吳飛

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州，311122)

1 工程概況

楊房溝水電站位于涼山州木里縣境內的雅礱江流域中游河段，是雅礱江中游河段梯級開發(fā)的骨干電站之一，壩型為混凝土雙曲拱壩。正常蓄水位為2094m，相應庫容4.558億m3，總裝機150萬kW，多年平均年發(fā)電量68.74億kW·h。工程樞紐主要由最大壩高155m的混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成，楊房溝水電站計劃2022年工程竣工。作為大型水利水電工程，楊房溝水電站建設規(guī)模大、投資大、施工條件和地質條件復雜，涉及影響因素眾多，這給施工質量與進度控制、工程建設管理帶來了一定的難度。

2 項目信息化技術應用的意義

楊房溝水電站作為國內首個采用設計施工總承包(EPC)模式的大型水電項目，被業(yè)內譽為“第二次魯布革沖擊波”，開創(chuàng)了全國大型水電站建設模式的時代先河，是我國新常態(tài)下水電開發(fā)理念與方式的重大創(chuàng)新，傳統(tǒng)水電站建設體制和管理模式不再流行。為滿足EPC模式下楊房溝水電站建設管理需求，亟需搭建多種信息化管理系統(tǒng)，以工程大數據管控為切入口，利用信息化手段對工程設計、采購、建造、質量、安全等管理進行全面管控，實現(xiàn)工程數字化、精細化管理，提高工程建設與運營管理信息化水平，改善工程質量，發(fā)揮經濟和社會效益。

圖1 EPC管理模式

3 建設內容

楊房溝水電站工程項目信息化系統(tǒng)構成內容包括：設計施工BIM管理系統(tǒng)、總承包綜合辦公平臺、施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)、灌漿實時監(jiān)控與分析系統(tǒng)、楊房溝質量管理APP和安全風險在線管控平臺、雅礱江iDam安全監(jiān)測系統(tǒng)、遠程訪問SSL VPN系統(tǒng)、遠程視頻會議系統(tǒng)、其他應用系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)。

3.1 設計施工BIM管理系統(tǒng)

設計施工BIM管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)對設計、質量、進度、投資、安全等工程建設重點管理項目的全過程動態(tài)管控，并對視頻監(jiān)控系統(tǒng)、混凝土智能溫控系統(tǒng)、灌漿實時監(jiān)控與分析系統(tǒng)、安全監(jiān)測等系統(tǒng)進行一體化集成，為EPC項目參建各方(建設方、監(jiān)理方、總承包方)提供統(tǒng)一的溝通管理平臺，加強了項目建設過程管控，提高了工程建設的管理水平。設計施工BIM管理系統(tǒng)緊貼EPC建設模式，充分體現(xiàn)了設計施工一體化優(yōu)勢。

圖2 BIM管理系統(tǒng)主要模塊及集成業(yè)務系統(tǒng)

設計施工BIM管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

(1)綜合展示。綜合展示模塊分為設計模型展示與施工模型展示兩部分。其中，施工模型與各業(yè)務系統(tǒng)相關聯(lián)，通過點擊模型構建或相應的關聯(lián)節(jié)點列表就能進行信息查詢，包括施工進度、設計圖紙、質量表單、工程量、安全風險等業(yè)務信息；其中設計模型在用戶不安裝龐大的三維設計軟件平臺的情況下，直接利用WEB頁面對三維設計模型進行交互操作，并實現(xiàn)了全信息模型輕量化處理技術。

(2)設計管理。設計管理模塊是業(yè)主方、監(jiān)理方、總承包方的集約化、全流程設計管理辦公平臺，實現(xiàn)對各類設計圖紙、報告、修改通知等文件的線上流程報審、審批流程全程監(jiān)控、工程設計數據分項劃分、文件過程歸集等功能，借助信息化手段梳理規(guī)范了設計文件報審流程，有效提高了總承包部與設計監(jiān)理方的設計管理效率。

(3)質量管理。該模塊是以單元工程為單位全面歸集質量驗評資料，實現(xiàn)從單元工程劃分、工序/單元工程質量驗收評定、單元工程質量驗評申請，到單元工程電子文件組件、組卷、歸檔的全過程線上業(yè)務流程。構建符合水電行業(yè)標準規(guī)范的單元工程質量驗收評定電子表單庫，覆蓋大型水電工程開挖工程、錨噴支護、預應力錨索、混凝土工程、機電金結安裝等施工全過程的結構化表單應用，結構化表單共計523張。質量“三檢”人員、監(jiān)理等用戶在項目現(xiàn)場通過平板電腦完成電子表單的在線填報，同時用戶可通過平板電腦采集工程影像資料，數據實時傳輸至工程數據中心。此外，質量管理模塊還對質量驗評臺賬、驗評統(tǒng)計、原材料檢驗臺賬、原材料歷史資料進行歸類收集展示，方便查看，并通過質量管理APP實現(xiàn)質量問題動態(tài)管控。

(4)進度管理。根據現(xiàn)場進度管理的需求，對不同的施工部位(邊坡開挖、洞室開挖、支護工程、大壩澆筑、大壩接縫灌漿等)采用不同的進度展示方式，并結合三維技術展示基礎功能模塊，對工程進度計劃、施工實際進度等進行可視化。

(5)投資管理。投資管理模塊實現(xiàn)結算統(tǒng)計、投資對比、節(jié)點臺賬、工程量統(tǒng)計，并通過與設計管理模塊、質量管理模塊的數據交互，能夠實現(xiàn)對合同工程量、設計變更以及相應的工程投資量進行統(tǒng)計、分析。

(6)水情測報。水情測報包含水雨情預報和信息錄入。水雨情預報通過接口讀取雅礱江公司水情預報系統(tǒng)中的關鍵數據，包含一周內天氣預報和楊房溝水電站上下游水文站的水位流量信息。

(7)施工工藝?；诳梢暬?、多媒體技術，將BIM模型與工法庫集成，打造施工工藝仿真培訓模塊，以BIM模型為載體實現(xiàn)了標準化工藝的固化與可視化。

(8)危巖體防控。樞紐區(qū)有127處危巖體，防控管理過程涉及勘察、評價分級、穩(wěn)定性分析、防治措施、監(jiān)測、預警等各方面，防控過程中會產生大量的數據和文件，危巖體防控模塊實現(xiàn)防控成果統(tǒng)計、危巖體信息查詢、危巖體三維展示、危巖體監(jiān)測預警等，對于保障工程施工安全及后期運營安全，具有較大的工程實踐意義[1-4]。

3.2 總承包綜合辦公平臺

平臺為總承包方內部管理需要，服務于總承包項目部下屬10個部門、9個工區(qū)，為各部門、工區(qū)提供了一個高效便捷的工作協(xié)調環(huán)境。綜合辦公平臺包含了個人辦公、公共信息管理、綜合管理、人力資源管理、函件管理、圖檔管理及系統(tǒng)管理，開發(fā)了綜合管理、機電物資采購管理、經營管理三大類29張工作流程表單及收發(fā)文系統(tǒng)，向各部門、工區(qū)傳閱處理內部文件，減少了由于信息傳遞障礙造成的時間浪費、管理失誤和決策失誤，實現(xiàn)了質量和效率的管理要求，提高了總承包項目的整體工作效率和經濟效益。綜合辦公系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)項目部依靠紙質文檔、電話、項目協(xié)調會、零散電子文檔和QQ群等傳統(tǒng)的信息交換手段，通過流程化審批、標準化管理，實現(xiàn)資源配置的集約化、科學化，提高了管理水平，降低了項目成本。開發(fā)了移動辦公APP，滿足了項目部人員在手機端進行主要業(yè)務流程的移動審批，進一步提高了總承包項目部協(xié)調辦公的便捷性和項目管理效率。

圖3 總承包綜合辦公平臺

3.3 施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)

施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大壩及泄洪區(qū)、引水發(fā)電區(qū)、混凝土拌和區(qū)等施工區(qū)建立可視化實時監(jiān)控系統(tǒng)。施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全數字IP視頻監(jiān)控的方式，由球形攝像頭、槍機攝像頭、接入點交換機、核心交換機、硬盤錄像機、磁盤陣列、網絡解碼器、運行管理服務器等組成，各站點交換機通過光纖通信傳輸方式實現(xiàn)網絡連接。本系統(tǒng)共配置27個前端攝像頭，對重點施工區(qū)域進行實時遠程監(jiān)視，其中采用的高清球型攝像頭可進行360°旋轉操作，攝像頭帶有焦距調整功能。施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了與BIM管理系統(tǒng)集成，為工程建設管理提供遠距離可視化影像資料，還可對重點施工部位的影像資料進行整編歸檔，實現(xiàn)工程施工全過程的控制和可追溯。

3.4 大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)

大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)是為解決大壩混凝土凝固過程中，由于水泥水化釋放大量水化熱，溫度積蓄使混凝土內部溫度急劇上升，導致混凝土產生裂縫的主流技術。大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)由感知、互聯(lián)、分析及控制四部分組成，通過溫控信息監(jiān)測與采集、溫控信息評價預警、智能自動化通水三大子系統(tǒng)，實現(xiàn)了施工和溫控信息實時采集與傳輸、溫控信息高效管理與可視、溫控施工效果評價和預警、溫控施工智能控制等功能。針對楊房溝大壩在高海拔、干燥、強輻射、大溫差地區(qū)的特性，該系統(tǒng)結合藏木、黃登的實際工程經驗，對系統(tǒng)的整體架構進行擴充與完善，重點對高海拔地區(qū)特殊氣象條件下的信息采集和傳輸方法，施工、監(jiān)測和溫控效果分析、評價與預警模型，現(xiàn)場智能通水冷卻預測模型、關鍵控制參數和理想溫控曲線模型率定等方面進行改進和優(yōu)化，滿足了楊房溝大壩個性化溫控的需要，對楊房溝大壩混凝土質量把控帶來了很多便利，大幅減少人工工作量，克服人工憑經驗調整閥門通水的缺陷，簡化施工步驟，提高工作效率，保證工程質量[5]。

3.5 灌漿實時監(jiān)控與分析系統(tǒng)

灌漿實時監(jiān)控與分析系統(tǒng)是為楊房溝水電站部分工程基礎部位進行加固和防滲處理的重要技術措施。系統(tǒng)由實時數據監(jiān)控、數據成果分析、灌后檢查等功能組成，通過在線采集、分析、控制智能水泥灌漿信息，并與現(xiàn)代通信技術、數據技術的深度融合。系統(tǒng)的智能控制提升了楊房溝固結灌漿和帷幕灌漿的基礎灌漿質量控制水平，并對水利水電工程領域基礎灌漿工藝技術進行更加可靠和穩(wěn)定的探索。

3.6 質量管理APP和安全風險在線管控平臺

質量管理APP用于現(xiàn)場質量問題的統(tǒng)一管理，現(xiàn)場建設人員可以通過質量管理APP查看制度文件、質量標準化文件、質量信息統(tǒng)計、工程質量亮點、達標投產與達標創(chuàng)優(yōu)、質量考核與獎懲等信息，不斷對發(fā)現(xiàn)的質量問題進行上報和跟蹤處理來提升工程整體質量水平；安全風險在線管控平臺是定制化構建本工程風險管控措施庫，實時調取當前現(xiàn)場安全風險，量化評估安全風險指數，智能分析風險在控情況及管控趨勢，實現(xiàn)安全風險動態(tài)管控，在循環(huán)累積中不斷提高項目管理水平。

圖4 質量管理APP和安全風險在線管控平臺應用

3.7 雅礱江流域iDam安全監(jiān)測系統(tǒng)

雅礱江流域iDam安全監(jiān)測系統(tǒng)是用于對楊房溝水電站布置的監(jiān)測儀器數據進行統(tǒng)一管理的平臺，系統(tǒng)由測點管理、監(jiān)測布置圖、評判指標、監(jiān)測儀器、計算公式、巡檢路線、導航設置等功能組成，系統(tǒng)利用網絡技術對監(jiān)測數據進行自動化采集和處理，整個系統(tǒng)中包括監(jiān)測儀器、數據采集裝置、通信線路、計算機系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、應用軟件等，涉及的主要監(jiān)測儀器有多點位移計、錨索測力計、錨桿應力計、應變計、滲壓計、鋼筋計等。

3.8 遠程訪問SSL VPN系統(tǒng)

遠程訪問SSL VPN系統(tǒng)是為設計施工BIM管理系統(tǒng)、總承包綜合辦公平臺等系統(tǒng)提供遠程訪問需求，采用國內主流技術之一的深信服SSL VPN遠程接入系統(tǒng)，系統(tǒng)訪問采用固定密碼和隨機驗證碼雙密碼認證，擁有較高的身份認證安全級別。

3.9 遠程視頻會議系統(tǒng)

楊房溝水電站工程雖然采用EPC模式建設，但仍有四個參建單位，由于建設期間需會商的會議頻繁，有時需各單位總部后方人員參會等原因，為提高工程管理溝通效率，及時組織各單位相應人員參與重大決策事宜，在四家單位原有的硬件視頻會議系統(tǒng)基礎上，采用SIP技術協(xié)議，以雅礱江公司作為會議中心并采用MCU作為調度主設備，其他單位后方及建設現(xiàn)場按要求作為分會場接入，各單位的視頻會議系統(tǒng)都配備了高清視頻會議終端、擴音系統(tǒng)、大屏投影顯示器、液晶顯示器、攝像頭、全向麥克風等設備來保障會議效果。

3.10 其他應用系統(tǒng)

楊房溝水電站工程還采用了其他先進的應用軟件系統(tǒng)，其中使用無人機航拍測繪地形圖和一體化三維協(xié)同設計平臺，極大地簡化了楊房溝EPC工程設計方案比選、設計優(yōu)化、碰撞檢查、三維可視化等工作，提高了出圖效率，為BIM系統(tǒng)提供了基礎模型和設計數據；地下洞室群門禁及人員定位系統(tǒng)為地下洞室施工區(qū)的人員車輛進行智能化管理，降低了作業(yè)安全管理風險；地災預警預報系統(tǒng)為最大限度降低地質災害發(fā)生時對人員、設備造成的傷亡及損失；塔機防碰撞系統(tǒng)為防止復雜施工環(huán)境下多塔吊作業(yè)時發(fā)生碰撞，對工地特定區(qū)域內的多臺塔吊進行路徑防碰撞報警及保護[6]。

3.11 通信傳輸系統(tǒng)

楊房溝水電站工程的內部通信傳輸系統(tǒng)采用光纖星型結構組網，以總承包項目部局域網為數據中心節(jié)點，用點到點通信光纜專線向工程建設范圍內的多個參建單位局域網和施工區(qū)局域網進行輻射[7]。設計施工BIM管理系統(tǒng)、總承包綜合辦公平臺、施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)、灌漿實時監(jiān)控與分析系統(tǒng)等主要系統(tǒng)的服務器均位于總承包項目部局域網，施工區(qū)局域網內布置的視頻監(jiān)控攝像頭、智能溫控監(jiān)測設備、智能灌漿控制設備、平板電腦、手機等設備可將采集的數據與中心節(jié)點服務器進行交互通信，其他參建單位通過內網就能快速訪問中心節(jié)點的多個系統(tǒng)數據。該星型結構組網可滿足多個參建方對多種系統(tǒng)的使用要求，有利于減少通信故障率、提高數據交流效率。其中，重點對電站施工區(qū)局域網進行建設，施工區(qū)局域網采用4芯單模光纜作為主干光纜，支線光纜以指揮中心為匯集站點，支線光纜根據需要延伸到左右岸壩肩各對應高程、上下游圍堰處、地下廠房、砂石料場、機電倉庫等相應位置，實現(xiàn)對這些重點施工區(qū)域的有線和無線網絡覆蓋。

4 結語

楊房溝水電站工程信息化系統(tǒng)技術應用在全國水利工程建設信息化管理方面具有領先地位，特別是針對大型水電工程EPC項目技術難度大、牽涉面廣、不確定風險因素多、設計施工周期長、技術質量與安全風險相對突出的難點，楊房溝水電站工程有效地利用多種應用系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、自動控制技術、無人機等信息化技術，實現(xiàn)了國內首個采用EPC模式大型水電站項目建設全過程信息化、標準化管理的目標。