劉得心

(中國葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司)

水利工程施工全過程信息化管理是一種綜合運用信息技術(shù)手段對水利工程從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運營全過程進(jìn)行科學(xué)管理的方法，旨在提高水利工程的效率、降低成本、提升質(zhì)量，并在項目的全生命周期內(nèi)實現(xiàn)全面的信息化應(yīng)用。全過程信息化管理，可以控制項目按時、按質(zhì)、按量完成，同時減少資源浪費和環(huán)境影響，確保信息化管理的系統(tǒng)性和全面性。全過程信息化管理引入物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，促進(jìn)水利工程施工領(lǐng)域的科技創(chuàng)新，為整個行業(yè)的進(jìn)步帶來了新的動力，推動水利工程向更為環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。

1.水利工程施工全過程信息化管理的運行邏輯

1.1 需求分析——信息規(guī)劃——數(shù)據(jù)采集

需求分析為信息規(guī)劃提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，信息規(guī)劃指導(dǎo)了數(shù)據(jù)采集的具體實施，優(yōu)化了水利工程施工過程，形成一個閉環(huán)的管理體系。需求分析是通過與業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工方等進(jìn)行溝通，識別可能出現(xiàn)的問題和挑戰(zhàn)，例如進(jìn)度控制、資源分配、質(zhì)量控制、安全管理等?；谡{(diào)研和問題識別，明確信息化管理系統(tǒng)的功能需求、性能需求、用戶需求等，確保系統(tǒng)滿足項目實際需求。信息規(guī)劃是在需求分析的基礎(chǔ)上，制定信息化管理的總體目標(biāo)，明確系統(tǒng)的范圍、期望達(dá)到的效果，確保與項目整體目標(biāo)一致。模塊設(shè)計是將需求分析中得到的各項功能需求分解為具體的信息模塊，例如施工計劃管理、人員管理、質(zhì)量控制、安全管理等。設(shè)計信息流程和數(shù)據(jù)流程，明確各個模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞和信息交流，形成一個協(xié)同的管理體系。數(shù)據(jù)采集根據(jù)信息規(guī)劃中的數(shù)據(jù)需求，實際部署傳感器和監(jiān)測設(shè)備；利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，確保設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸和共享，保障數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性；運用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)獲取地理信息和施工現(xiàn)場的圖像數(shù)據(jù)，增加數(shù)據(jù)的多樣性和詳實性。整個流程保證了水利工程施工全過程信息化管理系統(tǒng)能夠有針對性地解決實際問題，提高工程管理的效率和水平。

1.2 模型設(shè)計——系統(tǒng)建設(shè)——網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

模型設(shè)計為系統(tǒng)建設(shè)提供了藍(lán)圖，系統(tǒng)建設(shè)將設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際可運行的信息系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃則為信息系統(tǒng)提供了必要的通信基礎(chǔ)。模型設(shè)計是在信息規(guī)劃的基礎(chǔ)上，設(shè)計符合水利工程施工特點的信息模型，明確數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和信息流程。模型設(shè)計基于需求分析和信息規(guī)劃，確定數(shù)據(jù)模型，包括各個信息模塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系，并確保不同模塊間信息的一致性，制定信息標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范數(shù)據(jù)的輸入、輸出和存儲格式。模型設(shè)計還需要考慮拓展性，設(shè)計具有良好拓展性的模型，以適應(yīng)未來可能的需求變化和系統(tǒng)升級。系統(tǒng)建設(shè)是在模型設(shè)計的基礎(chǔ)上，進(jìn)行信息系統(tǒng)的具體建設(shè)，包括硬件設(shè)備、軟件開發(fā)和數(shù)據(jù)庫搭建等。系統(tǒng)建設(shè)根據(jù)模型設(shè)計選擇適用于水利工程施工的信息技術(shù)如數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、前端開發(fā)框架，進(jìn)行軟件開發(fā)，設(shè)計用戶界面、實現(xiàn)各個模塊的功能，建立符合數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫，確保數(shù)據(jù)的安全性、一致性和可靠性。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃為信息系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的網(wǎng)絡(luò)支持，確保信息在各個模塊之間流暢傳遞。

1.3 實時監(jiān)測——進(jìn)度追蹤——質(zhì)量控制

實時監(jiān)測為進(jìn)度追蹤提供數(shù)據(jù)，支持質(zhì)量分析預(yù)測。實時監(jiān)測、進(jìn)度追蹤、質(zhì)量控制，共同構(gòu)成了一個信息流暢、協(xié)同高效的施工管理體系。實時監(jiān)測需要在施工現(xiàn)場部署溫度傳感器、濕度傳感器、振動監(jiān)測設(shè)備，用于實時采集各種關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、振動、地質(zhì)信息等，確保傳感器和監(jiān)測設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸和共享，施工現(xiàn)場的數(shù)據(jù)能夠及時、準(zhǔn)確地反映在信息系統(tǒng)中。進(jìn)度追蹤利用信息系統(tǒng)中的施工計劃管理模塊，實時更新施工進(jìn)度、任務(wù)完成情況等信息。進(jìn)度追蹤需要以信息化的方式進(jìn)行管理，確保施工計劃的詳細(xì)性和可操作性；利用信息化系統(tǒng)進(jìn)行通信協(xié)同，實時更新施工進(jìn)度，將實際進(jìn)度與計劃進(jìn)行比對。質(zhì)量控制需要建立質(zhì)量管理系統(tǒng)，確保施工過程中各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量得到有效控制；利用傳感器和監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測施工現(xiàn)場的質(zhì)量參數(shù)，如混凝土強度、土壤穩(wěn)定性等；根據(jù)實時監(jiān)測的質(zhì)量數(shù)據(jù)生成質(zhì)量報告，確保施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)；引入BIM 技術(shù)，進(jìn)行施工全過程的數(shù)字化建模，可視化地展示工程質(zhì)量，并進(jìn)行實時的質(zhì)量分析和預(yù)測

1.4 數(shù)據(jù)分析——信息共享——系統(tǒng)優(yōu)化

數(shù)據(jù)分析驅(qū)動信息共享，推動信息協(xié)同工作，系統(tǒng)優(yōu)化提升數(shù)據(jù)分析算法。數(shù)據(jù)分析是收集實時監(jiān)測、進(jìn)度追蹤和質(zhì)量控制階段獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理和清理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性；使用數(shù)據(jù)分析工具，如統(tǒng)計分析軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，對施工數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，挖掘潛在的關(guān)聯(lián)、趨勢和異常。信息共享是在水利工程信息化管理系統(tǒng)中建立信息共享平臺，確保各個利益相關(guān)方可以方便地訪問和共享項目相關(guān)信息；實時更新施工進(jìn)度、質(zhì)量數(shù)據(jù)等，通過系統(tǒng)實現(xiàn)項目管理團(tuán)隊之間的實時通信與協(xié)同，確保信息傳遞的及時性和準(zhǔn)確性；利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀的圖表和報表，便于各方理解和利用，促進(jìn)信息的共享和傳遞；有針對性地調(diào)整信息系統(tǒng)的設(shè)計和功能，提高決策的質(zhì)量。系統(tǒng)優(yōu)化是將數(shù)據(jù)分析的結(jié)果反饋至信息規(guī)劃階段，用于優(yōu)化信息系統(tǒng)的設(shè)計和功能，確保系統(tǒng)更好地滿足項目的實際需求；基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，進(jìn)行信息化管理系統(tǒng)的持續(xù)改進(jìn)，包括優(yōu)化工作流程、更新系統(tǒng)功能、增加新的模塊等，以適應(yīng)項目發(fā)展和變化。

2.水利工程施工全過程信息化管理的實踐路徑

2.1 自動化質(zhì)量檢測

自動化質(zhì)量檢測需要對問題定義，進(jìn)行與業(yè)主、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工方等相關(guān)方的溝通，了解各方對水利工程質(zhì)量的要求和期望。通過與利益相關(guān)方的溝通和實地考察，識別可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，例如混凝土強度、土壤穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)安全等。在需求分析的基礎(chǔ)上，制定自動化質(zhì)量檢測系統(tǒng)的總體目標(biāo)，明確希望通過自動化實現(xiàn)哪些質(zhì)量方面的檢測和控制，將總體目標(biāo)分解為具體的質(zhì)量檢測模塊，如混凝土質(zhì)量檢測、土壤穩(wěn)定性監(jiān)測、結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測等。針對各個質(zhì)量檢測模塊，選擇合適的傳感器和監(jiān)測設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立傳感器和監(jiān)測設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)的實時傳輸和共享。利用數(shù)據(jù)分析工具和算法，建立質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)的分析模型，識別異常和趨勢。基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，建立自動化的預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)對潛在質(zhì)量問題的實時監(jiān)測和警報。建立信息共享平臺，確保各方能夠方便地訪問和共享自動化質(zhì)量檢測的結(jié)果。設(shè)計報告生成模塊，將質(zhì)量檢測的結(jié)果以圖表、報表等形式呈現(xiàn)，方便項目管理團(tuán)隊和相關(guān)方理解和利用。

2.2 大規(guī)模數(shù)據(jù)分析

多源數(shù)據(jù)采集需要從各個施工現(xiàn)場的傳感器、監(jiān)測設(shè)備、實時監(jiān)測系統(tǒng)等獲取大量的施工數(shù)據(jù)，包括環(huán)境數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、質(zhì)量指標(biāo)等，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和整理，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性，并將不同來源的數(shù)據(jù)整合成統(tǒng)一的格式。建立一個結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)倉庫，存儲已清洗整理的數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行高效的查詢和分析，針對未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)湖，存儲原始數(shù)據(jù)，以支持更靈活的大規(guī)模分析和挖掘。建立適用于水利工程施工的大規(guī)模數(shù)據(jù)分析模型，包括機(jī)器學(xué)習(xí)模型、統(tǒng)計模型等，可以發(fā)現(xiàn)潛在的關(guān)聯(lián)、趨勢和異常；根據(jù)分析任務(wù)的性質(zhì)選擇合適的數(shù)據(jù)分析工具和技術(shù)，結(jié)合實時和批處理技術(shù)，確保能夠在需要時對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和處理；針對已設(shè)計的大規(guī)模數(shù)據(jù)分析模型，執(zhí)行分析任務(wù)，探索數(shù)據(jù)中的模式、趨勢、異常等信息；利用并行計算的技術(shù)，提高數(shù)據(jù)分析的效率，加速處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的過程；使用數(shù)據(jù)可視化工具，將分析結(jié)果以圖表、報表等形式直觀地呈現(xiàn)，幫助決策者更好地理解和應(yīng)用分析結(jié)果。

2.3 自適應(yīng)調(diào)度優(yōu)化

自適應(yīng)調(diào)度優(yōu)化涉及到對施工過程中的資源、人員、設(shè)備等進(jìn)行智能調(diào)度和優(yōu)化，以提高整體效率、降低成本、縮短工期。通過智能化技術(shù)和算法，實現(xiàn)對施工進(jìn)度、資源利用和任務(wù)分配等方面的自動調(diào)整和優(yōu)化。開發(fā)自適應(yīng)調(diào)度算法，需要考慮施工資源、工程進(jìn)度、環(huán)境因素等多方面因素，以實現(xiàn)對施工計劃的自動調(diào)整，確保調(diào)度算法能夠在實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上做出迅速、準(zhǔn)確的決策，以應(yīng)對突發(fā)情況和優(yōu)化施工進(jìn)度。資源信息管理是在信息化管理平臺中集成資源信息的采集模塊，包括設(shè)備信息、人員技能、材料庫存等，以利用自適應(yīng)調(diào)度算法對施工資源進(jìn)行優(yōu)化分配。實時調(diào)度執(zhí)行是將自適應(yīng)調(diào)度算法生成的調(diào)度計劃實時傳輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，指導(dǎo)施工人員和設(shè)備的工作。在實施過程中，不斷監(jiān)測施工現(xiàn)場的實際狀況，及時反饋到信息化管理平臺，以驗證調(diào)度計劃的實際執(zhí)行情況。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)智能互聯(lián)

在水利工程施工全過程信息化管理中，物聯(lián)網(wǎng)智能互聯(lián)是一項重要的技術(shù)應(yīng)用，通過將傳感器、無線通信、云計算等技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)采集、傳輸和共享，從而提高水利工程施工的智能化水平。物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)包括平臺選型和平臺集成。平臺選型是選擇適用于水利工程的物聯(lián)網(wǎng)平臺，以支持設(shè)備和傳感器的連接、數(shù)據(jù)的存儲和管理。平臺集成是將各類設(shè)備和傳感器集成到物聯(lián)網(wǎng)平臺，確保它們能夠互相通信和共享數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)采集是采集施工現(xiàn)場各個設(shè)備和傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，包括環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、工藝數(shù)據(jù)等；建立實時監(jiān)控系統(tǒng)，將采集到的數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)，實現(xiàn)對水利工程全過程的實時監(jiān)測。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對施工設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，包括啟停、調(diào)節(jié)參數(shù)等，使項目管理團(tuán)隊能夠通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作水利工程。使用數(shù)據(jù)分析工具和算法，可以對采集到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘潛在關(guān)聯(lián)和趨勢，并利用數(shù)據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行智能調(diào)度和決策，以提高施工效率和質(zhì)量。

2.5 全生命周期管理

全生命周期管理涵蓋了工程項目從規(guī)劃、設(shè)計、施工到運營和維護(hù)的整個周期，旨在最大化項目的效益并確保其長期可持續(xù)發(fā)展。水利工程的全生命周期管理是一項綜合性的實踐，涉及從工程規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維全過程。在項目規(guī)劃和設(shè)計階段，利用信息建模技術(shù)對水利工程進(jìn)行數(shù)字化建模，包括工程結(jié)構(gòu)、土地利用、水文水資源等方面的信息，使用建筑信息模型（BIM）技術(shù)，將設(shè)計和規(guī)劃的信息集成為一個全面的數(shù)字模型，為后續(xù)階段的施工和運維提供基礎(chǔ)。在施工階段，通過信息化管理平臺對工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全等進(jìn)行實時監(jiān)測和管理，部署自動化設(shè)備和機(jī)器人，提高施工效率，同時實時采集施工數(shù)據(jù)。在運維階段，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對工程中的設(shè)備進(jìn)行智能監(jiān)測，實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時遠(yuǎn)程監(jiān)控，基于大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，實施預(yù)防性維護(hù)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障，降低維護(hù)成本。

3.水利工程施工全過程信息化管理的未來圖景

3.1 區(qū)塊鏈廣泛應(yīng)用

區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化和不可篡改的特性使其成為極具安全性的存儲和傳輸數(shù)據(jù)的平臺。在水利工程施工中，項目的各個階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可以通過區(qū)塊鏈進(jìn)行安全存儲，防止數(shù)據(jù)的篡改和不當(dāng)訪問。區(qū)塊鏈技術(shù)可以創(chuàng)建智能合同，自動執(zhí)行合同條款，確保各方按照約定完成工程任務(wù)。通過區(qū)塊鏈記錄支付信息，實現(xiàn)透明度和可追溯性，防范財務(wù)糾紛和不當(dāng)支付行為。區(qū)塊鏈技術(shù)可以對水利工程建設(shè)過程中的物資采購、運輸和使用進(jìn)行溯源，提高供應(yīng)鏈的透明度。通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和區(qū)塊鏈的結(jié)合，實時監(jiān)測材料和設(shè)備的運輸狀態(tài)，減少信息不對稱和延誤。區(qū)塊鏈的去中心化和加密特性，能夠確保工程數(shù)據(jù)的安全性，同時支持授權(quán)方便的共享。區(qū)塊鏈技術(shù)的不可篡改性確保施工數(shù)據(jù)的真實性，增強信息的可信度。區(qū)塊鏈技術(shù)對施工過程中的能源使用和碳排放進(jìn)行溯源，提高工程的綠色可持續(xù)性?；趨^(qū)塊鏈的碳交易平臺可以鼓勵節(jié)能減排措施的實施，并推動碳排放權(quán)交易。將監(jiān)理和質(zhì)檢的記錄通過區(qū)塊鏈進(jìn)行實時存儲，可以確保記錄的真實性和不可篡改性。智能合同和智能監(jiān)測技術(shù)，可以實現(xiàn)對工程合規(guī)性的自動監(jiān)測和報告。

3.2 云計算平臺普及

云計算平臺提供大規(guī)模的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，支持水利工程施工過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)的安全存儲和快速檢索，利用云計算的分布式存儲特性，在不同地理位置設(shè)置數(shù)據(jù)備份，提高數(shù)據(jù)的容災(zāi)能力。云計算平臺提供彈性計算資源，使施工全過程中對實時數(shù)據(jù)的處理和分析能夠根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展或縮減，利用云上的流式計算服務(wù)，實現(xiàn)對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速處理和分析。基于云計算的協(xié)同工作平臺支持團(tuán)隊成員在不同地點實現(xiàn)實時協(xié)作，提高項目管理的靈活性。云計算使得工程管理團(tuán)隊能夠隨時隨地通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程辦公，提高工作效率。自動化部署與更新使用容器化技術(shù)（如Docker）將應(yīng)用程序與其依賴項打包。云計算平臺支持自動化運維工具，使得系統(tǒng)的部署、監(jiān)控和維護(hù)可以更加高效和可靠。虛擬機(jī)技術(shù)在云上創(chuàng)建虛擬資源，可以實現(xiàn)資源的彈性共享和高效利用，通過云計算平臺提供的資源隔離功能，確保不同項目和團(tuán)隊之間的資源相互獨立。云計算平臺上提供的機(jī)器學(xué)習(xí)服務(wù)支持水利工程施工數(shù)據(jù)的分析和智能決策，利用云上的優(yōu)化算法，對施工進(jìn)度、資源分配等進(jìn)行智能優(yōu)化。

3.3 大數(shù)據(jù)決策支持

大數(shù)據(jù)技術(shù)將支持水利工程施工過程中產(chǎn)生的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的快速分析，提供實時的工程狀態(tài)和進(jìn)展，利用大數(shù)據(jù)建立預(yù)測模型，通過歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)測施工進(jìn)度、質(zhì)量和資源需求，為項目管理提供預(yù)警和優(yōu)化建議。大數(shù)據(jù)分析可以深入挖掘施工過程中各種資源的利用情況，幫助優(yōu)化資源分配，提高資源利用效率?；诖髷?shù)據(jù)的實時調(diào)度算法將使得對施工人員、設(shè)備和材料的調(diào)度更加智能和精準(zhǔn)。大數(shù)據(jù)分析對施工質(zhì)量進(jìn)行更全面的分析，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并提供改進(jìn)建議，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對施工風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測和識別，制定相應(yīng)的風(fēng)險應(yīng)對措施。大數(shù)據(jù)分析對施工對環(huán)境的影響進(jìn)行評估，制定可持續(xù)性管理策略。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以支持對施工過程中的碳排放進(jìn)行精確測算和監(jiān)測。大數(shù)據(jù)技術(shù)構(gòu)建決策支持系統(tǒng)，為管理層提供智能化的決策建議。大數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過可視化方式展示，幫助決策者更直觀地理解數(shù)據(jù)，做出更明智的決策。大數(shù)據(jù)決策支持能夠?qū)⒉煌块T和團(tuán)隊的數(shù)據(jù)整合在一起，實現(xiàn)全方位的協(xié)同工作。