肉孜買買提·吐送尼牙孜

(塔里木河流域和田管理局，新疆 和田 848000)

大型水利樞紐工程施工建設(shè)中存在較多的風(fēng)險(xiǎn)因素且設(shè)計(jì)因素較多，管理范圍也比較大，基于全人工觀測(cè)、識(shí)別與管理的工作難度很大，且很難及時(shí)、快速解決問(wèn)題[1- 3]。因此，研究開發(fā)出水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)于水利工程建設(shè)質(zhì)量保證非常重要。

目前，水利工程建設(shè)智慧化已經(jīng)成為水利工程領(lǐng)域的重點(diǎn)工作，但受限于技術(shù)發(fā)展以及其他因素，水利工程智慧化建設(shè)發(fā)展速度仍然較慢[4- 5]。賈寧霄等[6]基于區(qū)塊鏈技術(shù)，結(jié)合我國(guó)水利工程建設(shè)管理特點(diǎn)以及工程建設(shè)要素，深入分析探討了基于區(qū)塊鏈技術(shù)智慧水利工程智慧建設(shè)管理工程的建設(shè)，研究成果為區(qū)塊鏈技術(shù)-水利工程智慧化建設(shè)提供了基礎(chǔ)。曹新[7]基于山東某抽水蓄能電站智慧化建設(shè)項(xiàng)目，建立了高效、經(jīng)濟(jì)的智慧化并指出其具有參數(shù)采集與傳輸、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)測(cè)預(yù)警報(bào)告、信息共享及遠(yuǎn)程控制保護(hù)等重要功能。陳杰等[8]則基于BIM+GIS聯(lián)合技術(shù)，構(gòu)建了水利工程智慧管理平臺(tái)原型并投入使用。

綜上所述，現(xiàn)有成果較少涉及到DM技術(shù)在水利工程智慧化建設(shè)中的應(yīng)用，而隨著大數(shù)據(jù)重要性的逐漸增長(zhǎng)，DM技術(shù)服務(wù)于水利工程智慧化建設(shè)將逐漸變得重要。因此，本文基于DM技術(shù)識(shí)別了水利樞紐工程建設(shè)中的重要風(fēng)險(xiǎn)因素，并根據(jù)DM結(jié)果構(gòu)建了相應(yīng)的智慧化管理系統(tǒng)。研究成果為我國(guó)水利工程智慧化建設(shè)提供了一定思路。

1 基于DM的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 基于DM的風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別流程

如上述所言，現(xiàn)有關(guān)于水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)的開發(fā)和應(yīng)用方面的研究較少，這不利于水利工程智慧化建設(shè)及管理效率提升工作的開展。因此，筆者綜合現(xiàn)有水利工程智慧化建設(shè)工作經(jīng)驗(yàn)以及大數(shù)據(jù)發(fā)展方向現(xiàn)狀，提出基于DM技術(shù)建設(shè)水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)。基于現(xiàn)有文獻(xiàn)的調(diào)查分析與總結(jié)，筆者得出，DM技術(shù)是從大面積的隨機(jī)數(shù)據(jù)樣本中去獲取對(duì)個(gè)人研究有用的數(shù)據(jù)和信息，它是信息倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、模糊邏輯分類、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析等多學(xué)科相結(jié)合的重要產(chǎn)品。因此，利用DM技術(shù)實(shí)現(xiàn)水利樞紐工程施工過(guò)程中的智慧化監(jiān)管工作是水利工程領(lǐng)域重點(diǎn)研究與發(fā)展的方向之一[9- 10]?；诖?，筆者認(rèn)為，可以基于DM技術(shù)與我國(guó)水利工程事故資料信息庫(kù)，對(duì)水利樞紐工程建設(shè)與施工中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行前期辨識(shí)，從而根據(jù)各種不同條件，識(shí)別出針對(duì)研究工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)因素，之后再根據(jù)識(shí)別結(jié)果，相對(duì)應(yīng)的構(gòu)建出智慧化水利監(jiān)管系統(tǒng)。DM的風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別的具體流程如圖1所示。

圖1 基于DM技術(shù)的水利樞紐工程風(fēng)險(xiǎn)因素集構(gòu)建

(1)水利樞紐工程施工風(fēng)險(xiǎn)因素信息準(zhǔn)備。信息準(zhǔn)備過(guò)程包括信息集成、選擇和預(yù)處理。即將多個(gè)相關(guān)性的風(fēng)險(xiǎn)因素組合在一起，實(shí)現(xiàn)信息共享，解決分布性和異構(gòu)性問(wèn)題。

(2)水利樞紐工程施工風(fēng)險(xiǎn)因素DM。首先，應(yīng)當(dāng)基于現(xiàn)有條件，分析水利樞紐工程建設(shè)的初步設(shè)計(jì)施工方案中風(fēng)險(xiǎn)因素類別;其次，根據(jù)目前該階段水利樞紐工程及其實(shí)際管理施工每階段風(fēng)險(xiǎn)因素類別選定的一個(gè)最為合適的知識(shí)模型的知識(shí)挖掘的研究與方法分析;最后，利用挖掘及分析的算法模型來(lái)去從當(dāng)前整個(gè)的水利樞紐工程規(guī)劃及設(shè)計(jì)施工的管理的風(fēng)險(xiǎn)因素庫(kù)模型中來(lái)去分析抽取決策的所需的大量的相關(guān)科學(xué)知識(shí)內(nèi)容信息和科學(xué)決策。

(3)水利樞紐工程施工風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)結(jié)果解釋和評(píng)價(jià)。對(duì)基于DM技術(shù)得到的主要風(fēng)險(xiǎn)因素展開深入分析與評(píng)價(jià)，篩選提出不合理的因素，保留與水利樞紐工程建設(shè)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素并將其可視化。

1.2 基于DM的風(fēng)險(xiǎn)源挖掘方法

根據(jù)前文分析和構(gòu)建目標(biāo)信息庫(kù)的一些基本特征，本文選用關(guān)聯(lián)規(guī)則方法，將其作為水利樞紐工程施工風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)的DM方法。通過(guò)對(duì)歷史上已經(jīng)發(fā)生的水利樞紐工程各類施工事故進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析與比較，不難發(fā)現(xiàn)事故的發(fā)生與一些危險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián)度極高。如何快速找出水電潛在面臨的其他各類施工危險(xiǎn)因素并迅速采取各種針對(duì)性措施進(jìn)行對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)因素加以管理監(jiān)測(cè)和技術(shù)控制，這一切將十分有利于地確保各類水電工程設(shè)備的設(shè)計(jì)施工安全。研究各項(xiàng)屬性與事故之間的聯(lián)系，規(guī)則描述公式如下:

(A1,A2,…,An)?D(su,con)

(1)

式中，A1～An—施工事故的屬性；D—施工事故，代表規(guī)則的結(jié)果。

(2)

式中，su—規(guī)則支持度，即事故發(fā)生時(shí)各施工事故的屬性也同時(shí)發(fā)生的概率；A—各個(gè)施工事故屬性的集合；I—全部施工屬性的集合。

最后，依照DM技術(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，對(duì)水利樞紐工程施工信息和信息庫(kù)進(jìn)行DM，識(shí)別得到水利樞紐工程施工的重要風(fēng)險(xiǎn)因素，并對(duì)其及時(shí)采用監(jiān)測(cè)、管理與控制措施。

此外，本研究擬構(gòu)建一個(gè)水利樞紐工程現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)因素信息辨識(shí)的數(shù)據(jù)整合挖掘應(yīng)用智慧化技術(shù)系統(tǒng)，該應(yīng)用系統(tǒng)總體分為內(nèi)外3層信息庫(kù)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 水利樞紐工程施工風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)DM智慧化系統(tǒng)

2 智慧化監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的采取監(jiān)測(cè)監(jiān)控，是獲得相關(guān)特征信息的最直接和最有效的方式。通過(guò)對(duì)獲取數(shù)據(jù)的分析可以判斷施工過(guò)程是否處于安全狀態(tài)，對(duì)不正安全狀態(tài)及時(shí)預(yù)警或采取預(yù)控措施。根據(jù)DM最終分析結(jié)果，研究得出水利樞紐工程施工建設(shè)主要風(fēng)險(xiǎn)因素見表1。

表1 水利樞紐工程施工建設(shè)部分主要風(fēng)險(xiǎn)因素

根據(jù)主要風(fēng)險(xiǎn)因素，同時(shí)考慮其他風(fēng)險(xiǎn)因素。根據(jù)獲取方式的不同，下面將風(fēng)險(xiǎn)因素監(jiān)測(cè)類型分為實(shí)測(cè)型與評(píng)價(jià)型兩種。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是通過(guò)儀器或者監(jiān)測(cè)設(shè)備直接測(cè)量的得到的，如荷載、位移、滲流、應(yīng)力等信息的獲得；評(píng)價(jià)型信息則需要評(píng)價(jià)人員根據(jù)自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)該類型監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的信息的確定，如作業(yè)人員的綜合素質(zhì)與導(dǎo)致事故發(fā)生的概率，設(shè)備的損壞概率等。對(duì)上述所有包含風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)因素總和形成信息集，并對(duì)所列項(xiàng)目布置實(shí)時(shí)傳感器進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，并基于5G新技術(shù)形成有效的遠(yuǎn)程信息傳輸與通信系統(tǒng)，構(gòu)建水利信息化管理平臺(tái)，最終得到新疆某水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)及部分操作界面如圖3所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果指出，該水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)水利工程的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生點(diǎn)，方便管理人員及時(shí)做出補(bǔ)救措施，實(shí)現(xiàn)了智慧化水利的重要成果。

3 結(jié)論與建議

本次研究深入分析了DM技術(shù)在水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用。主要結(jié)論如下：

圖3 水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)及部分操作界面

(1)水利樞紐工程風(fēng)險(xiǎn)因素DM流程主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、施工風(fēng)險(xiǎn)因素挖掘以及風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)價(jià)與解釋3個(gè)步驟。

(2)基于DM技術(shù)構(gòu)建了新疆某水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)，該水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)水利工程的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生點(diǎn)，完成了智慧化水利建設(shè)的重要成果。

(3)本次基于DM技術(shù)構(gòu)建的水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)高效且智慧化，但由于數(shù)據(jù)庫(kù)比較有限，因此分析結(jié)果仍存在一定的不足之處。下一步應(yīng)當(dāng)考慮增加國(guó)內(nèi)外更多的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。