现阶段对水利工程信息化发展的思考

刘志明，刘 辉

(水利部水利水电规划设计总院，北京 100120)

水是生命之源、生产之要、生态之需，水与国民经济发展和人民的健康稳定生活息息相关。作为世界上人口最多的国家，我国国土面积辽阔，但是由于地形复杂多样，历史上水患严重，为兴水之利，除水之害，我国修建了诸多水利工程，特别是新中国成立后，党领导人民开展了波澜壮阔的江河治理和跨流域跨区域水资源调配，三峡工程、南水北调工程等一批重要水利基础设施，为了国家防洪安全、供水安全、粮食安全和生态安全提供了强有力的保障。这些水利工程由于建设年代不同，在建设和运行过程中自动化和信息化标准不同，水平不同。今后，如何全面水利工程智能化水平，追赶其他信息化领先的基础设施行业，是水利工程信息化可持续发展需要思考的问题。

1 水利工程信息化发展现状分析

1.1 信息化技术在水利工程设计阶段的应用现状

近年来，为落实创新发展、可持续发展的新发展理念，水利部水利水电规划设计总院在水利工程前期工作重视信息化的落实，明确要求在水利工程可行性研究报告中专门编制信息化的篇章，在初步设计报告中编制信息化专题报告，明确了信息化在水利工程设计中的地位，工程信息化已经成为重大水利工程设计的重要内容，很多设计单位成立工程数字中心，专业人才的引入，不但能满足设计阶段BIM设计的需求，通过“云大物移智”与水利工程的结合，“智慧工地”“建设管理”“工程数字资源池”“调度系统”等工程信息化设计水平不断提高，使得设计单位逐步具备了工程信息化和数字化的设计、咨询、实施能力。

一方面，设计单位在工程规划、可行性研究、初步设计、施工图设计全面引进数字化设计平台，运用工程信息模型、地理信息系统、仿真分析等技术，在工程设计阶段大大降低工程建设和运行的不确定性。流程化、在线化的设计协同，大大提高了设计质量和效率，纸质图纸的减少，甚至部分取消蓝图，将设计变得更加绿色节能。但是，设计流程再造、信息化技术行业化本地化消化吸收等方面还面临诸多难题，还面临融合困难的问题，甚至还出现“两张皮”的现象。实际上，由于水利工程信息化还处于起步阶段，因此相关技术的应用并不是十分的成熟，在部分领域作用与价值难以有效的发挥。

另一方面，水利工程的特点是建设周期长，少则四、五年，多则十数年，运行更是百年工程，而信息技术发展迅速，更新换代快，导致信息化设计不能适应水利工程的长周期特点。即使在设计中使用了比较超前的技术，到了运行阶段已经由于理念更新、技术更新而落后。

再有水利设计单位的信息化设计人员，要么是计算机专业的人员，要么是通信、自动化等其他专业转行而来，而水利工程信息化设计涉及网络安全、系统架构、专业应用、基础支撑等多专业、多领域，由于目前专业能力不足，知识单一，缺少经验，设计还往往与工程实际脱离，出现信息化设计人员自说自话，工程其他专业不理解的情况。

1.2 信息化技术在水利工程施工阶段的应用现状

不同于建筑、市政、铁路等行业对人员定位、特种机械监控、物料跟踪、环境监测等“智慧工地”应用外，近年来，以无人碾压、智能温控为代表的水利智慧工地应用取得突破，基于“云大物移智”“BIM+GIS”等信息技术的建设管理和施工技术开始应用，建设管理水平持续提高。需要注意的是，当前水利工程建设管理和施工中，信息化技术的应用虽然越来越频繁，但是这些技术的应用需要高素质的技术专业人才作为支撑，同时相关单位还需要投入大量的资金，配备专业化的技术设备，这样才能有效的发挥相关技术在水利工程施工建设中的积极作用。大量中小型工程还是粗放型的施工，信息化技术的应用也处于比较低端的水平。

1.3 信息化在水利工程管理阶段的应用

水利工程施工建设完毕之后，后期水利工程运维管理也至关重要，如果后期管理不当，可能会导致工程的寿命缩短，反之，则可以有效的延长工程使用寿命。在调度运行方面，基于大数据、云计算、物联网、BIM技术、数字加密技术的工程数据资源中心、智能视频监控、BIM+GIS工程可视化系统、自动化控制系统，为工程远程控制、无人值班少人值守提供了技术支撑，一批水利工程实现远程调度，新一代信息技术在水利工程调度运行中发挥重要作用。同时，在运行管理期间能不能及时发现问题，出现问题能不能及时预警，在第一时间采取措施进行修复是需要十分关注的问题。大量已建水利工程的工程运行管理信息化存在有滞后性的特点，由于缺少多维度、全要素、大范围、自动化的信息采集手段，往往是在问题发生之后，才采取措施进行修复和解决的，信息化没有全面地贯彻到水利工程运行管理之中。近年来，水利部积极推进BIM技术在水利工程全生命期运用和加快建立水利工程档案电子签章制度的工作内容，服务于水利信息化建设提档升级。水利工程提出全生命周期数字化管理的理念，指导工程从信息电子化到工程数字化有序推进。珠三角水资源配置工程、引江济淮工程等项目的BIM应用纳入水利部智慧水利先行先试工作，BIM技术在水利工程全生命周期应用有序推进，为工程运行管理阶段提供了基础数据积累，工程运行期间发生的各种情况可以有效追溯到施工阶段，当相关参数发生异常时，可以第一时间明确问题和故障的所在，并采取有效措施予以优化。以南水北调工程中线一期工程为代表的“大国重器”，经过多年的信息化能力提升，自动化感知、智能视频监控、全线自动化控制、调度智能优化、网络安全等自动化、信息化、现代化手段，在调度运行管理中取得巨大成效，确保了一江清水送北京。但是，在构建全生命周期数字化管理模式时，也对于管理人员的素质以及技术等提出更高的要求，要求工程调度运行人员必须要熟悉各类信息化技术的应用方法。

总的来说，当前水利工程项目信息化发展虽然在重大工程中发挥了巨大的作用，但总体上还处于起步阶段，诸多信息技术有所应用，但是部分呈现散、乱和低水平的特点，应用不够成熟和全面的问题，但是其整体应用形势朝着更好的方向发展。

2 水利工程信息化发展面临的机遇与问题

2.1 水利工程信息化发展面临的机遇

国家对于信息化工作高度重视，党中央提出，没有信息化就没有现代化， 早在2018年中央一号文件明确提出实施智慧农业林业水利工程，十四五期间，“两新一重”建设加快推进，新基建将助力重大水利工程提档升级。水利部将智慧水利作为十四五重点建设内容之一，国家水网工程将智能化作为重要任务进行推进，要求要充分运用云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能、5G、BIM、电子签章、区块链等技术，推动信息技术与水利深度融合。

在水利工程中发展和应用信息化技术是当前时代的必然趋势，在我国有着极为广阔的应用前景，从国家要求的角度来看，我们认为水利工程信息化是数字中国、智慧社会的重要组成部分，也是水利信息化发展的新阶段。从水利行业的角度来看，要充分发挥新一代信息技术的驱动引领作用，大力推进高新技术与水利深度融合，加快智慧型水利建设步伐。信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施等新型基础设施将深刻改变政府管理服务模式和社会运行模式以及人们的生产生活，深刻影响经济社会的发展，水利新基建作为融合型基础设施，必将发挥新的、更大的作用。

最后从国家水网和水利工程的角度来看，要求以创新为引领，构建以在线精准监测为基础，以网络协同共享为纽带，以数字孪生、风险预警和智能分析为核心，以智慧调度和自动控制为目标，推动形成“水利工程智能化、水系流域数字化、国家水网智慧化”的水网“协同融合共享” 智能化格局。

2.2 水利工程信息化发展面临的问题

在水利工程发展建设过程中，信息化技术的应用对于水利工程的发展虽然有着诸多裨益，但是在具体应用过程中，其有效应用还存在有诸多不足，具体主要表现在以下方面：

一是从规划阶段来说，许多工程管理单位对于信息化专项的重视度不足，项目规划人员对信息化技术没有充分的了解和认识，依然延续着传统的思维模式，认为水利工程信息化与否对于工程项目的影响不大，不能有效地发挥相关技术的作用与价值。从短期发展的角度来看，由于应用信息化技术在前期需要投入大量的人力、物力和财力，需要配备专业化的信息技术设备，部分单位不愿意投入资金实施工程信息化专项建设工作之中，对其重视度明显不足。因此，行业认识有待进一步提高，进入新发展理念，水利工程信息化也要跳出水利的固有思维。

二是从设计阶段来说，由于相关技术标准表述不清，存在有工程信息化专项设计不足甚至是内容缺失的问题。在水利工程设计中，信息化技术的应用必须要有诸多专业设计技术的支持，同时设计期间所涉及到的内容多种多样。但是实际上由于水利工程信息化技术应用还处于起步阶段，许多技术的应用并不是十分的成熟。

三是从审查审批阶段来说，为了提高工程经济指标，在工程项目审批过程中，存在工程信息化被按投资比例框定和核减的情况，这也一定程度上影响了信息化技术应用的质量效果。

四是从施工阶段来说，当前国家和水利部虽然大力提倡在水利工程中落实信息化，发挥信息化技术的作用与优势，但实际上施工单位是否有按照要求应用信息化技术，相关部门并没有真正地做好监督与管理工作，许多施工单位出于自身利益考虑，对信息化监控手段抵触，没有在施工中全方位的应用信息化技术，信息化技术的提质增效目标未能有效的实现。

五是从建设和运行管理来说，主要存在有信息系统滞后于施工，建设管理与信息化两张皮现象突出。同时，相关建设单位没有构建工程信息专网，工程信息不能实现与主管部门互联互通；主管部门缺少区域级工程监管平台，无法满足水利行业监管的要求。

此外，我国水利工程信息化建设标准方面，缺少适合区域特点的工程信息化的建设标准，没能为工程设计提供依据。水利工程信息化基础设施方面则存在已建和在建的水利工程信息化基础设施薄弱，信息的感知、通信、存储、处理、分析和应用水平不高。不能适应对工程远程控制、无人值班少人值守的需求。而且BIM等新技术应用少，国内水利工程BIM应用发展快速，水利工程还没有应用。信息化人才不足，缺少既懂水利又具备信息化思维和能力的技术人员。以上问题，在一定程度上制约了水利工程信息化发展，使得相关工作的实施效果打折。

3 水利工程信息化发展的思考

3.1 工程建设单位要加强对信息化的认识

水利工程信息化是一项综合性强的前沿性系统工程，其不仅涉及到了大量资源的投入，同时还涉及到了人们思想观念、传统管理方式以及工作习惯等多方面的变革，甚至还包含有组织调整、业务重组、工作协同、甚至利益分配等多方面的内容。在水利工程项目建设过程中，通常有多个单位参与其中，而各个单位对于水利工程信息化发展的认识有着较大的差异，部分单位对于水利工程信息化发展高度支持，但是也有部分单位对于该项工作的实施不重视，甚至不理解，不能将具体工程项目放在行业发展的角度来看待。基于这样的原因，我们认为在水利工程信息化发展过程中，建设单位要不断提高自身对信息化的认识，要积极地转变参建单位的思想观念，使得各单位正视信息化发展的重要作用，充分地调动各个单位的工作积极性，形成上下一致、协调发展的局面。

3.2 设计和标准要充分、科学

设计和标准是水利工程信息化发展的基础所在，也是项目建设的依据。一般来说，水利工程项目建设期间有一个好的设计并且按照统一标准实施的信息化项目，其最终的建设成效都是比较理想的。否则的话，即便是建设单位的热情再高，所投入的资金再多，依然难以有效地发挥信息化技术的优势与作用，其无法真正地实现信息化技术的规模化应用，信息共享也就显得极为困难。而要保证信息化技术在水利工程中先进、实用、安全、经济的应用，首先就需要明确工程项目建设的需求，确定基本内容，分析建设重难点等等，明确哪些环节需要重点运用信息化技术，分析信息化技术应用可能会遭遇的瓶颈，然后结合所了解到的各项情况，设计信息化技术应用策略，以便更好地开展相关工作。

3.3 资金投入要有充足保证

水利工程信息化的发展必须要有正常的资金投入渠道，既要有建设资金，同时还应当有各个系统运行维护资金，这样信息化系统建设才能更加有序实施，系统才得以正常运转。由于我国水利工程中信息化技术应用还处于起步阶段，诸多技术的应用并不是十分成熟，比如BIM技术与GIS系统的有机融合，就是近几年来才提出的新概念，这两种不同的技术要有机融合，既要做好前期的建设工作，同时后期还应当保证相关系统可以持续运行，这些工作都需要充足的资金做准备，否则都将变成空壳。而就资金投入方面来说，不能仅仅只是将目光聚焦于建设单位上面，还应当积极发挥各参建单位的积极性，真正让信息化技术解决施工和运行管理中的痛点、难点，这样才能降低资金方面的风险。

3.4 完善并组织架构与加强队伍建设

在推进水利工程信息化发展的过程中，必须要遵循信息化建设的客观规律，创新工作方法，积极大胆地进行探索，不断地开拓创新，努力结合信息化发展的实际情况以及未来发展需求，建立一套行之有效的、科学的与水利工程信息化高度匹配的工作模式与运行机制。水利工程信息化发展的技术含量是比较高的，其所应用到的信息化技术涉及内容广泛，技术集成度比较高，过程复杂，多个专业彼此之间互相协同融合。因此，为了更好地发挥相关技术在水利工程建设中的积极作用，就必须要建立符合信息化发展的组织架构，尽早培养出一批高素质的、掌握先进信息技术、熟悉水利专业知识的高素质人才队伍，这样的话，才能保证信息化技术在水利工程中能够充分地发挥作用与价值。

总之，当前，我国水利工程中信息化技术的应用要以创新和高质量发展的理念，做好水利工程信息化的顶层设计，心怀国之大者，跳出水利看水利，在未来要想更好地发挥信息化在水利工程中的作用与价值，就需要进一步加大技术研发力度，争取将信息技术融合到水利工程的方方面面。