谷維超，何旭斌，張由松，施興建，趙曉霞

（1·寧?？h水利局，浙江 寧海 315600；2·浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 建設(shè)背景

浙江省委于2021年2月召開全省數(shù)字化改革大會，發(fā)布《浙江省數(shù)字化改革總體方案》，標(biāo)志著浙江數(shù)字化改革全面啟動。浙江省水利廳結(jié)合水利行業(yè)的特點制定《浙江省水利數(shù)字化改革實施方案》，并于2021年7月發(fā)布全省第一批水利數(shù)字化改革試點項目，打造“好用、實用”的水利多跨場景，構(gòu)建水利整體智治綜合應(yīng)用，推動水利高質(zhì)量發(fā)展。

寧?？h東部沿海排澇工程項目是浙江省“十四五”重點水利工程，胡陳港副閘作為沿海擋潮排澇閘是其主要建設(shè)內(nèi)容，水閘建筑物級別為2級，規(guī)模為3孔×12 m，總凈寬36 m，底檻高程-2.00 m，設(shè)計擋潮標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)20 a一遇，排澇流量445.05 m3/s。本水閘智慧建管平臺列入浙江省第一批水利數(shù)字化改革試點項目，以提升工程現(xiàn)代化建管水平為目標(biāo)，通過感知體系建設(shè)、建筑信息模型（BIM）和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)運用[1]、融入研判分析算法，構(gòu)建綜合性智能建管平臺，實現(xiàn)工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全、投資等關(guān)鍵因素“一屏掌控”，各參建單位協(xié)同工作信息“共享暢通”，工程管理實時便捷“可督可促”。

2 傳統(tǒng)管理方法存在的問題

近年來，水閘工程建設(shè)期的各項管理制度已基本完善，但在建設(shè)過程中，傳統(tǒng)的管理方法存在以下問題亟需解決：

（1）無法實時掌握工程整體建設(shè)情況。沿海擋潮排澇閘往往場地偏遠(yuǎn)、施工條件惡劣，建設(shè)單位、主管部門無法實時了解項目建設(shè)情況，而工程例會、資料整編等方式時效性較差。

（2）信息共享不暢，缺乏高效協(xié)同的工作機制。遇到上、下游和左、右岸銜接段現(xiàn)場實際與設(shè)計不符等問題，需要參建各方一起到場處理；主管部門、監(jiān)督單位也只能通過現(xiàn)場檢查、聽取匯報、查閱資料等方式了解工程安全、質(zhì)量等情況，參建各方協(xié)調(diào)溝通渠道單一，處理問題效率較低。

（3）缺乏對人員、物料、設(shè)備的精細(xì)化管理。傳統(tǒng)管理方法主要依靠管理人員的經(jīng)驗做決策，管理方式較為粗獷[2]。沿海水閘建設(shè)受汛期、臺風(fēng)、潮汐、軟弱地質(zhì)條件影響[3]，而且近年來水泥、鋼材等主材的市場價格變動較頻繁，需要信息化技術(shù)對施工進(jìn)行精細(xì)化管理。

（4）缺乏現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)分析和輔助決策手段。小到基坑觀測、閘底板的澆筑情況，大到整個水閘的進(jìn)度、投資等各項數(shù)據(jù)均為人工統(tǒng)計，時效滯后且未能發(fā)掘各項數(shù)據(jù)的潛在價值，缺乏對數(shù)據(jù)的研判，更無輔助決策、提前干預(yù)的能力。

3 國內(nèi)外建設(shè)現(xiàn)狀

智慧建管通過運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等科技手段來提升項目建設(shè)管理效率，目前應(yīng)用廣泛。隨著水利信息化的快速發(fā)展，智慧建管在水利行業(yè)的應(yīng)用逐漸增多，實現(xiàn)部分現(xiàn)場數(shù)據(jù)的自動采集、統(tǒng)計分析，改變了參建單位傳統(tǒng)的工作方式和管理模式。水利工程建設(shè)和運維對工程安全的要求相對較高，目前智慧建管在水利工程安全研判方面相對薄弱，與水利工程建設(shè)管理要求結(jié)合得不夠深入。

4 智慧建管平臺建設(shè)

4.1 構(gòu)建思路

針對傳統(tǒng)管理難點，以BIM+GIS技術(shù)建設(shè)本平臺的三維場景和數(shù)據(jù)底座，直觀展示工程整體面貌。通過構(gòu)件級設(shè)計建模、編排和施工模擬，精準(zhǔn)計算工程量，指導(dǎo)施工組織，反映工程進(jìn)度。通過埋設(shè)測壓、變形、溫度等感知設(shè)備，數(shù)據(jù)掛接BIM，在線監(jiān)測基坑安全、混凝土澆筑質(zhì)量，融入變形、應(yīng)力理論反演算法，研判變形、強度趨勢，推送信息提前干預(yù)。通過視頻人工智能（AI）識別、門禁、地磅、帶芯片安全帽等應(yīng)用，提升人員、物料、設(shè)備的管理。開發(fā)移動端，注重便捷性，搭建參建各方即時溝通、協(xié)同工作的平臺。通過PC端和移動端的一體協(xié)同、三維直觀的表達(dá)交互、感知設(shè)備的全面監(jiān)測和具有研判分析能力的“建管大腦”開發(fā)，構(gòu)建智慧建管平臺，提升工程建管水平（見圖1~2）。

圖1 智慧建管平臺架構(gòu)圖

圖2 智慧建管平臺界面圖

4.2 主要功能模塊

4.2.1 BIM+GIS中樞

本水閘智慧建管平臺以BIM+GIS技術(shù)為中樞[4]，將水閘主體、施工場地道路、項目部及周邊環(huán)境整體建模，利用輕量化技術(shù)將水、雨、工情等環(huán)境狀態(tài)，視頻監(jiān)控、變形監(jiān)測等感知數(shù)據(jù)，以及工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度、巡檢存在問題等關(guān)鍵控制因素與模型融合、掛接，直觀展示工程建設(shè)場景，實時掌控工程建設(shè)態(tài)勢。

4.2.2 智慧建管決策

根據(jù)沿海水閘的施工特點，探索開發(fā)工程安全、監(jiān)測預(yù)警、質(zhì)監(jiān)分析等業(yè)務(wù)模型，建設(shè)“建管大腦”，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、關(guān)聯(lián)、統(tǒng)計分析，對風(fēng)暴潮來臨前的汛期安全、施工進(jìn)度提出建議，對已完成的各單元工程質(zhì)量、施工組織進(jìn)行評價，對待建工作、工期和投資提出預(yù)測和預(yù)案，為工程順利實施提供輔助決策支持。

4.2.3 協(xié)同工作平臺

構(gòu)建數(shù)據(jù)同步的云端平臺和移動端APP，各參建單位在平臺內(nèi)實現(xiàn)即時通信、云端會議、流程管理、資料共享等，方便進(jìn)行三維交底、變更簽證、質(zhì)量安全整改、信息推送等協(xié)同工作，大幅提升建管水平和效率（見圖3）。

圖3 協(xié)同工作平臺質(zhì)量管理圖

4.2.4 現(xiàn)場實時管控

采取AI智慧抓拍、人臉識別、智能安全帽、智能語音提醒等多種方式實現(xiàn)現(xiàn)場人員的動態(tài)精準(zhǔn)管理。施工員、安全員利用移動客戶端APP進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量和安全巡檢，自動生成施工日志；監(jiān)理員發(fā)現(xiàn)問題拍照上傳，同步啟動問題閉環(huán)處理模塊，將信息推送至相關(guān)方，責(zé)任明確、處理流程清晰，直至處置到位、問題解決。

4.2.5 安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資管理

通過構(gòu)件化分解BIM模型，賦予模型各類屬性信息，實現(xiàn)工程各管理因子的可視化聯(lián)動。對完工、在建和未建設(shè)的構(gòu)件賦予不同的顏色屬性，以區(qū)分施工進(jìn)度；對變形、滲壓、溫控、強度增長等感知數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和反演，確保基坑、樁基施工、混凝土澆筑安全，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)不良趨勢時，及時高亮顯示相關(guān)構(gòu)件并發(fā)布預(yù)警信息，提前干預(yù)；對已完工構(gòu)件賦予施工時間、工藝、質(zhì)量檢測等信息，自動匯總統(tǒng)計工作量并分析各構(gòu)件的施工質(zhì)量、進(jìn)度和趨勢，便于下階段有針對性地改進(jìn)和調(diào)整施工。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)實時統(tǒng)計分析項目資金的使用情況，通過BIM模型完成的工作量測算實際費用并與施工預(yù)算進(jìn)行對比，分析投資偏差，精準(zhǔn)管控項目投資。

4.2.6 工程安全研判分析

深厚軟基條件下建設(shè)沿海擋潮閘，圍堰和基坑的穩(wěn)定性、樁基和底板的受力變形特性、差異沉降控制均是影響工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)安全監(jiān)測通過設(shè)置水位、變形、應(yīng)力等設(shè)備監(jiān)測工程建設(shè)期的安全狀況，本智慧建管平臺將模型理論分析與感知監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步融合，通過有限元參數(shù)率定、反演，研究不同施工階段、不同工況下感知數(shù)據(jù)與算法模型的擬合匹配，初步實現(xiàn)安全研判數(shù)字孿生，對風(fēng)暴潮等惡劣工況條件下的施工模擬、安全預(yù)警閾值和趨勢判別更精準(zhǔn)。

4.3 特點和優(yōu)勢

4.3.1 三維場景、仿真模擬

本水閘地形地質(zhì)條件惡劣，與周邊建筑物銜接復(fù)雜，采取BIM+GIS構(gòu)建三維大場景仿真模擬，優(yōu)化設(shè)計、指導(dǎo)施工[5]、協(xié)助管理，表達(dá)方式直觀，功能實用。

4.3.2 橫向協(xié)同、縱向貫通

作為典型工程數(shù)字化建管平臺試點項目，本智慧建管平臺在框架搭建上不僅充分考慮參建各方協(xié)同的工作需求和信息共享，而且按照數(shù)據(jù)歸集入倉、共建共享等要求預(yù)設(shè)接口，方便與省市縣數(shù)據(jù)倉、建管平臺、水管平臺銜接。

4.3.3 模塊設(shè)計、可連易擴

為充分發(fā)揮本建管平臺功效，避免重復(fù)投資，本系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)應(yīng)用均采用模塊化、分系統(tǒng)建設(shè)，建設(shè)期的管理流程等電子檔案、水閘各構(gòu)件和電氣設(shè)備等數(shù)字資產(chǎn)、部分監(jiān)測監(jiān)控等感知設(shè)備可便捷地接入運維管理系統(tǒng)，系統(tǒng)也可直接擴展標(biāo)化運維模塊，實現(xiàn)建管與運維無縫連接[6]。

4.4 應(yīng)用效果

智慧建管平臺在水閘工程上的應(yīng)用提升了工程建設(shè)和管理的信息化、智能化水平，將項目進(jìn)度、投資、安全、質(zhì)量、環(huán)境等數(shù)據(jù)實時化和可視化，工程參建各方信息傳遞及時，大幅度提升工程建設(shè)和管理效率。

（1）智慧建管平臺覆蓋工程建設(shè)過程中涉及的人、機、料、法、環(huán)等要素，實現(xiàn)了管理數(shù)據(jù)集成、工程建設(shè)信息全程記錄。

（2）利用移動端實時記錄工程建設(shè)情況，預(yù)警、預(yù)報現(xiàn)場存在的問題，參建各方動態(tài)管控現(xiàn)場和工程建設(shè)內(nèi)容。

（3）大幅提升參建各方的溝通效率，工程建設(shè)實現(xiàn)協(xié)同管理。工程的各項流程、問題處理情況和管理數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)留痕、可追溯。

（4）工程安全研判分析做到實時對比設(shè)計要求與工程安全實際情況，確保工程建設(shè)安全。

5 結(jié) 語

當(dāng)前數(shù)字化改革進(jìn)入新階段，BIM、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新科技應(yīng)用的深化以及與水利業(yè)務(wù)的深度融合，使傳統(tǒng)水利迸發(fā)新活力、新動能，推動水利整體智治、高效協(xié)同的高質(zhì)量發(fā)展。本水閘智慧建管平臺基于BIM+GIS+IOT技術(shù)構(gòu)建三維數(shù)據(jù)底板，聚焦工程建設(shè)期安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資等關(guān)鍵因素，結(jié)合信息化建管需求并融合分析研判算法，構(gòu)建一體化、智能化的建管系統(tǒng)平臺，探索水閘建管更安全、更高效、更便捷的新模式，以期為浙江省類似水利工程智能建管提供參考。