摘要：水電工程建設(shè)普遍存在設(shè)計(jì)不精細(xì)、計(jì)量不精準(zhǔn)、變更頻繁、管理粗放、竣工資料不全不實(shí)等難題。依托五強(qiáng)溪水電站擴(kuò)機(jī)工程建設(shè)，研究和探討集成應(yīng)用5G、BIM、云、物聯(lián)網(wǎng)、電子簽章等數(shù)字化技術(shù)賦能水電工程，制定了水電工程數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系，并開發(fā)了業(yè)務(wù)和參建方全覆蓋的水電工程數(shù)字化管控平臺(tái)。結(jié)果表明：集成應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)是提升水電工程管控水平的重要手段。

關(guān)鍵詞：水電工程數(shù)字化建管技術(shù)5G+云物聯(lián)智慧工地

ResearchontheApplicationofDigitalConstructionandManagementTechnologyinLargeHydropowerProjects

LIUMingxi1XIAOQizhi1DENGPengcheng2YANGYong1

1.WuqiangxiHydropowerPlant，WulingPowerCorporationLtd.；2.WulingPowerCorporationLtd.，Changsha，HunanProvince，410004China

Abstract：Therearemanyproblemsinhydropowerprojectconstruction，suchasimprecisedesign，imprecisemeasurement，frequentchange，extensivemanagementandincompletecompletiondata.RelyingontheexpansionprojectconstructionofWuqiangxiPowerstation，theintegratedapplicationofdigitaltechnologiessuchas5G，BIM，cloud，InternetofThings，andelectronicsignaturetoempowerhydropowerprojectshasbeenresearchedanddiscussed，thedigitalizationstandardsystemofhydropowerprojectshasbeenformulated，andthedigitalcontrolplatformofhydropowerprojectshasbeendevelopedwithfullcoverageofbusinessandparticipatingparties.Theresultsshowthattheintegratedapplicationofdigitaltechnologyisanimportantmeanstoimprovethecontrollevelofhydropowerprojects.

KeyWords：Hydropowerengineering;Digitalmanagementtechnology;5G+Cloudiot;BIM;Smartsite

五強(qiáng)溪水電站擴(kuò)機(jī)工程（以下簡稱“五擴(kuò)工程”）利用原五強(qiáng)溪水電站大壩和水庫，從右岸增加兩條引水隧洞，新增裝機(jī)容量500MW（2×250MW）。輸水建筑物主要有進(jìn)水口、引水隧洞、調(diào)壓室和壓力管道，廠區(qū)建筑物主要有主廠房、下游副廠房、主變場和尾水渠。五擴(kuò)工程施工區(qū)域狹小且高差大、技術(shù)難度高、歷時(shí)周期長、參建單位多、人員設(shè)備流動(dòng)性大，日常風(fēng)險(xiǎn)巨大；同時(shí)，隨著國家對大型水電工程管控要求越來越高、壓力越來越大，需要科學(xué)、有效的手段來保障工程安全高效建設(shè)。面對五擴(kuò)工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜挑戰(zhàn)，以及水電工程設(shè)計(jì)不精細(xì)、計(jì)量不精準(zhǔn)、變更頻繁、管理粗放、竣工資料不全不實(shí)等共性難題，五強(qiáng)溪擴(kuò)機(jī)項(xiàng)目部探索數(shù)字化建管技術(shù)，有力提升了五擴(kuò)工程管控水平。

1水電工程數(shù)字化建管技術(shù)體系

水電工程數(shù)字化建管體系主要涵蓋水電工程數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系、工地5G+云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用體系、建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）設(shè)計(jì)施工一體化的應(yīng)用體系、水電工程數(shù)字化管控平臺(tái)和智慧工地建設(shè)體系5個(gè)方面。

1.1水電工程數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系

首次提出并編制了涵蓋數(shù)據(jù)規(guī)范、編碼規(guī)則、模型規(guī)范3類系列標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用平臺(tái)、數(shù)據(jù)中心、質(zhì)量驗(yàn)評、數(shù)字化交付共14本企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，有效指導(dǎo)了五擴(kuò)工程數(shù)字化建設(shè)與應(yīng)用，保障了工程數(shù)字化建設(shè)一致性和規(guī)范性，統(tǒng)一了數(shù)據(jù)納管與編碼規(guī)則，規(guī)范了平臺(tái)開發(fā)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)、BIM應(yīng)用等內(nèi)容[1]。

1.2工地5G+云工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用體系

開展了水電工程5G組網(wǎng)基礎(chǔ)性研究，提出以公有專屬云的方式建立基于“5G+云架構(gòu)”的工程管控?cái)?shù)據(jù)中心，統(tǒng)一納管項(xiàng)目BIM數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)測感知數(shù)據(jù)、工程建管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、圖檔資料等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)安全和高效共享，如圖1所示。

1.3BIM設(shè)計(jì)施工一體化的應(yīng)用體系

利用同一套模型開展設(shè)計(jì)階段的碰撞檢查、方案比選、三維計(jì)算分析和三維出圖，以及施工模型階段的分倉設(shè)計(jì)、仿真模擬、工程量統(tǒng)計(jì)等應(yīng)用驗(yàn)證，打通了設(shè)計(jì)和施工一體化的BIM應(yīng)用技術(shù)路徑，為BIM設(shè)計(jì)、施工、竣工和運(yùn)維的“一模到底”應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，如圖2所示。

1.4水電工程數(shù)字化管控平臺(tái)

圍繞“安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資、環(huán)保”五個(gè)維度，協(xié)同“業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理”四方，構(gòu)建了一個(gè)“業(yè)務(wù)可視化、管控協(xié)同化、決策數(shù)據(jù)化”的工程數(shù)字化管控平臺(tái)。管控平臺(tái)共有20個(gè)模塊、176項(xiàng)功能及相關(guān)App應(yīng)用，上線主要模塊有項(xiàng)目門戶、個(gè)人工作臺(tái)、安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資、生態(tài)、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、信息、檔案、移民及工地智能監(jiān)管等，涵蓋了水電工程建設(shè)業(yè)務(wù)鏈條各管控要素，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了電子簽章功能[2。平臺(tái)匯集管理和物聯(lián)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)工程全要素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，為參建各方提供互聯(lián)互通和信息共享協(xié)同辦公環(huán)境，全面支撐工程管理，提升了工程管控效率和質(zhì)量。

1.5智慧工地建設(shè)體系

五擴(kuò)工程集成了高清群組智能視頻、智能門禁道閘、人員智能安全帽、車載定位裝置、塔機(jī)監(jiān)測裝置、洞室自動(dòng)收斂監(jiān)測、混凝土溫控等物聯(lián)系統(tǒng)，建立了全封閉管理、全天候監(jiān)測、全方位監(jiān)控、全區(qū)域監(jiān)管、全過程把控、重點(diǎn)部位精準(zhǔn)計(jì)量和重點(diǎn)區(qū)域?qū)崟r(shí)管理的智慧工地體系。其中，全封閉管理包含智能門禁和車輛道閘，全天候監(jiān)測包含塔吊管理和爆破監(jiān)測，全方位監(jiān)控包含高清AI智能攝像頭和全景監(jiān)控，全區(qū)域監(jiān)管包含噪音監(jiān)測和污水處理，全過程把控包含混凝土生產(chǎn)管理和砂石生產(chǎn)管理，重點(diǎn)部位精準(zhǔn)計(jì)量包含智慧地磅和三維點(diǎn)云模型，重點(diǎn)區(qū)域?qū)崟r(shí)管理管理包含關(guān)鍵區(qū)域步控和有限空間作業(yè)監(jiān)測。由此可見，該體系納管了“人、機(jī)、料、法、環(huán)”全要素內(nèi)容，在工程管控重點(diǎn)區(qū)域取得了較好的應(yīng)用效果，提升了工地現(xiàn)場安全文明施工水平[3]。

2創(chuàng)新點(diǎn)與成效

2.1打通BIM全生命周期應(yīng)用技術(shù)路徑

現(xiàn)階段，大中型水電站在設(shè)計(jì)階段和施工階段中均應(yīng)用BIM技術(shù)，但是，兩階段模型以翻模為主，無法在工程前期對項(xiàng)目實(shí)施起到指導(dǎo)作用，且設(shè)計(jì)BIM和施工BIM間不互相繼承，數(shù)據(jù)相互隔離，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳遞繼承。本項(xiàng)目通過協(xié)同業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位，在項(xiàng)目初期建立BIM編碼、分類、應(yīng)用等方面的標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和施工階段BIM模型創(chuàng)建和應(yīng)用工作。設(shè)計(jì)單位開展工程全專業(yè)和全階段的正向設(shè)計(jì)，從項(xiàng)目可研階段到施工詳圖階段，利用模型開展設(shè)計(jì)優(yōu)化、方案比選、概算核算、碰撞檢查、正向圖紙輸出和多專業(yè)協(xié)同校審，讓BIM在項(xiàng)目前期即可發(fā)揮重要指導(dǎo)作用[4]。施工過程中，通過統(tǒng)一的編碼和模型拆分原則，將設(shè)計(jì)模型移交到施工階段進(jìn)行深化應(yīng)用，開展施工計(jì)量、方案模擬、結(jié)構(gòu)計(jì)算等應(yīng)用，并利用數(shù)字化平臺(tái)匯總和展示各階段BIM應(yīng)用數(shù)據(jù)，打通設(shè)計(jì)到施工階段BIM數(shù)據(jù)的傳遞，為BIM在工程設(shè)計(jì)和施工階段發(fā)揮更大價(jià)值及工程后續(xù)數(shù)字化移交奠定基礎(chǔ)。

2.2多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成能力突出

在傳統(tǒng)水電工程中，物聯(lián)管控設(shè)備應(yīng)用暫未全面普及，且功能偏向問題后期追溯和項(xiàng)目形象展示為主，應(yīng)用和覆蓋范圍有限。本項(xiàng)目通過接入現(xiàn)場視頻監(jiān)控、安全監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、混凝土生產(chǎn)監(jiān)測、人員車輛門禁、人員定位、車輛定位、塔吊監(jiān)測、爆破振動(dòng)監(jiān)測等數(shù)10種物聯(lián)數(shù)據(jù)，并通過研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)HlK+xPIp2BzFcOEjaKPtyHYOVJbNFWAR1UGZ3rvLNN0=化和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、流媒體數(shù)據(jù)與消息隊(duì)列數(shù)據(jù)接口，支持物聯(lián)系統(tǒng)中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集納管，數(shù)據(jù)通過水電工程數(shù)字化管控平臺(tái)進(jìn)行整合和分析展現(xiàn)，實(shí)時(shí)反映施工現(xiàn)場狀態(tài)，提升現(xiàn)場管控和決策能力，打造了“五全兩重點(diǎn)”的智慧工地解決方案，支撐工程現(xiàn)場“四核三實(shí)兩查一放行”智慧工地管理方式實(shí)現(xiàn)。

2.3多技術(shù)融合應(yīng)用創(chuàng)新

傳統(tǒng)水電工程建設(shè)期間，信息技術(shù)應(yīng)用較為單一，未開展大范圍與新技術(shù)的融合應(yīng)用，無法實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全面數(shù)字化管控覆蓋，綜合管理、分析和應(yīng)用效果不顯著。本項(xiàng)目通過建立5G高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)施工區(qū)以5G為核心的高速通信網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，解決工地組網(wǎng)綜合布線難的問題。利用5G超高速率、超大連接和超低時(shí)延三大技術(shù)優(yōu)勢，將工地傳感器設(shè)備統(tǒng)一接入5G網(wǎng)絡(luò)，支撐工程現(xiàn)場物聯(lián)數(shù)據(jù)快速采集、無損連接和智慧互聯(lián)。水電工程數(shù)字化管控平臺(tái)采用云端部署模式，根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求，對云服務(wù)的算力、存儲(chǔ)、中間件、安全及其他資源進(jìn)行規(guī)劃配置，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)用系統(tǒng)支撐[5]。整合電子簽章、激光點(diǎn)云、BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，與水電工程建設(shè)管理各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行融合研究和應(yīng)用，通過一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)水電工程數(shù)字化管控的全面覆蓋和集中管控，通過一個(gè)數(shù)據(jù)中心，對各業(yè)務(wù)及監(jiān)測和管理數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚、挖掘和分析，為各級管理者提供建設(shè)施工管理全過程應(yīng)用數(shù)據(jù)支撐和決策依據(jù)，滿足工程現(xiàn)場數(shù)字化管控過程中的各項(xiàng)應(yīng)用要求。

3結(jié)論

五強(qiáng)溪擴(kuò)機(jī)工程將5G、云計(jì)算、BIM等新興技術(shù)全面融入水電工程建設(shè)與管理流程中，通過數(shù)字技術(shù)賦能，建立了水電工程數(shù)字化管控體系，將工程建設(shè)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)和施工納入?yún)f(xié)同管控，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)管理效能的提升和管控模式的升級，解決了水電工程建設(shè)難題，推動(dòng)了水電工程的“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”，踐行了國家對行業(yè)“高質(zhì)量發(fā)展”的要求。

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