郝 靜 郝新穎

（青州市水利建筑總公司，山東 青州 262500）

0 引言

水利工程作為1項(xiàng)基礎(chǔ)民生工程，對(duì)于保障國(guó)計(jì)民生，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定與經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮了重要的作用?，F(xiàn)階段，科技創(chuàng)新已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展層面，加強(qiáng)科技在民生工程領(lǐng)域的應(yīng)用，是我國(guó)建設(shè)科技創(chuàng)新型國(guó)家的重要內(nèi)容。因此，積極探索大數(shù)據(jù)信息技術(shù)在水利工程管理中的有效運(yùn)用路徑，是深化水利改革，推動(dòng)水利現(xiàn)代化建設(shè)的必然途徑。在水利工程建設(shè)過(guò)程中，所涉及的數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣，規(guī)模龐大，其蘊(yùn)含巨大的數(shù)據(jù)價(jià)值，對(duì)于全面提升水利管理質(zhì)量發(fā)揮著重要作用[1]。2017年，水利部印發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)水利大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，進(jìn)一步推動(dòng)水利大數(shù)據(jù)發(fā)展，要求水利管理中科學(xué)運(yùn)用水利工程大數(shù)據(jù)，深入挖掘數(shù)據(jù)在水利工程管理與運(yùn)行中的重要機(jī)制，從而為水利管理決策提供強(qiáng)有力支持，推進(jìn)水利工程精細(xì)化管理。

1 水利工程大數(shù)據(jù)特征

目前，我國(guó)大數(shù)據(jù)及相關(guān)信息技術(shù)在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大并向深度融合方向發(fā)展，進(jìn)一步完善了大數(shù)據(jù)概念，并明確了大數(shù)據(jù)具有海量規(guī)模、快速流動(dòng)、類(lèi)型多樣和數(shù)據(jù)挖掘價(jià)值高的數(shù)據(jù)特征，為我們判斷大數(shù)據(jù)提供了標(biāo)準(zhǔn)[2]。

對(duì)于水利工程來(lái)說(shuō)，其涉及的要素眾多，從工程建設(shè)對(duì)象來(lái)看，水利工程包括水庫(kù)、閘門(mén)、管道以及泵站等；從工程運(yùn)行管理來(lái)看，水利工程除了包括一般工程的質(zhì)量、安全、進(jìn)度以及資金管理等內(nèi)容，同時(shí)還包括對(duì)水情、水質(zhì)和環(huán)境等各個(gè)要素的管理。因此，水利工程管理所涉及的數(shù)據(jù)具有顯著的復(fù)雜特征，其來(lái)源多樣，類(lèi)型復(fù)雜，更新實(shí)時(shí)，符合大數(shù)據(jù)特征[3]。具體來(lái)說(shuō)，水利工程具有數(shù)據(jù)海量，來(lái)源及類(lèi)型多樣；數(shù)據(jù)持續(xù)增長(zhǎng)，挖掘價(jià)值較高；數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化，具有較強(qiáng)實(shí)時(shí)性；數(shù)據(jù)相互影響，聯(lián)系緊密等特征。

1.1 數(shù)據(jù)海量，來(lái)源及類(lèi)型多樣

從水利工程管理涉及的眾多要素來(lái)看，其產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)具有來(lái)源廣泛、類(lèi)型多樣的特點(diǎn)，并且在工程運(yùn)行的各個(gè)階段，每秒計(jì)所產(chǎn)生的檢測(cè)數(shù)據(jù)都是海量的。尤其是當(dāng)前BIM技術(shù)在水利工程建設(shè)與管理中的廣泛應(yīng)用，構(gòu)建了大量的工程模型構(gòu)件，產(chǎn)生了大量的BIM模型數(shù)據(jù)。此外，在水利工程管理運(yùn)行中，涉及的管理、調(diào)度、運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)量同樣非?？捎^，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)量迅速，具有顯著的大數(shù)據(jù)特征。

1.2 數(shù)據(jù)持續(xù)增長(zhǎng)，挖掘價(jià)值較高

當(dāng)前，水利工程建設(shè)中信息技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，信息化建設(shè)幾乎覆蓋了工程建設(shè)運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)。因此，在工程建設(shè)運(yùn)行的過(guò)程中，建立了越來(lái)越完善的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，監(jiān)測(cè)密度不斷增加。相應(yīng)的，水利工程建設(shè)運(yùn)行的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度也會(huì)隨之不斷提升，并且由于數(shù)據(jù)越來(lái)越全面，數(shù)據(jù)可分析與挖掘的價(jià)值越來(lái)越高，能夠?yàn)樗こ探ㄔO(shè)管理相關(guān)決策提供可靠的依據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化，實(shí)時(shí)性強(qiáng)

在水利工程管理中，涉及對(duì)水情、水質(zhì)、環(huán)境等方面的監(jiān)測(cè)與管理，而在針對(duì)這些要素的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)具有顯著的動(dòng)態(tài)化特征。例如，在水情、水環(huán)境的監(jiān)測(cè)中，不同時(shí)間、空間的分布，其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都會(huì)存在明顯的變化，并呈現(xiàn)一定的規(guī)律。同時(shí)，水利工程BIM模型中，也存在很明顯的時(shí)空分布特征，隨著工程進(jìn)展，BIM模型需要隨之進(jìn)行調(diào)整與完善。例如，在泵站工程對(duì)象建設(shè)中，從設(shè)計(jì)到竣工的工程階段，BIM模型狀態(tài)是不同的。此外，水利工程不同于一般建筑工程，對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求非常高，尤其是在工程安全、質(zhì)量和調(diào)度等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)方面，要求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確并實(shí)時(shí)更新，從而判斷工程運(yùn)行的情況，做好應(yīng)急預(yù)案準(zhǔn)備。

1.4 數(shù)據(jù)相互影響，聯(lián)系緊密

不同類(lèi)型的水利工程數(shù)據(jù)之間相互影響，緊密相關(guān)的關(guān)系。例如工程標(biāo)準(zhǔn)劃分、施工環(huán)境、氣象條件和設(shè)備狀況等工程數(shù)據(jù)直接影響工程進(jìn)度的數(shù)據(jù)；工程設(shè)計(jì)參數(shù)、水情雨情和水文地質(zhì)條件等相關(guān)數(shù)據(jù)直接關(guān)系到工程險(xiǎn)情數(shù)據(jù)。由此可見(jiàn)，水利工程數(shù)據(jù)之間息息相關(guān)，相互影響性與關(guān)聯(lián)性非常高，數(shù)據(jù)關(guān)系復(fù)雜。

2 水利工程大數(shù)據(jù)的構(gòu)建

2.1 水利工程大數(shù)據(jù)的分類(lèi)

利用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)構(gòu)建水利工程大數(shù)據(jù)中，首先要根據(jù)工程實(shí)際制定統(tǒng)一規(guī)范的工程對(duì)象分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)以及建立數(shù)據(jù)資源模型標(biāo)準(zhǔn)等，并在遵循標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上構(gòu)建大數(shù)據(jù)體系，以便于后期實(shí)施數(shù)據(jù)管理。

工程對(duì)象分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：首先要明確工程對(duì)象，并根據(jù)其是主體或輔助分成工程主體、工程輔助設(shè)施兩級(jí)分類(lèi)。其次，對(duì)各類(lèi)工程對(duì)象進(jìn)行分級(jí)劃分，工程主體包括水庫(kù)、泵站、管道和閘門(mén)等二級(jí)工程對(duì)象；工程輔助設(shè)施包括工程機(jī)電、金屬結(jié)構(gòu)和消防等二級(jí)工程對(duì)象。

工程對(duì)象編碼標(biāo)準(zhǔn)：在水利工程管理中，根據(jù)業(yè)務(wù)精細(xì)化管理需求，對(duì)具體管理內(nèi)容及實(shí)體歸屬層級(jí)進(jìn)行編碼。在制定編碼體系過(guò)程中，注意編碼體系分級(jí)細(xì)化，按照特征碼、標(biāo)段碼、工區(qū)碼、大類(lèi)碼、工藝位置碼、感知對(duì)象、感知單元、感知項(xiàng)等級(jí)別由大到小進(jìn)行細(xì)分，從而能夠編碼快速確定工程、標(biāo)段、工區(qū)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、人員和人員定位等詳細(xì)信息。

數(shù)據(jù)資源模型標(biāo)準(zhǔn)：按照工程對(duì)象標(biāo)識(shí)和屬性特征進(jìn)行數(shù)據(jù)劃分，從而提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靈活性，有效剔除冗余數(shù)據(jù)，并加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)之間的管理。其中，工程對(duì)象標(biāo)識(shí)是唯一本體，數(shù)據(jù)之間的相關(guān)特征則通過(guò)工程對(duì)象屬性表達(dá)，例如存在的基本數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)屬性。工程對(duì)象標(biāo)識(shí)、屬性都可能存在時(shí)相特征，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)資源模型標(biāo)準(zhǔn)圖

2.2 水利工程大數(shù)據(jù)的構(gòu)成

在水利工程建設(shè)運(yùn)行中，現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用為工程管理與運(yùn)行的穩(wěn)定性提供了有效支持，并逐漸積累形成海量的工程數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)蘊(yùn)含了巨大的價(jià)值，為水利管理提供了重要依據(jù)，成為水利工程大數(shù)據(jù)的主要組成[4]。其中包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和BIM數(shù)據(jù)，以及具體業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中的工程管理、監(jiān)測(cè)、調(diào)度運(yùn)行和信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)類(lèi)型。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：水利工程基礎(chǔ)信息，包括建設(shè)及相關(guān)參建單位以及工程具體信息，包括工程標(biāo)段、單位工程、水利工程和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。

空間數(shù)據(jù)：工程基礎(chǔ)地理信息，包括泵站、水庫(kù)和水閘等工程地理信息，以及水利工程測(cè)繪信息，包括衛(wèi)星遙感影像、無(wú)人機(jī)傾斜攝影等相關(guān)影像數(shù)據(jù)。

BIM數(shù)據(jù)：主要是水利工程各類(lèi)工程的BIM模型數(shù)據(jù)，包括工程擋水、輸水和導(dǎo)流等建筑物模型數(shù)據(jù)、邊坡工程模型數(shù)據(jù)等。在BIM模型數(shù)據(jù)中，覆蓋工程范圍廣泛，類(lèi)型多樣，并且為保障BIM模型與工程實(shí)際相符合，BIM模型數(shù)據(jù)涉及更高層次數(shù)據(jù)精度標(biāo)準(zhǔn)，具有完整性、統(tǒng)一性、系統(tǒng)性和準(zhǔn)確性。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)：工程管理數(shù)據(jù)，如工程進(jìn)度、安全、質(zhì)量等管理數(shù)據(jù)，以及工程投資管理、環(huán)境保護(hù)等各方面管理數(shù)據(jù)；工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如工程進(jìn)度監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和生態(tài)監(jiān)測(cè)等各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；工程調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)，如工程調(diào)度方案和指令、調(diào)度運(yùn)行方案和評(píng)價(jià)、需水?dāng)?shù)據(jù)和來(lái)水?dāng)?shù)據(jù)等；工程信息數(shù)據(jù)包，如水利工程建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中涉及的文檔、音頻、視頻等各類(lèi)信息數(shù)據(jù)[5]。

3 工程大數(shù)據(jù)在水利管理中的具體運(yùn)用

3.1 工程大數(shù)據(jù)治理的主要架構(gòu)

水利工程大數(shù)據(jù)具有顯著的大數(shù)據(jù)特征，海量、多樣、高度、挖掘價(jià)值高，在水利管理實(shí)際運(yùn)用中，要充分挖掘再利用工程大數(shù)據(jù)，首先要進(jìn)行大數(shù)據(jù)的治理，從中獲取到有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息。水利工程大數(shù)據(jù)治理架構(gòu)主要包括數(shù)據(jù)的匯集、清洗、融合、存儲(chǔ)與服務(wù)4個(gè)階段。利用大數(shù)據(jù)相關(guān)基礎(chǔ)，先進(jìn)行數(shù)據(jù)的廣泛匯集，然后通過(guò)對(duì)比、清洗、建模和裝載等數(shù)據(jù)處理，完成數(shù)據(jù)的融合，形成具有一致性、關(guān)聯(lián)性、匹配性的數(shù)據(jù)組合，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，最終獲得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)等，并通過(guò)分布式存儲(chǔ)與管理，實(shí)現(xiàn)工程大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與服務(wù)，如圖2所示。

數(shù)據(jù)匯集通過(guò)文件上傳、網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)等多種手段實(shí)現(xiàn)對(duì)工程各類(lèi)數(shù)據(jù)的廣泛聚集，并遵循原有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)關(guān)系；數(shù)據(jù)清洗通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的補(bǔ)全、轉(zhuǎn)換、去重、過(guò)濾和校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，剔除垃圾數(shù)據(jù)、補(bǔ)全數(shù)據(jù)缺失、修改錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等，大幅提升數(shù)據(jù)價(jià)值密度，為后續(xù)數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)融合通過(guò)數(shù)據(jù)的梳理、關(guān)聯(lián)、匹配、組合、分析，實(shí)現(xiàn)跨業(yè)務(wù)和組織數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合，為業(yè)務(wù)管理應(yīng)用提供依據(jù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與服務(wù)是對(duì)融合數(shù)據(jù)利用分布式數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)度與存儲(chǔ)管理，為工程管理提供了數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.2 工程大數(shù)據(jù)在水利管理中的具體運(yùn)用

在水利管理具體應(yīng)用中，完成工程大數(shù)據(jù)的治理后，可以將數(shù)據(jù)作為工程管理決策的重要依據(jù)，構(gòu)建工程各項(xiàng)管理的大數(shù)據(jù)分析主體，再利用信息技術(shù)、人工智能、工程模型算法，感知水利工程管理各項(xiàng)內(nèi)容的態(tài)勢(shì)，并對(duì)其運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水利工程建設(shè)運(yùn)行的精細(xì)化管理，加強(qiáng)對(duì)工程調(diào)度管理的高效性，并能夠自動(dòng)準(zhǔn)確識(shí)別工程險(xiǎn)情，提高水利管理效率[6]。工程大數(shù)據(jù)在水利管理中的具體運(yùn)用主要包括工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度、資金、調(diào)度和運(yùn)維等管理內(nèi)容。

圖2 工程大數(shù)據(jù)治理架構(gòu)圖

3.2.1 工程安全管理

根據(jù)工程安全監(jiān)督、檢測(cè)、教育以及安全隱患等數(shù)據(jù)信息，利用大數(shù)據(jù)與可視化信息技術(shù)，建立可視化數(shù)據(jù)駕駛艙，對(duì)各項(xiàng)工程安全狀態(tài)進(jìn)行可視化模型推演，確定工程安全狀態(tài)，并預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的安全隱患。同時(shí)，建立工程安全分級(jí)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化安全預(yù)警，加強(qiáng)安全管控。

3.2.2 工程質(zhì)量管理

根據(jù)工程質(zhì)量相關(guān)的計(jì)劃、檢測(cè)、評(píng)定等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，建立工程質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)工程質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)定，精準(zhǔn)定位工程質(zhì)量不達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)，量化工程質(zhì)量監(jiān)督與考核，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程質(zhì)量的有效管理、監(jiān)督與控制。

3.2.3 工程進(jìn)度管理

根據(jù)工程進(jìn)度相關(guān)計(jì)劃、監(jiān)控和作業(yè)狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立工程進(jìn)度評(píng)價(jià)模型，利用模型進(jìn)行工程進(jìn)度畫(huà)像，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)度滯后工區(qū)的自動(dòng)化識(shí)別。同時(shí)，利用模型進(jìn)行工程進(jìn)度推演，以便于管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握進(jìn)度，并預(yù)測(cè)可能造成工程進(jìn)度滯后的風(fēng)險(xiǎn)，提高工程進(jìn)度管理效率。

3.2.4 工程資金管理

根據(jù)工程投資、預(yù)算支付等相關(guān)數(shù)據(jù)信息，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立工程資金評(píng)價(jià)模型，關(guān)聯(lián)工程進(jìn)度數(shù)據(jù)，分析項(xiàng)目投資與完成比，實(shí)時(shí)掌握工程預(yù)付及實(shí)付情況，加強(qiáng)對(duì)工程投資全過(guò)程管理與控制，為管理人員控制成本，提高資金利用率提供可靠依據(jù)。

3.2.5 工程調(diào)度管理

根據(jù)工程需水、供水及安全監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)信息，并關(guān)聯(lián)工程周邊及沿線泵站、水閘、管道各方面相關(guān)數(shù)據(jù)，建立工程調(diào)度數(shù)據(jù)模型，按照模型算法得出調(diào)度方案，并借助BIM技術(shù)等進(jìn)行工程調(diào)度預(yù)演，深入分析工程調(diào)度方案可行性，提高水量調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

3.2.6 工程運(yùn)行和維護(hù)管理

根據(jù)工程安全監(jiān)測(cè)、水情監(jiān)測(cè)和巡檢等數(shù)據(jù)信息，關(guān)聯(lián)工程調(diào)度數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)算法，對(duì)工程運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估，自動(dòng)識(shí)別定位異常，為工程運(yùn)行維護(hù)提供依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水利工程建設(shè)作為一項(xiàng)重要的民生工程，對(duì)推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展起到了重要的作用。大數(shù)據(jù)信息技術(shù)在水利管理中的應(yīng)用，是水利工程未來(lái)建設(shè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，是水利工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的技術(shù)支撐?，F(xiàn)代水利工程數(shù)據(jù)具有顯著的大數(shù)據(jù)特征，將大數(shù)據(jù)信息技術(shù)融入水利管理中，通過(guò)構(gòu)建水利工程大數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)一步細(xì)化工程數(shù)據(jù)分析，充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為水利工程安全、質(zhì)量、進(jìn)度、資金、調(diào)度和運(yùn)維等各方面的管理決策提供了重要的依據(jù)。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)信息技術(shù)在水利管理中的應(yīng)用處于初級(jí)水平，積極探索大數(shù)據(jù)信息技術(shù)在水利工程管理中的有效應(yīng)用途徑，建立完善水利工程大數(shù)據(jù)，深入挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)水利工程精細(xì)化管理，為我國(guó)智慧水利建設(shè)奠定重要基礎(chǔ)。