí)全面提升LD水電站開工后的建設(shè)管理水平，全方位開展LD水電站智慧工程建設(shè)研究。LD水電站是雅魯藏布江干流中游規(guī)劃的第9級(jí)電站，電站采用混合式開發(fā)，總庫容1.2億m3，總裝機(jī)495兆瓦，為二等大2型工程，本文將介紹目前針對電站施工期智慧工程建設(shè)方案的研究成果。2項(xiàng)目研究內(nèi)容LD水電站攔河壩為混凝土重力壩，大壩混凝土澆筑過程中的溫控以及碾壓混凝土施工質(zhì)量都是大壩施工管控的關(guān)鍵所在。同時(shí)，LD電站還涉及大量灌漿工程以及引水隧洞軟巖施工、工程多處高邊坡、施工區(qū)臨近拉林鐵路安全監(jiān)測等問題，以上均是工程質(zhì)量和安全施工管理方面所面臨的重難點(diǎn)，在工程施工過程推薦采用智能管控、智能監(jiān)測方式來滿足工程施工質(zhì)量要求。同時(shí)，水電工程的施工工藝復(fù)雜，項(xiàng)目的工序、工種繁多，項(xiàng)目參與單位眾多，影響工程建設(shè)成果的人、機(jī)、料、環(huán)等因素?fù)诫s了許多不確定性，項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量、安全等分級(jí)管控復(fù)雜。傳統(tǒng)的多部門、多層級(jí)的工程信息共享與決策模式隨著項(xiàng)目建設(shè)的推進(jìn)、信息的積累與更新，信息的碎片化及孤島化問題逐步顯現(xiàn)，信息管理重復(fù)工作量大，所需的人力成本高，最終給工程建設(shè)管理帶來巨大的挑戰(zhàn)。因此，LD水電站有必要采用BIM、數(shù)字化、智能化手段，并利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)對工程重點(diǎn)施工部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理和預(yù)警，提升LD水電站工程管理的高效性、適用性、便捷性，實(shí)現(xiàn)施工期智慧管控。13總體解決方案為實(shí)現(xiàn)LD水電站智慧工程建設(shè)應(yīng)用，根據(jù)水電工程建設(shè)特點(diǎn)，深入開展傳統(tǒng)水電項(xiàng)目管理與先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)融合的研究，搭建智慧工程應(yīng)用系統(tǒng)，涵蓋3個(gè)數(shù)字化業(yè)務(wù)管理子系統(tǒng)，分別為智能建管、智能建造、智慧工地。根據(jù)LD水電站項(xiàng)目需求，首先搭建研發(fā)適用于本工程數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)云平臺(tái)以及工程數(shù)據(jù)中心，基礎(chǔ)云平臺(tái)是數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用的承載平臺(tái)，后續(xù)所有數(shù)字化業(yè)務(wù)應(yīng)用均在該平臺(tái)上進(jìn)行搭建或集成。工程數(shù)據(jù)中心對全部工程業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)和管理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的相互調(diào)用，打破參建方之間以及各業(yè)務(wù)模塊之間的數(shù)據(jù)壁壘。在此基礎(chǔ)上，通過研發(fā)符合水電工程特點(diǎn)的三維引擎，實(shí)現(xiàn)海量精細(xì)BIM模型的流暢加載以及數(shù)字化管理的可視化應(yīng)用，最后通過研發(fā)或集成各數(shù)字化業(yè)務(wù)管理模塊實(shí)現(xiàn)LD水電站智慧工程應(yīng)用，全面輔助項(xiàng)目現(xiàn)場的管理[1]。4系統(tǒng)架構(gòu)智慧工程應(yīng)用系統(tǒng)研發(fā)核心架構(gòu)主要由五層組成：基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、表現(xiàn)層。圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖其中，基礎(chǔ)層通過基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及安全設(shè)備等為整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)提供硬件支撐；數(shù)據(jù)層即工程數(shù)據(jù)中心及其內(nèi)部的各類數(shù)據(jù)庫，負(fù)責(zé)為整個(gè)系統(tǒng)提供各類數(shù)據(jù)和邏輯關(guān)系；支撐層由BIM輕量化三維引擎和系統(tǒng)開發(fā)所需要的各類組件構(gòu)成，為整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)提供各類服務(wù)；應(yīng)用層即系統(tǒng)中各個(gè)業(yè)務(wù)管理模塊，并通過表現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)與用戶的交互[2]。15業(yè)務(wù)管理模塊功能設(shè)計(jì)5.1智能建管智能建管子系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)LD水電站施工期智能管理，服務(wù)于LD水電站工程為出發(fā)點(diǎn)，其主要任務(wù)在于工程結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)積累以及工程智能化建設(shè)管理應(yīng)用。結(jié)合LD水電站工程特點(diǎn)和實(shí)際管理需求，智能建管子系統(tǒng)包含安全、質(zhì)量、進(jìn)度、機(jī)電、技術(shù)、合同及投資、檔案、數(shù)字化移交8個(gè)業(yè)務(wù)模塊，將通過數(shù)字化、智能化手段實(shí)現(xiàn)LD水電站工程的精細(xì)化管理，進(jìn)而提升工程建設(shè)質(zhì)量[3]。5.1.1安全管理（1）安全培訓(xùn)成果管理根據(jù)電站智能建設(shè)需求，參建各方可將形成的安全培訓(xùn)資料、培訓(xùn)視頻等培訓(xùn)成果上傳到系統(tǒng)中，形成各單位的安全培訓(xùn)成果庫，規(guī)范、統(tǒng)一的培訓(xùn)流程，幫助培訓(xùn)者學(xué)習(xí)規(guī)范操作，建立安全防范意識(shí)，進(jìn)而提高安全培訓(xùn)效率。（2）安全文件及危險(xiǎn)源管理基于現(xiàn)場安全管理制度，借助智慧工程應(yīng)用系統(tǒng)梳理現(xiàn)場危險(xiǎn)源清單，以可視化的手段進(jìn)行危險(xiǎn)源分級(jí)展示。工程現(xiàn)場的安全策劃、監(jiān)管以及海量的安全作業(yè)臺(tái)賬等工作均線上實(shí)施，且自動(dòng)生成報(bào)表，高效匯總統(tǒng)計(jì)。（3）現(xiàn)場安全巡檢管理通過APP的方式，向特定巡檢人員指派巡檢任務(wù)及地點(diǎn)，并對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的各類巡檢問題進(jìn)行在線填報(bào)和審批，實(shí)現(xiàn)巡檢問題從發(fā)現(xiàn)、記錄、反饋、整改、復(fù)查的全過程管控。同時(shí)，通過集成GIS技術(shù)，可實(shí)時(shí)記錄巡檢人員的巡檢軌跡和巡檢點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場巡檢工作的全過程重現(xiàn)?，F(xiàn)場安全巡檢管理的應(yīng)用將大大節(jié)約安全巡檢管理成本、全面降低工程隱患風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率。5.1.2質(zhì)量管理（1）質(zhì)量驗(yàn)評管理根據(jù)工程劃分，按最小單元工程進(jìn)行管理，全部驗(yàn)評資料均為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，同時(shí)將質(zhì)量驗(yàn)評表單與單元工程模型掛接，驗(yàn)評結(jié)果通過BIM模型以色系進(jìn)行可視化直觀區(qū)分展示，并進(jìn)行優(yōu)良率的統(tǒng)計(jì)以及圖形化表達(dá)，為質(zhì)量管理提供基礎(chǔ)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量驗(yàn)評的無紙化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化。（2）質(zhì)量缺陷管理結(jié)合BIM模型，采用移動(dòng)端APP和網(wǎng)頁端進(jìn)行質(zhì)量缺陷的上報(bào)和可視化管理，根據(jù)個(gè)性化定制的質(zhì)量缺陷整改流程，在線發(fā)起整改，并將整改責(zé)任落實(shí)到專人，為現(xiàn)場質(zhì)量管理留下管理記錄，便于管理人員隨時(shí)查詢各質(zhì)量缺陷的整改前情況以及整改后情況。對于逾期未完成整改的質(zhì)量缺陷，系統(tǒng)可自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息，督促整改責(zé)任人及時(shí)完成整改，真正做到質(zhì)量缺陷的閉環(huán)管理。（3）試驗(yàn)檢測管理試驗(yàn)檢測管理通過相關(guān)試驗(yàn)測結(jié)果集成，將集成的試驗(yàn)檢測結(jié)果作為施工單位的自檢、監(jiān)理單位的平行檢測、第三方實(shí)驗(yàn)室檢測或政府部門的抽檢等支撐材料，上傳后的檢測結(jié)果將在系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一管理和歸檔，顯著提高試驗(yàn)檢測工作效率及準(zhǔn)確率，并為工程的質(zhì)量評價(jià)提供依據(jù)。具有相關(guān)權(quán)限的參建單位可按檢測類別、檢測時(shí)間等條件進(jìn)行查詢和下載。（4）施工標(biāo)準(zhǔn)化管理借助BIM模型進(jìn)行施工工法、工藝模擬，真實(shí)、形象的展示施工方案，實(shí)現(xiàn)施工過程中問題前置。同時(shí)，形成施工管理行為標(biāo)準(zhǔn)庫，有效規(guī)范管理施工流程，從而保證施工質(zhì)量、優(yōu)化施工進(jìn)度、保障施工安全。5.1.3進(jìn)度管理從工程總進(jìn)度、年進(jìn)度、月進(jìn)度計(jì)劃出發(fā)，利用BIM模型耦合計(jì)劃進(jìn)度和實(shí)際進(jìn)度，開展可視化的進(jìn)度展示與對比分析，動(dòng)態(tài)感知工程施工進(jìn)展情況，助力工程現(xiàn)場管理。同時(shí)，對于工程施工重點(diǎn)部位，可階段性進(jìn)行無人機(jī)航拍，生成三維傾斜攝影模型和360度全景照片，真實(shí)記錄施工形象面貌，從而建立起完整的工程生長檔案，實(shí)現(xiàn)直觀、可視的形象進(jìn)度管理。5.1.4機(jī)電管理采用VR技術(shù)結(jié)合定制化研發(fā)，在可視化系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備安裝模擬的交互式操作。通過可視化形式進(jìn)行設(shè)備安裝工序的干擾分析，并對地下廠房有限的空間作業(yè)面的施工方案進(jìn)行優(yōu)化，利用VR系統(tǒng)沉浸式的視覺體驗(yàn)，可視化指導(dǎo)現(xiàn)場施工。同時(shí)，以移動(dòng)端和二維碼相結(jié)合的方式對機(jī)電物資的出庫、入庫、盤點(diǎn)等進(jìn)行管理，同時(shí)提供線上物資報(bào)表臺(tái)賬的查詢統(tǒng)計(jì)功能，提高物資計(jì)劃的準(zhǔn)確性和物資供應(yīng)的合理性。5.1.5技術(shù)管理根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和供圖計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)催圖、圖紙審批、設(shè)計(jì)成果管理與共享等內(nèi)容，綜合提高設(shè)計(jì)管理效率；同時(shí)工程施工技術(shù)方案等文件可線上審批流轉(zhuǎn)，審批合格的技術(shù)文件可隨時(shí)進(jìn)行查看下載，全面提升技術(shù)文件的利用效率。5.1.6合同及投資管理通過整合項(xiàng)目合同信息以及相關(guān)投資結(jié)算信息，實(shí)現(xiàn)合同關(guān)鍵信息結(jié)構(gòu)化，簽證、索賠及資金審批等流程化管理，為系統(tǒng)相關(guān)模塊提供基礎(chǔ)信息支撐和制約條件，并能夠根據(jù)索賠、變更、簽證結(jié)果，實(shí)時(shí)更新結(jié)算信息，使資金結(jié)算更加高效、便捷，節(jié)約大量人力物力。5.1.7檔案管理檔案管理融合CA認(rèn)證技術(shù)，使數(shù)字檔案具備歸檔效力，在系統(tǒng)中生成的電子文件可直接整編并進(jìn)入歸檔流程，系統(tǒng)外的文件也可上傳至檔案模塊開展歸檔工作，大大提高文件歸檔效率和準(zhǔn)確性。歸檔后的文件具備和BIM模型關(guān)聯(lián)的能力，為檔案提供可視化查詢功能。數(shù)字化檔案管理的實(shí)施將起到提質(zhì)增效的顯著效果。5.1.8數(shù)字化移交管理以數(shù)據(jù)泵的模式抽取智慧工程應(yīng)用系統(tǒng)中所需移交的數(shù)據(jù)、資料、模型等內(nèi)容，形成移交資料庫并導(dǎo)入輕量化移交平臺(tái)，方便電站運(yùn)維單位快速檢索和定位電站基建期移交數(shù)據(jù)。輕量化移交平臺(tái)在查詢檢索之外，還具備開放數(shù)據(jù)庫和模型引擎的功能，運(yùn)維系統(tǒng)能夠通過輕量化移交平臺(tái)有效獲取工程建設(shè)期的各類數(shù)據(jù)和工程BIM模型，用于運(yùn)維系統(tǒng)的建設(shè)和可視化展示，助力實(shí)現(xiàn)智慧工程數(shù)字孿生全生命周期管理。LD水電站智能建造方案的建設(shè)實(shí)施，旨在將水電工程的建設(shè)管理與數(shù)字化技術(shù)手段結(jié)合，緊密圍繞水電站工程建設(shè)一線的實(shí)際應(yīng)用需求，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為工程建設(shè)管理提供全方位數(shù)字化、智能化技術(shù)支撐。5.2智能建造LD水電站智能建造方案緊密圍繞電站攔河壩樞紐建筑物工程特點(diǎn)，采用智能化手段對大壩的溫控、碾壓、灌漿工藝進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和可視化集成，并通過智能分析為施工工藝過程控制、判斷依據(jù)提供數(shù)字化、智能化技術(shù)支撐。同時(shí)，結(jié)合工程安全監(jiān)測部署，在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)自動(dòng)集成安全監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，提供實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、全面的綜合管理信息，助力現(xiàn)場管理人員及時(shí)、高效、科學(xué)的做出分析判斷和決策。智能建造子系統(tǒng)以基礎(chǔ)云平臺(tái)為支撐，以BIM模型為可視化載體，采用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，定制化研發(fā)和集成各智能化業(yè)務(wù)模塊。目前，根據(jù)工程實(shí)際需求規(guī)劃集成智能溫控、智能碾壓、智能灌漿、安全監(jiān)測4個(gè)管理業(yè)務(wù)。（1）通過集成智能溫控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫控信息實(shí)時(shí)采集與同步集成，同時(shí)，基于BIM技術(shù)，可將溫控信息和相關(guān)圖表在可視化基礎(chǔ)上進(jìn)行關(guān)聯(lián)和展示，實(shí)現(xiàn)溫控信息可視化管理，并基于可視化管理進(jìn)行溫控施工效果評價(jià)和預(yù)警。（2）通過集成智能碾壓子系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)采集碾壓機(jī)的軌跡、速度、遍數(shù)等，自動(dòng)生成體現(xiàn)碾壓質(zhì)量進(jìn)度的動(dòng)態(tài)BIM模型和碾壓質(zhì)量報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行不合格碾壓報(bào)警，實(shí)現(xiàn)大壩碾壓全過程質(zhì)量管控。（3）通過集成智能灌漿子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)管理的信息化、可視化和智能化，動(dòng)態(tài)顯示灌漿施工過程分析成果，并自動(dòng)生成符合規(guī)范要求的灌漿施工成果報(bào)表，并可實(shí)現(xiàn)信息快速反饋與異常狀況警示，支撐現(xiàn)場管理。（4）通過建立安全監(jiān)測BIM模型，進(jìn)行監(jiān)測設(shè)備點(diǎn)位可視化展示以及全過程跟蹤管理。同時(shí)，將監(jiān)測數(shù)據(jù)和監(jiān)測儀器BIM模型關(guān)聯(lián)，可直觀判別指標(biāo)狀態(tài)，并給出異常狀態(tài)提醒和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備、監(jiān)測閾值可視化管理維度。LD水電站智能建造方案在充分吸取國內(nèi)當(dāng)前先進(jìn)智能建造建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，融合水電工程管理先進(jìn)理念與先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)際開展方案總體設(shè)計(jì)研究，充分體現(xiàn)智能建造一體化的管控理念，智能建造的具體實(shí)施將為工程管理提供全方位的技術(shù)支撐，助力LD水電站全面實(shí)現(xiàn)智慧工程建設(shè)。5.3智慧工地為了提高LD水電站工程施工的安全性，并進(jìn)一步加強(qiáng)生產(chǎn)施工現(xiàn)場人員、車輛、環(huán)境及水情預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)精細(xì)化管理，依托“互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)”和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，規(guī)劃建立智慧工地子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)集成智能安全帽、數(shù)字化門禁、車輛管理、視頻監(jiān)控、水情預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)集成、環(huán)境監(jiān)測集成6個(gè)業(yè)務(wù)模塊。通過人員定位動(dòng)態(tài)管理、數(shù)字化門禁及車輛歷史軌跡管控、現(xiàn)場重點(diǎn)工作面施工進(jìn)展及細(xì)節(jié)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人員、車輛、施工智能化管控。水雨情信息查詢及預(yù)警、環(huán)境各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)管理，為現(xiàn)場防洪度汛、環(huán)境管理及決策提供信息化數(shù)據(jù)支撐?；谛屡d技術(shù)開展的LD水電站智慧工地建設(shè)將有效提高現(xiàn)場管理工作效率，增強(qiáng)工程現(xiàn)場安全保障，進(jìn)一步打造智慧平安工地。6總結(jié)通過采用BIM、數(shù)字化、智能化手段，進(jìn)行LD水電站智慧工程建設(shè)應(yīng)用研究，共策劃智能建管、智能建造、智慧工地3個(gè)子系統(tǒng)，后續(xù)可實(shí)現(xiàn)LD水電站工程重點(diǎn)施工部位的實(shí)時(shí)監(jiān)控、管理和預(yù)警，同時(shí)加強(qiáng)工程的立體化監(jiān)測、精準(zhǔn)化管理、規(guī)范化監(jiān)督和便捷化服務(wù)能力建設(shè)，實(shí)現(xiàn)施工過程中信息的數(shù)字化、智能化和可視化管理，為項(xiàng)目的安全、質(zhì)量等關(guān)鍵管控因素提供服務(wù)，有效助力LD水電站工程的順利實(shí)施。參考文獻(xiàn)[1]張宗亮.HydroBIM-水電工程設(shè)計(jì)施工一體化[M].北京：中國水利水電出版社，2016：65-77.[2]