石文明，劉亞麗，張撞撞

（1.中國(guó)南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司，北京 100038，2.中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001）

截至2021年6月底，南水北調(diào)中線一期工程累計(jì)調(diào)水入渠量379.46億m3， 直接受益人口超過7900萬(wàn)人，其中河南省2400萬(wàn)人。南水北調(diào)中線一期工程從丹江口水庫(kù)陶岔渠首閘引水，沿線經(jīng)過河南、河北、北京、天津，在京廣鐵路西側(cè)蜿蜒北上，到北京、天津，輸水干線全長(zhǎng)1432km。渠道分別采用預(yù)制六棱框格防護(hù)、干（漿）砌石防護(hù)、錨噴支護(hù)、現(xiàn)澆混凝土框格等多種邊坡防護(hù)形式，同時(shí)設(shè)置有縱向、橫向、斜向排水溝，巡視臺(tái)階，混凝土坡肩，路緣石等多項(xiàng)混凝土設(shè)施。這些設(shè)施自2014年12月12日建成后，由于工程設(shè)施維護(hù)受施工、天氣、外力等影響，混凝土病害時(shí)有發(fā)生，其中渠道工程維護(hù)工作量最大，查險(xiǎn)和維護(hù)工作量逐年增大。

如何利用科技手段第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)工程存在隱患，已成為工程管理人員研究的課題。信息化查詢系統(tǒng)就是針對(duì)傳統(tǒng)的人工巡查、手工記錄、電話報(bào)告的工作方式研制開發(fā)的。 該系統(tǒng)采用無線電數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將硬件巡檢設(shè)備、軟件管理模塊配合WEB信息發(fā)布服務(wù)模塊，實(shí)現(xiàn)了查險(xiǎn)計(jì)劃、查險(xiǎn)人員、隱患數(shù)據(jù)、查險(xiǎn)圖片、維護(hù)施工等有機(jī)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)信息化裝配式維護(hù)顯得尤為必要。

1 傳統(tǒng)查險(xiǎn)和維護(hù)存在問題

中線干線工程線路長(zhǎng)，站點(diǎn)多，需要沿線數(shù)千名工作人員日常工作常年沿渠巡查隱患， 才能更好地保障通水安全。 由于渠道線路長(zhǎng)、建筑物間隔距離遠(yuǎn)，根據(jù)近幾年的沿線查險(xiǎn)情況， 混凝土病害點(diǎn)位多、 分布零散、類型多。工程查險(xiǎn)是一項(xiàng)辛苦且需要強(qiáng)烈責(zé)任心的工作。目前，工程沿線普遍采用人工巡查、手工記錄、電話報(bào)告原始工作方式，操作過程存在著人為因素多、記錄不規(guī)范、信息傳遞速度慢、查閱不方便等問題，不能第一時(shí)間獲得險(xiǎn)情和維護(hù)施工中的信息， 難以對(duì)查險(xiǎn)的工作狀態(tài)和維護(hù)施工過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于GPRS/GSM上報(bào)和支持同一地點(diǎn)發(fā)生不同事件上傳

本系統(tǒng)是基于GPRS/GSM的無線手持設(shè)備，該設(shè)備具有拍攝險(xiǎn)情、照片編輯或繪制險(xiǎn)情示意圖等功能，并能將生成的圖片和照片，通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到分局服務(wù)器， 并在WEB頁(yè)面中實(shí)時(shí)發(fā)布。系統(tǒng)支持查詢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳的巡檢器，該巡檢器支持同一地點(diǎn)發(fā)生不同隱患，滿足查險(xiǎn)的實(shí)施性需求。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)與中線信息化平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)一致

該系統(tǒng)與南水北調(diào)信息化平臺(tái)，標(biāo)準(zhǔn)相一致，系統(tǒng)設(shè)立元數(shù)據(jù)庫(kù)，把數(shù)據(jù)庫(kù)和界面應(yīng)用系統(tǒng)分開，避免直接訪問造成系統(tǒng)隱患， 其次系統(tǒng)信息分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)可采用“智慧中線”的信息中線工程的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

2.3 基于組合論的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型建立

系統(tǒng)算法基于組合論的“組合數(shù)學(xué)”和“智能排隊(duì)”中的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型建立不同部位的數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)體系，即數(shù)據(jù)庫(kù)管理層、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)和系統(tǒng)界面層， 所有的先進(jìn)信息都可實(shí)時(shí)地從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)平臺(tái)是系統(tǒng)的核心，一方面可以保證系統(tǒng)可擴(kuò)展性， 另一方面不僅可以為本系統(tǒng)服務(wù)，其他應(yīng)用系統(tǒng)也可以使用。該平臺(tái)的功能保證了系統(tǒng)之間的無縫連接， 也可以降低推廣應(yīng)用建設(shè)成本。 該系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、網(wǎng)頁(yè)發(fā)布系統(tǒng)三部分。 總體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 工程巡查處理系統(tǒng)三層結(jié)構(gòu)

3 工程查險(xiǎn)運(yùn)行實(shí)施

目前，中線干線已形成了沿線分局有平臺(tái)、深挖高填方區(qū)有檢測(cè)儀器、 建筑物能可視的比較完善的全線信息化管理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，增加無人機(jī)、水下機(jī)器人、無人船配合沿線監(jiān)測(cè)設(shè)施，構(gòu)筑一體化系統(tǒng)平臺(tái)。該平臺(tái)與南陽(yáng)、河南、河北、天津分局的下屬各個(gè)管理處及巡查人員手機(jī)工程監(jiān)測(cè)設(shè)備， 在每年年終以管理處為單元對(duì)各個(gè)區(qū)段的工程設(shè)施病害進(jìn)行評(píng)估巡察，將發(fā)生的混凝土病害、出現(xiàn)問題嚴(yán)重程度及工程量大小等通過視頻、 圖片反饋到管理站平臺(tái)，由各個(gè)分處的平臺(tái)再反饋到各個(gè)分局，有分局商務(wù)部組織編制招標(biāo)文件實(shí)施修復(fù)和維護(hù)。

該系統(tǒng)采用IT技術(shù)、移動(dòng)技術(shù)、GIS技術(shù)、工作流引擎、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)，貫穿發(fā)現(xiàn)問題—問題上報(bào)—受理—處理—消缺整個(gè)過程， 實(shí)現(xiàn)了巡檢有計(jì)劃、過程有監(jiān)督、事后有分析、處理可追蹤。 工程巡查系統(tǒng)上線后，真正知道了自己該干什么、如何干、干到什么程度、發(fā)現(xiàn)問題怎么辦，因?yàn)橹芯€工程自動(dòng)化、通信、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電（金結(jié)）、電力和消防6大專業(yè)的管理標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，與工程巡查APP系統(tǒng)深度對(duì)接，工作流程簡(jiǎn)化，工作效率大大提高了。從而為每一年工程設(shè)施的損壞情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并考慮時(shí)間序列，利用質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析手段巴雷特圖法分析病害產(chǎn)生的主要原因、次要原因，為維護(hù)施工打下良好基礎(chǔ)。

4 智能建造裝配構(gòu)件

中線工程混凝土構(gòu)件有數(shù)量大、 類型多； 尺寸碎、外觀細(xì)；有飾面、多畸形等特征。主要包含路緣石預(yù)制構(gòu)件、縱橫向排水溝預(yù)制構(gòu)件、斜向排水溝預(yù)制構(gòu)件、一級(jí)馬道錯(cuò)車平臺(tái)預(yù)制構(gòu)件、巡視臺(tái)階預(yù)制構(gòu)件、六棱塊預(yù)制構(gòu)件等，其中路緣石預(yù)制構(gòu)件可通過拼接、組合形成渠道邊坡橫向排水溝、巡視臺(tái)階等多種型式（如表1），借助信息化技術(shù)在南水北調(diào)工程裝配式維護(hù)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了“一石多用”。

表1 裝配式預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化模型

通過對(duì)渠線工程檢查信息匯集和統(tǒng)計(jì)， 基于信息平臺(tái)分析，將各個(gè)工程部位的病害信息分類，然后在各個(gè)分局設(shè)立裝配式施工一體化設(shè)計(jì)和施工工廠，各個(gè)部分的構(gòu)件在工廠按信息提供數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、尺寸，預(yù)制工廠采用標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理設(shè)計(jì)預(yù)制，減少了不必要的誤差和損耗，嚴(yán)格控制了建造質(zhì)量。 其制作工藝流程如圖2。

圖2 裝配式混凝土預(yù)制構(gòu)件制作工藝流程

5 裝配施工信息化

利用互聯(lián)網(wǎng)引導(dǎo)運(yùn)至裝配地點(diǎn)。 由于裝配構(gòu)建型號(hào)多、傳遞路線長(zhǎng)，施工過程中容易出現(xiàn)信息傳遞錯(cuò)誤。BIM 技術(shù)則有效避免了這一缺陷，通過BIM 信息平臺(tái)的交換， 能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，BIM技術(shù)模型的建立易于理解， 施工過程中可有效控制偏差， 及時(shí)調(diào)整計(jì)劃， 保證施工過程按照計(jì)劃順利進(jìn)行。 另外，BIM 技術(shù)可將裝配式所用構(gòu)件的尺寸、規(guī)格類型等信息儲(chǔ)存在BIM 設(shè)備上， 及時(shí)傳遞施工中的信息，優(yōu)化整合資源，實(shí)現(xiàn)集約化生產(chǎn)和信息化管理，避免了構(gòu)件生產(chǎn)過程環(huán)境影響，現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地局限性而造成過多運(yùn)輸和堆放。

通過BIM模型設(shè)定破損拆除部位， 將拆除的廢舊構(gòu)件和混凝土再處理，生產(chǎn)出再生混凝土，加工預(yù)制件，實(shí)現(xiàn)綠色建材施工，解決了常年維修、年年拆除、年年報(bào)廢的局面，減少了噪聲、廢物廢水排放等污染建筑垃圾和污染物排放， 相對(duì)傳統(tǒng)施工而言，更加綠色環(huán)保，質(zhì)量有保證，后期維護(hù)成本低。

裝配式構(gòu)件的規(guī)?；s式生產(chǎn)，采取機(jī)械化、智能化安裝， 降低了整個(gè)施工維護(hù)設(shè)施生命周期內(nèi)的碳排放。 隨著“碳中和”與“碳達(dá)峰”發(fā)展目標(biāo)的提出，裝配式綠色環(huán)保施工的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯。

6 結(jié)語(yǔ)

混凝土預(yù)制構(gòu)件在南水北調(diào)中線渠道維護(hù)中得到廣泛應(yīng)用，這不僅是單方面的外觀控制，更是項(xiàng)目對(duì)進(jìn)場(chǎng)原材料、試驗(yàn)技術(shù)、施工工藝等方面的管理，體現(xiàn)了工程的整體質(zhì)量水平。 混凝土預(yù)制構(gòu)件的推廣對(duì)于南水北調(diào)中線干線工程維護(hù)具有重要意義，對(duì)于其他工程維護(hù)也具有一定借鑒作用。