LD水电站智慧工程建设方案研究

LD水电站智慧工程建设方案研究

赵炯 张俊王祥春

国家能源集团西藏电力有限公司加查冷达分公司  西藏 加查  856400

摘要：为了实现LD水电站智慧工程建设，LD水电站以基础云平台为支撑，以BIM模型为可视化载体，并采用互联网、物联网等先进技术，进行智能建管、智能建造、智慧工地三大业务子系统策划与研究，以期改变传统工程管控手段和方法，推动LD水电站工程建设的管控提质。

关键词：水电工程；智能建管；智能建造；智慧工地

1 项目背景

国家“十四五”规划明确了“加快数字化发展，建设数字中国”的建设方向。规划和2035年远景目标纲要提出，充分发挥海量数据和丰富应用场景优势，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级，催生新产业新业态新模式，壮大经济发展新引擎，营造良好数字生态，建设数字中国。

工程建设领域也正处于工程数字化技术革命初期，在工程中搭建成熟的数字化建设体系并形成完整的产业链、生态圈，是未来几十年工程建设领域的根本方向。国家能源投资集团公司于2017年颁布《集团公司智慧企业建设指导意见》，智慧企业建设步伐进一步加快，按照“业务量化、集成集中、统一平台、智能协同”的实施途径，全面推进智慧企业建设。

为积极响应国家和集团公司的号召，同时全面提升LD水电站开工后的建设管理水平，全方位开展LD水电站智慧工程建设研究。LD水电站是雅鲁藏布江干流中游规划的第9级电站，电站采用混合式开发，总库容1.2亿m3，总装机495兆瓦，为二等大2型工程，本文将介绍目前针对电站施工期智慧工程建设方案的研究成果。

2 项目研究内容

LD水电站拦河坝为混凝土重力坝，大坝混凝土浇筑过程中的温控以及碾压混凝土施工质量都是大坝施工管控的关键所在。同时，LD电站还涉及大量灌浆工程以及引水隧洞软岩施工、工程多处高边坡、施工区临近拉林铁路安全监测等问题，以上均是工程质量和安全施工管理方面所面临的重难点，在工程施工过程推荐采用智能管控、智能监测方式来满足工程施工质量要求。

同时，水电工程的施工工艺复杂，项目的工序、工种繁多，项目参与单位众多，影响工程建设成果的人、机、料、环等因素掺杂了许多不确定性，项目的进度、质量、安全等分级管控复杂。传统的多部门、多层级的工程信息共享与决策模式随着项目建设的推进、信息的积累与更新，信息的碎片化及孤岛化问题逐步显现，信息管理重复工作量大，所需的人力成本高，最终给工程建设管理带来巨大的挑战。因此，LD水电站有必要采用BIM、数字化、智能化手段，并利用互联网、物联网等先进技术对工程重点施工部位进行实时监控、管理和预警，提升LD水电站工程管理的高效性、适用性、便捷性，实现施工期智慧管控。

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3 总体解决方案

为实现LD水电站智慧工程建设应用，根据水电工程建设特点，深入开展传统水电项目管理与先进数字化技术融合的研究，搭建智慧工程应用系统，涵盖3个数字化业务管理子系统，分别为智能建管、智能建造、智慧工地。

根据LD水电站项目需求，首先搭建研发适用于本工程数字化业务应用的基础云平台以及工程数据中心，基础云平台是数字化业务应用的承载平台，后续所有数字化业务应用均在该平台上进行搭建或集成。工程数据中心对全部工程业务数据进行统一的存储和管理，从而实现数据之间的相互调用，打破参建方之间以及各业务模块之间的数据壁垒。在此基础上，通过研发符合水电工程特点的三维引擎，实现海量精细BIM模型的流畅加载以及数字化管理的可视化应用，最后通过研发或集成各数字化业务管理模块实现LD水电站智慧工程应用，全面辅助项目现场的管理[1]。

4 系统架构

智慧工程应用系统研发核心架构主要由五层组成：基础层、数据层、支撑层、应用层、表现层。

图1 系统架构图

其中，基础层通过基础网络、服务器、存储设备、物联网设备以及安全设备等为整个系统建设提供硬件支撑；数据层即工程数据中心及其内部的各类数据库，负责为整个系统提供各类数据和逻辑关系；支撑层由BIM轻量化三维引擎和系统开发所需要的各类组件构成，为整个系统开发提供各类服务；应用层即系统中各个业务管理模块，并通过表现层实现与用户的交互[2]。

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5 业务管理模块功能设计

5.1 智能建管

智能建管子系统以实现LD水电站施工期智能管理，服务于LD水电站工程为出发点，其主要任务在于工程结构化数据积累以及工程智能化建设管理应用。结合LD水电站工程特点和实际管理需求，智能建管子系统包含安全、质量、进度、机电、技术、合同及投资、档案、数字化移交8个业务模块，将通过数字化、智能化手段实现LD水电站工程的精细化管理，进而提升工程建设质量[3]。

5.1.1 安全管理

（1）安全培训成果管理

根据电站智能建设需求，参建各方可将形成的安全培训资料、培训视频等培训成果上传到系统中，形成各单位的安全培训成果库，规范、统一的培训流程，帮助培训者学习规范操作，建立安全防范意识，进而提高安全培训效率。

（2）安全文件及危险源管理

基于现场安全管理制度，借助智慧工程应用系统梳理现场危险源清单，以可视化的手段进行危险源分级展示。工程现场的安全策划、监管以及海量的安全作业台账等工作均线上实施，且自动生成报表，高效汇总统计。

（3）现场安全巡检管理

通过APP的方式，向特定巡检人员指派巡检任务及地点，并对巡检过程中发现的各类巡检问题进行在线填报和审批，实现巡检问题从发现、记录、反馈、整改、复查的全过程管控。同时，通过集成GIS技术，可实时记录巡检人员的巡检轨迹和巡检点位，实现现场巡检工作的全过程重现。现场安全巡检管理的应用将大大节约安全巡检管理成本、全面降低工程隐患风险的发生概率。

5.1.2 质量管理

（1）质量验评管理

根据工程划分，按最小单元工程进行管理，全部验评资料均为结构化数据，便于进行数据统计和分析，同时将质量验评表单与单元工程模型挂接，验评结果通过BIM模型以色系进行可视化直观区分展示，并进行优良率的统计以及图形化表达，为质量管理提供基础依据，实现质量验评的无纸化、标准化、可视化。

（2）质量缺陷管理

结合BIM模型，采用移动端APP和网页端进行质量缺陷的上报和可视化管理，根据个性化定制的质量缺陷整改流程，在线发起整改，并将整改责任落实到专人，为现场质量管理留下管理记录，便于管理人员随时查询各质量缺陷的整改前情况以及整改后情况。对于逾期未完成整改的质量缺陷，系统可自动发出预警信息，督促整改责任人及时完成整改，真正做到质量缺陷的闭环管理。

（3）试验检测管理

试验检测管理通过相关试验测结果集成，将集成的试验检测结果作为施工单位的自检、监理单位的平行检测、第三方实验室检测或政府部门的抽检等支撑材料，上传后的检测结果将在系统中进行统一管理和归档，显著提高试验检测工作效率及准确率，并为工程的质量评价提供依据。具有相关权限的参建单位可按检测类别、检测时间等条件进行查询和下载。

（4）施工标准化管理

借助BIM模型进行施工工法、工艺模拟，真实、形象的展示施工方案，实现施工过程中问题前置。同时，形成施工管理行为标准库，有效规范管理施工流程，从而保证施工质量、优化施工进度、保障施工安全。

5.1.3 进度管理

从工程总进度、年进度、月进度计划出发，利用BIM模型耦合计划进度和实际进度，开展可视化的进度展示与对比分析，动态感知工程施工进展情况，助力工程现场管理。同时，对于工程施工重点部位，可阶段性进行无人机航拍，生成三维倾斜摄影模型和360度全景照片，真实记录施工形象面貌，从而建立起完整的工程生长档案，实现直观、可视的形象进度管理。

5.1.4 机电管理

采用VR技术结合定制化研发，在可视化系统内实现机电设备安装模拟的交互式操作。通过可视化形式进行设备安装工序的干扰分析，并对地下厂房有限的空间作业面的施工方案进行优化，利用VR系统沉浸式的视觉体验，可视化指导现场施工。同时，以移动端和二维码相结合的方式对机电物资的出库、入库、盘点等进行管理，同时提供线上物资报表台账的查询统计功能，提高物资计划的准确性和物资供应的合理性。

5.1.5 技术管理

根据设计任务和供图计划，实现自动催图、图纸审批、设计成果管理与共享等内容，综合提高设计管理效率；同时工程施工技术方案等文件可线上审批流转，审批合格的技术文件可随时进行查看下载，全面提升技术文件的利用效率。

5.1.6 合同及投资管理

通过整合项目合同信息以及相关投资结算信息，实现合同关键信息结构化，签证、索赔及资金审批等流程化管理，为系统相关模块提供基础信息支撑和制约条件，并能够根据索赔、变更、签证结果，实时更新结算信息，使资金结算更加高效、便捷，节约大量人力物力。

5.1.7 档案管理

档案管理融合CA认证技术，使数字档案具备归档效力，在系统中生成的电子文件可直接整编并进入归档流程，系统外的文件也可上传至档案模块开展归档工作，大大提高文件归档效率和准确性。归档后的文件具备和BIM模型关联的能力，为档案提供可视化查询功能。数字化档案管理的实施将起到提质增效的显著效果。

5.1.8 数字化移交管理

以数据泵的模式抽取智慧工程应用系统中所需移交的数据、资料、模型等内容，形成移交资料库并导入轻量化移交平台，方便电站运维单位快速检索和定位电站基建期移交数据。轻量化移交平台在查询检索之外，还具备开放数据库和模型引擎的功能，运维系统能够通过轻量化移交平台有效获取工程建设期的各类数据和工程BIM模型，用于运维系统的建设和可视化展示，助力实现智慧工程数字孪生全生命周期管理。

LD水电站智能建造方案的建设实施，旨在将水电工程的建设管理与数字化技术手段结合，紧密围绕水电站工程建设一线的实际应用需求，充分挖掘数据价值，为工程建设管理提供全方位数字化、智能化技术支撑。

5.2 智能建造

LD水电站智能建造方案紧密围绕电站拦河坝枢纽建筑物工程特点，采用智能化手段对大坝的温控、碾压、灌浆工艺进行数据实时采集和可视化集成，并通过智能分析为施工工艺过程控制、判断依据提供数字化、智能化技术支撑。同时，结合工程安全监测部署，在应用系统内自动集成安全监测数据成果，提供实时、动态、全面的综合管理信息，助力现场管理人员及时、高效、科学的做出分析判断和决策。

智能建造子系统以基础云平台为支撑，以BIM模型为可视化载体，采用互联网、物联网等先进技术，定制化研发和集成各智能化业务模块。目前，根据工程实际需求规划集成智能温控、智能碾压、智能灌浆、安全监测4个管理业务。

（1）通过集成智能温控子系统，实现温控信息实时采集与同步集成，同时，基于BIM技术，可将温控信息和相关图表在可视化基础上进行关联和展示，实现温控信息可视化管理，并基于可视化管理进行温控施工效果评价和预警。

（2）通过集成智能碾压子系统，可实时采集碾压机的轨迹、速度、遍数等，自动生成体现碾压质量进度的动态BIM模型和碾压质量报告，同时进行不合格碾压报警，实现大坝碾压全过程质量管控。

（3）通过集成智能灌浆子系统，实现灌浆数据管理的信息化、可视化和智能化，动态显示灌浆施工过程分析成果，并自动生成符合规范要求的灌浆施工成果报表，并可实现信息快速反馈与异常状况警示，支撑现场管理。

（4）通过建立安全监测BIM模型，进行监测设备点位可视化展示以及全过程跟踪管理。同时，将监测数据和监测仪器BIM模型关联，可直观判别指标状态，并给出异常状态提醒和预警，实现监测设备、监测阈值可视化管理维度。

LD水电站智能建造方案在充分吸取国内当前先进智能建造建设经验的基础上，融合水电工程管理先进理念与先进技术，结合工程实际开展方案总体设计研究，充分体现智能建造一体化的管控理念，智能建造的具体实施将为工程管理提供全方位的技术支撑，助力LD水电站全面实现智慧工程建设。

5.3 智慧工地

为了提高LD水电站工程施工的安全性，并进一步加强生产施工现场人员、车辆、环境及水情预报数据的动态精细化管理，依托“互联网+物联网”和大数据等技术，规划建立智慧工地子系统，该子系统集成智能安全帽、数字化门禁、车辆管理、视频监控、水情预报数据集成、环境监测集成6个业务模块。

通过人员定位动态管理、数字化门禁及车辆历史轨迹管控、现场重点工作面施工进展及细节监控，实现现场人员、车辆、施工智能化管控。水雨情信息查询及预警、环境各项监测指标管理，为现场防洪度汛、环境管理及决策提供信息化数据支撑。

基于新兴技术开展的LD水电站智慧工地建设将有效提高现场管理工作效率，增强工程现场安全保障，进一步打造智慧平安工地。

6 总结

通过采用BIM、数字化、智能化手段，进行LD水电站智慧工程建设应用研究，共策划智能建管、智能建造、智慧工地3个子系统，后续可实现LD水电站工程重点施工部位的实时监控、管理和预警，同时加强工程的立体化监测、精准化管理、规范化监督和便捷化服务能力建设，实现施工过程中信息的数字化、智能化和可视化管理，为项目的安全、质量等关键管控因素提供服务，有效助力LD水电站工程的顺利实施。

参考文献

[1] 张宗亮. HydroBIM-水电工程设计施工一体化[M]. 北京：中国水利水电出版社，2016：65-77.

[2] 路振刚，王永潭. 丰满水电站重建工程智慧管控技术探索与实践[M]. 北京：中国水利水电出版社，2019：78-103.

[3] 刘辉，欧阳明鉴. 水利BIM从0到1[M]. 北京：中国水利水电出版社，2018：79-93.

作者简介：

赵  炯（1980-10），男，河南邓州人，工程师，本科，党委委员、副总经理，从事水利水电工程管理工作；

张 俊（1988-10），男，四川成都人，助理工程师，本科，工程建设部副主任，从事水利水电工程施工和管理工作；

王祥春（1986-1），男，河南南阳人，工程师，本科，计划合同部主任，从事水利水电工程施工和合同管理工作。

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