关于水利水电工程施工智慧化管理系统功能的探讨

陈 平，冯 笑

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司， 浙江 杭州 311122）

1 问题的提出

随着互联网技术的日益成熟，移动技术的融合发展以及创新理念的广泛普及，知识社会环境下的智慧化建设是继数字化建设之后信息化建设发展的高级形态。工程施工智慧化管理是工程建设领域智慧化建设的一个重要部分，施工智慧化管理，是应用最新的大数据、云计算和物联网技术，对施工现场“人、料、机、法、环境”等资源进行集中管理，以可控化、数据化以及可视化的智能管理系统对项目管理进行全方位立体化的实施监管。水利水电工程施工具有周期长、技术条件复杂、规模大等特点，在施工智慧化管理过程中，具有独特的功能需求，智慧化管理系统功能的完善，是水利水电工程施工智慧化建设的基础和重要保障。

2 水利水电工程施工特点

2.1 施工作业面比较分散

水利水电工程涉及到建筑物较多，包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑物和输水建筑物等[1]，施工范围广，作业面多，较为分散，而且各作业面之间相距较远，很多工程涉及跨流域调水或长距离引水，不同作业面之间相距长达几十公里，甚至几百公里，施工管理空间跨度大。

2.2 地下工程多

由于水利水电工程不同建筑物功能的需要，同时受地质条件因素影响，施工过程中，涉及的地下工程相对较多，比如地下厂房、引水隧洞、调压井和调压室等，施工环境复杂，不确定因素较多。

2.3 边坡支护多

水利水电工程一般都位于高山河谷地带，建设过程中对山体进行大面积开挖，导致边坡支护工程较多，比如溢洪道边坡、坝肩边坡、厂房边坡和隧洞进出口边坡等，边坡高度往往较高，几十米到几百米不等，边坡安全监测难度大，高边坡的稳定已成为我国水利水电工程中一个比较严峻的问题[2]。

2.4 施工机械多

随着机械化程度的提高，水利水电工程建设对一般通用的土石方机械、混凝土施工机械、清淤机械设备的需求明显增加，如：挖掘机、装载机、推土机、铲运机、混凝土搅拌站等[3]，少则几十台，多则几百台。由于施工作业范围大，机械设备较为分散，机械设备管理和调度难度大。

2.5 防洪度汛压力大

水利水电工程施工周期较长，建设地点一般位于高山河谷地带，多为涉水建筑物，尤其是挡水建筑物施工，涉及汛期施工问题[4]，同时为便于施工和管理，施工营地通常在主体工程附近进行建设，施工区和营地属于人员高度集中区域，受降雨影响较大，防洪度汛安全属于工程安全生产管理的重点对象。

2.6 挡水建筑物施工强度大

水利水电工程挡水建筑物填筑量较大，一般通过安全度汛目标来确定工程的关键节点或者形象进度，为满足度汛目标要求，挡水建筑物施工强度往往较大，如龙滩水电工程碾压混凝土坝单仓单日填筑量达1万多m3，瀑布沟大坝堆石料日填筑量达10万多m3，施工管理人员投入多，施工质量控制难度大。

3 施工智慧化管理系统功能

3.1 综合管理系统

由于水利水电工程建设周期较长，施工过程中涉及大量图纸、验收文件和影像资料，综合管理系统功能可以对施工过程中的各类文件进行集中存储和归档，防止遗失，同时作为工程的对外窗口，发布项目的进展情况和相关资讯，让参建各方和相关单位了解项目的最新动态，扩大项目的社会影响力。

3.2 视频监控系统

针对水利水电工程作业面比较分散，施工管理空间跨度大特点，视频监控系统可以将各作业面的施工现场画面快速传输到视频监控中心，参建单位可通过互联网访问视频监控中心，了解各作业面的施工情况。工程实际施工过程中，可根据工作面的分布情况，设置视频监控分中心，对各工作面数据进行集中存储或者分散存储，防止数据遗失。图1为典型项目视频监控系统网络结构图。

图1 典型项目视频监控系统网络结构图

3.3 人员定位系统

针对水利水电工程地下工程较多的特点，人员定位系统可对地下作业人员位置进行准确定位，位置偏差可以控制在1 m以内，一旦发生安全事故，可以第一时间准确地确定人员位置，对被困人员实施救援，同时可对出入洞口的工作人员进行统计，实现工作人员考勤记录，建立人员出入隧洞的各种信息报表（如进出洞时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等）。图2为典型项目人员定位系统原理图。

图2 典型项目人员定位系统原理图

3.4 车辆定位系统

针对水利水电工程车辆多，管理难度大的特点，车辆定位系统可以准确定位车辆在施工场地范围内的位置，并对车辆行走轨迹进行记录。管理人员可通过车辆定位系统了解每辆施工机械的工作状态和去向，合理调配资源，提高机械设备利用率，同时对发生故障的机械设备进行及时抢修，缩短维修时间，提高工作效率。

3.5 气体检测系统

针对地下工程施工环境复杂，不确定因素较多等特点，气体检测系统可以对洞内粉尘、氧气浓度、有害气体浓度（一氧化碳、硫化氢、氮气、氨气、甲烷等）和风速等参数进行动态监测，确保洞内各种气体浓度满足规范要求，同时气体监测系统可与通风设备进行联动控制，通风设备可根据洞内气体监测指标自动进行启停，确保洞内作业人员在安全作业环境下工作，减少安全事故的发生。

3.6 水位监测报警系统

针对水利水电工程防洪度汛压力大的特点，水位报警监测报警系统可以动态记录施工范围内不同区域的水位，并根据设置不同的警戒值，将水位信息发送给管理人员，管理人员可以根据实时信息，提前启动应急预案，做好机械设备和人员撤离工作，同时对相应部位采取加固封堵措施，确保工程安全度汛。

3.7 安全监测系统

针对边坡支护工程多，变形监测难度大的特点，安全监测系统可以对边坡的相关参数进行动态监测，主要包括地下水位、水平位移、倾斜度等。安全监测是高陡边坡工程设计、施工和运行管理的重要工作之一，是掌握边坡动态、确保边坡安全、分析边坡失稳机制和开展边坡稳定预警、预报的重要手段[5]，如果相关参数超过警戒值，系统就会发出警报，并将信息发送给管理人员，现场技术人员可以对相关参数进行综合分析，提前制定有效的处理方案，确保边坡稳定安全，减少安全事故的发生。

3.8 大坝碾压质量监控系统

针对挡水建筑施工人员投入多，施工质量控制难度大的特点，大坝碾压质量监控系统采用北斗和GPS技术作为主要定位手段，差分定位作为辅作精准校验，实时计算获取碾压车精准的定位方法，通过传感器获取车辆运行状态（无振动、低频高振、高频低振动、行车速度、行车轨迹），同时对碾压施工车辆进行过程指引，如果车辆运行状态出现异常，系统会实时预警和报警，并可以对碾压过程进行回溯，大大减少旁站人员和巡查人员的投入，确保大坝碾压过程施工质量受控。图3为典型大坝碾压质量监控系统原理图。

3.9 移动平台系统

移动平台系统是施工智慧化管理系统的移动端操作平台，通过移动平台系统，管理人员可实时查看各管理系统的内容，并接收相关预警信息，该系统可进一步解决因为施工作业面分散，管理跨度大的问题，管理人员可以随时随地掌握项目信息，进行移动办公，提高管理效率。

4 工程应用实例

松阳县黄南水库工程位于浙江省松阳县境内，工程以供水、灌溉、防洪为主，结合改善水生态环境兼顾发电等综合利用，水库总库容9 196万m3。工程主要枢纽建筑物包括大坝、溢洪道、黄南电站发电引水建筑物、黄南电站发电厂厂房和升压站、输水建筑物、上东坞电站发电厂厂房和升压站等，其中拦河坝采用混凝土面板堆石坝，最大坝高97.00 m；输水建筑物有进水口、输水隧洞、调压井及压力管道等组成，水平投影长度10.50 km，输水隧洞断面为圆形，衬砌后洞径2.80 m。

项目施工过程中成功应用了工程智慧施工一体化管理系统，系统典型界面见图4。松阳县黄南水库工程施工特点包括施工周期较长、施工区多、工作面分散、大坝主体填筑量大和输水隧洞较长等。结合项目施工特点，智慧化施工管理系统主要包括综合管理系统、视频监控系统、大坝填筑系统、人员定位系统、人员考勤系统、气体监测系统和移动平台系统等。

图4 松阳县黄南水库工程智慧施工管理系统界面图

5 结 语

智慧化建设需要根据不同行业的特点有针对性地开展，水利水电工程施工与其他行业施工相比，具有施工作业面分散、地下工程多、边坡支护多、施工机械多、防洪度汛压力大、挡水建筑物施工强度大等特点，水利水电施工智慧化管理系统的功能在实际系统开发和应用过程中，可以根据项目的需要进行增减，从而达到施工智慧化管理的目的。如何将不同智慧化管理系统进行相互融合和高度集成，以及做好与各政府监管平台的相互衔接，是水利水电施工智慧化管理系统研究的重要内容。