基于DIM为核心的智能大坝系统平台的认知与应用

胡世英， 王根元

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司， 四川 成都 610072；2.江苏省水利建设工程有限公司， 江苏 扬州 225002)

0 前 言

当今世界范围内的工业化特点是数字化、智能化、网络化及现代化，在工业社会向信息社会转变的过程中，产业结构、经济体系、组织体系、思维观念都将发生重大的变化。这种趋势也极大地影响了基础建设行业的生产方式与组织方式。发展适应于基建行业特色的、全面的工程建设管理信息平台，不仅是行业发展的大势所趋，也是建设“资源节约型、环境友好型”社会的使命所在。智能大坝信息管理系统正是为了满足上述的行业发展需要而开发研制的，其目标在于为大型基建工程的业主及EPC总承包商提供覆盖工程各建设阶段、集成的工程管理平台，具有广阔的市场前景。

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是金沙江下游梯级开发的第二级水电站，是继长江三峡和溪洛渡之后的第三座千万千瓦级巨型水电工程，水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝下设水垫塘和二道坝。坝顶高程834.00 m，拱坝最大坝高289 m，顶拱中心线弧长708.7 m，建成后将成为世界上第三高300 m级拱坝。

白鹤滩智能大坝系统是以三维数字化平台为核心，全面继承管理勘测设计成果、集成智能化生产控制系统与专业化服务子系统，将运用先进的科学技术，把大坝建设和运行过程通过标准化、数字化、信息化、自动化、可视化系统集成最终形成智能化，最终建成智能型大坝。

白鹤滩智能大坝的建设，将促进中国建筑行业信息化建设管理的跨越式发展。以DIM技术为核心的设计、建造管理模式，以及以物联网技术为核心的生产过程综合数据采集技术将得到长足的发展，必将引领中国大中型水电建设项目施工智能管理技术的发展方向，开创大中型水电建设项目施工智能管理技术全面发展的局面。同时，通过本工程智能大坝建设，将为大中型水电建设项目“智能工程”建设技术提供一套较为完整的软硬件方案，管理方案、实施方案以及相应的规则、制度，将使我国大中型水电工程项目的建设、施工、运营、管理水平整体得到大幅度提升。

1 系统管理目标与内容

1.1 智能大坝信息系统目标

(1)建立以DIM为核心的智能化管理平台。结合最新的BIM应用模式与工业4.0的理念与特点，在iDam平台(大坝智能化建设平台)的基础上，完善工程信息模型管理，完善施工过程的智能化管理手段与方法，最终实现设计、施工过程的智能化管理，形成智能工程。

(2)实现科研数据的在线获取和科研成果的及时发布。提升平台的开放性，初步实现“统一DIM平台+开放接口+面向业务”的应用三层架构模式，进一步加强设计、科研、生产一体化的建设模式，实现开放式闭环控制与管理。

(3)实现三维设计成果的继承与应用。实现设计成果的继承与应用，更好地服务于数字化施工管理过程。

(4)实现以进度仿真为核心的大坝工程综合进度管控。以大坝进度仿真为突破口，加强综合进度控制与协调，建立整体与单项工程的计划与进度管控体系，实现彼此协调联动。

(5)建立数字化工程综合质量控制体系与平台。以工程质量标准化表格为基础，应用基于智能终端的移动数据采集技术，有效集成施工过程记录、监测、测量、试验、验收等成果，输出各种质量成果表格，促进精细化、标准化施工过程质量控制。

(6)研发应用智能化施工生产设备。开展关键施工环节的动态反馈与智能控制体系的研发和应用，实现智能化施工，包括混凝土调度、智能通水、智能灌浆、缆机自动定位等。

(7)实现与工程信息管理平台的集成。建立与BHTPMS等系统的接口，实现信息共享，在对施工过程的质量、进度、安全进行综合管理与控制的基础上，为对合同结算、工程量统计与分析、工程投资的过程精细化管控提供依据。

1.2 智能大坝信息系统内容

(1)建立具有信息采集及存储分析、施工过程监控、大坝建设及工作状态数字化和可视化等功能的智能大坝信息管理系统。

(2)研发并运用大坝浇筑一条龙智能监控、智能平仓振捣、数字测温、光纤测温、智能通水、智能灌浆等系列智能施工技术。

(3)建立5D BIM，开展大坝施工进度在线仿真分析，实时掌控大坝施工进度，优化施工资源配置。

(4)开展大坝进度仿真分析，实时在线模拟实体大坝建设全过程，从而实现对拱坝施工和运行期全过程真实工作性态反馈与控制。

创新建立风纪监督工作体系。2018年上半年，湖南电信整合监督资源，扩大监督范围，丰富监督手段，提升监督效能，建立了集中统一、权威高效的“大监督”格局。目前，在省公司党委的统一领导下，省公司、14个本地网、13个直属单位、省通服公司成立了风纪监督委员会及领导小组、工作小组，制订下发管理办法、2018年度工作计划，将实现“两个统筹”（统筹作风建设工作和统筹干部员工的行政问责工作）和“两个全覆盖”（对干部员工队伍教育监督全覆盖和对执行党纪法规及企业规章的监督全覆盖）目标。

(5)开发人员与设备安全管理系统，提高安全管理水平。

(6)运用软硬件等新技术，开发安全监测、测量、试验等管理系统。

2 系统建设整体架构及应用

智能大坝建设整体架构包括基础网络建设和智能化业务功能模块建设。基础网络建设由发包人建设覆盖全工区的无线网络(Wi-Fi系统)，为智能化业务功能模块提供必要的信息传递通道；智能化业务模块分为大坝施工过程管理、智能生产控制、科研与仿真分析、设计成果继承管理、专业化子系统管理。总体业务功能模块如图1所示。

图1 智能大坝建设总体业务功能模块架构

2.1 系统功能

(1)白鹤滩大坝信息管理系统是白鹤滩智能大坝建设的基础平台，建立基础开挖、固结灌浆、混凝土浇筑与温控、接缝灌浆、帷幕灌浆、金属结构与机电安装等专业的全过程数字化管理，实现施工全过程、全方位的数字化管理与集成管控。

(2)建立大坝全景信息模型(DIM)，支持勘测设计成果(含二维图纸、三维设计成果及相关资料)的集成管理与查询，建立科研仿真与服务平台，支持进度仿真、结构仿真等科研专题的管理与科研成果的发布。

(3)提供开放式的接口，支持大坝浇筑一条龙智能监控、智能平仓振捣、数字测温、光纤测温、智能通水、智能灌浆等数字化施工设备与系统的数据同步、集成与共享。

(4)系统与白鹤滩工程各专业子系统对接，实现安全监测、质量管理、人员定位与安全管理、试验监测等专业化系统的数据同步、集成与共享。

2.2 技术参数及要求

采用C/S架构，客户端基于MS.Net4.5(64位)开发，应配置与之匹配的电脑及必要的附属设施。计算机最低配置为：四核i7系列CPU主频、内存8 G、硬盘1 T，独立显卡。电脑数量应能满足使用要求，承包人在现场应配备足够数量的电脑，专门用于现场施工过程数据录入及现场其他应用，管理人员电脑应能安装相应客户端进行日常管理及查询。现场APP盯仓与质检记录采用手持式安卓数据采集终端，要求适合户外数据采集环境，内存2G及以上，屏幕为5.5寸及以上户外可见屏，摄像头800万像素及以上，支持NFC及蓝牙4.0，并具备4G及以上、Wi-Fi无线网络传输功能，使采集数据能及时同步到系统服务器中，连续工作时间不少于8 h。客户端操作人员应熟练使用Windows系统，常用办公软件等。

2.3 智能大坝管理模式

白鹤滩智能大坝信息系统由发包人统一建设与管理，施工单位积极参与系统建设、全面配合组织应用即将投入运行的模块和系统的深入研发。投入运行的模块及功能包括：开挖与支护、固结灌浆、混凝土浇筑及温控(含接缝灌浆)、帷幕灌浆、金属结构与机电设备安装等施工过程管理，以及相关的试验、测量、安全监测等专业管理，拌和楼运行监控等。智能大坝建设信息管理流程详见图2。

图2 智能大坝建设信息管理流程

2.4 系统操作应用与升级

(1)配合建立各子系统的编码规则与应用流程规范；各子系统投运后，按照其工作内容及技术要求开展应用。

(2)完成施工信息的录入和管理，对数据的全面性和准确性负责。包括施工质量检验资料，施工质量评定记录、函件、报表及其他文件等所有反应本标段范围内的施工信息的资料。

(3)配合系统开发人组织系统客户端软件的安装、升级、维护；协助系统用户信息的收集与更新维护，用户培训与应用指导；进行信息管理系统及设备的日常维护，保证内部计算机网络及通讯设备的正常运行。

(4)参加白鹤滩智能大坝信息管理系统使用培训和系统安全培训，建立完善的管理制度，规范系统应用、相关奖罚、考核机制。

(5)配合发包人进行系统的改进或扩展。

2.5 系统应用及实施成效

2.5.1 综合应用管理

设置系统运维专员，由具备计算机专业背景，良好沟通协调能力的全职人员担任，负责建立与维护施工局内部的网络与计算机设备及办公环境；配合系统开发人组织系统客户端软件的安装、升级、维护；协助系统用户信息的收集与更新维护，用户培训与应用指导；配合监控系统及其他专用监测系统的安装；提供现场的设备供电，协助设备与网络环境的日常维护；负责发包人提供的专用设备或系统相关设备的管理与维护。

2.5.2 实施方案成效

(1)项目安全得到保证。智能大坝的建设有助于白鹤滩水电站工程的管理者与建设者及时监控现场的生产情况和对生产工艺数据进行有效分析，达到及时反馈调整控制的现场管理目的。智能大坝利用量测仪器和设备，进行数据采集和处理达到现代化、信息化，建立仿真模型，进行集成创新，使整个工程的进展和质量完全可控。施工、监测数据智能采集进入数据库，施工管理和运行控制实时智能化，大大减少了在大坝结构建设运行过程中的人为干预因素，实现大坝设计阶段至施工阶段的数据收集、继承，为后期大坝运行阶段提供必要数据支持。

(2)工程进度更加顺利。智能大坝的建设涵盖了从混凝土工程进度、施工资源配置、混凝土生产、混凝土运输、仓面设计与准备、混凝土浇筑、温度控制、混凝土原型观测在内的混凝土施工的全过程管理，以及地质基础灌浆的设计、施工工序过程、施工成果整理与统计分析等全过程管理，集成了施工进度优化仿真、施工机械运行效率分析等多种计算与分析方法，为优化大体积混凝土与灌浆施工流程、控制施工过程的进度与质量提供了一种有效的生产管理工具。

(3)工程运行、管护更加便捷。将实现工程施工过程数据、资料的完整展现和海量存储，最终以“数字大坝”的形态呈现。工程完建之日，就是“数字大坝”生成之时，此时，工程的任一过程或环节均可完整展示或查阅，将为工程运行带来极大便利。当工程运行至需要检(维)修时，亦可通过“数字大坝”系统实现精确定位，准确查找，快速地查证“病因”，做到有的放矢，对症下药，使工程检(维)修工作变得有效、快捷，为工程运行单位节约大量时间及成本。

3 结 论

智能大坝建设技术的应用，将大大缩短管理链条，提高管理效率。通过智能大坝建设，能够实时对施工过程中的数据进行总结、分析，通过数据的总结、分析，实时发现施工管理过程中存在的问题和不足并提出预警。参建各方根据系统预警信息，快速进行纠正、调整、闭合，使工程施工过程始终处于正常可控状态，最终确保工程建设总体目标的实现。

智能大坝建设采用全过程、全方位、全时空的智能化管理与监控，要求工程施工、管理过程的所有环节和每一个细节都要做到精准、细致、标准，施工承包商必须对以往工程施工管理技术和经验进行适应性调整，进一步注重细节管控，方能满足智能大坝建设的需求。