水利工程勘察设计与施工中数字化工具的应用研究

高庆保

（中国电建中国水利水电第七工程局有限公司，成都 611730）

1 引言

数字化技术和数字化工具在各个行业中的应用已经较为成熟，基于水利工程的重要性，将数字化技术和数字化工具应用到水利工程项目的建设过程中是一件正确且需要坚持的事情。探究数字化技术和数字化工具在水利工程勘察设计与施工阶段的应用不仅可以确保工程勘察设计与施工质量符合相关要求，也便于加快施工进度，节约大量的人力和物资资源，获得更好的经济效益。因此，思考和分析水利工程勘察设计与施工中数字化工具的应用具有重要意义。

2 数字化工具的类型

2.1 GPS技术

GPS指具有海、陆、空全方位、实时、三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统，有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，主要应用于勘察、测绘、施工领域。该技术在水利工程中的应用体现于勘察阶段可借助GPS技术和GPS设备扩大测量的范围，提高测量精度；在测绘阶段借助GPS技术和GPS设备能更好地确定测绘点位；在施工阶段借助GPS设备可以全过程掌控工程设施的点位变化与精准点位，提高施工现场的进场布置进度[1]。

2.2 遥感技术

遥感技术指可以从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节[2]。在工程中可以用于勘察、设计和施工环节，也可以在项目试运行阶段用遥感图片来检测工程项目运行情况、编制和订正小比例尺的图纸等。

2.3 数字地图

数字地图指通过数字来表示的需要用专用的计算机软件对储存数字进行显示、读取、检索、分析的存储在计算机的硬盘、软盘或磁带等介质上的地图内容。数字地图已经成为重要的工程建设工具之一。目前，多数水利工程资料包括施工作业方案的制订和工程项目建设规划的科学性测定等都是依据数字地图。

2.4 电子平板仪

电子平板仪是带有光电测距装置的平板仪，水利工程建设中主要搭配全站仪使用，起到辅助绘图的作用。实际应用中，可以将勘察的地貌和地物等按照一定的比例和标注绘制在勘测地图上；还可以测定不同比例尺的水利工程地形图，帮助设计人员在设计阶段更方便地参考勘察地图，进而绘制较为准确的设计图纸。

3 数字化工具在水利工程中的具体应用

3.1 数字化工具在水利工程勘察阶段的应用

3.1.1 注重遥感技术在勘察阶段的应用

应注重遥感技术在水利工程勘察阶段的科学利用，在勘察阶段借助有关的遥感影像对工程所在地的具体状况加以合理测定，可以反映水利工程项目建设对河流的影响情况。比如，在立项时期，借助相关遥感资料，可以确定堤坝坝址和水库区的位置；结合河流地理结构和地质的状况等明确水库坍塌和被淹没位置等。通过遥感技术的应用还可以更加科学地对勘察结果进行评价，并形成系统的勘察图像，以减少外业处理的任务量，提升勘察成图的效率[3]。

3.1.2 加大数字地图在勘察阶段的应用

数字地图属于借助数字化工具绘制的相关资料，在水利工程建设中应用较广。在水利工程的勘察阶段可将数字地图作为主要的参考资料，充分发挥数字地图的作用来确定水利工程项目的选址和地位，以及作为野外作业的帮助等。具体应用有以下方面：

1）确定水库相应的淹没线、水库面积以及汇水的状况，划定水利工程项目初期的水库定位和搬迁区域。

2）明确水利工程项目具体的坐标、高程和位置等指标信息，为水利工程的设计和施工阶段提供更多的借鉴和帮助。

3）使用更少的资源、更高效率地确定水利工程中各种管道、设施的布设和走向。

3.1.3 确保GPS应用的合理性

一般情况下，水利工程项目所在地的地理位置都十分复杂，导致勘察阶段光学仪器设备运用存在一定的难度。所以，在水利工程勘测阶段，可以借助GPS设备拓展勘察测定的实际范围，提高勘察精准度，避免被地形环境干扰。另外，借助GPS设备，使勘察得到的数据信息可以实时记录在档，减少勘察人员的任务量，更方便后期进行数据处理。

3.1.4 电子平板仪的合理应用

将全站仪和电子平板仪配合起来可以更准确地采集平面坐标、高程等数据信息，不仅可以简化勘察测绘的基本流程，提升勘察结论的准确性，还可以减少重复的工作量，提高勘察效率。借助电子平板仪和相关测图系统等工具设备，完善水利工程的数字资料信息，再利用计算机处理水利工程的勘察数字资料信息，得到数字地面模型和完整的数字地图等，减少了资源浪费，也有助于在设计阶段实现对管道等设施的准确绘制。

3.2 数字化工具在水利工程设计阶段的应用

1）在水利工程项目的设计阶段，可以借助信息化技术和数字化工具分析、整合前期的勘察数据，形成设计底图，并使用CAD制图软件，结合水利工程的具体状况，设计出具体可行的设计方案。

2）初步方案设计完后，应对初步设计方案进行持续优化与细化，直至得到详细的设计方案。借助数字化工具设计、存档的初步方案可以实现电子图的直接改进[4]。依靠CAD制图软件自带的处理功能，设计人员可以根据坐标、高度等相关位置信息，对方案进行设计，也能在电子设计图上对重要信息（相应角度、坐标值、距离和施工范围等）进行标记。电子设计图的应用不仅更方便设计人员进行修改，还能显著降低误差的概率。

3）数字化工具不仅可以制作二维设计图，还可以依据二维设计图借助有关软件实现三维图像的绘制。绘制堤防、渠道、管道线路等关键项的三维图像，准确完成位置、距离的确定，也能少轻设计人员的任务量。

4）借助数字化工具及相关技术的应用，可以确保测定过程和设计计算过程的准确性，帮助设计人员绘制更高精确度的图纸，使图纸的作用发挥到最大。比如，结合勘察地图上任意坐标点涵盖的数据，可以直接绘制断面图、管道等，减少了设计计算量，也使设计计算更加精准。

3.3 数字化工具在水利工程施工阶段的应用

3.3.1 GPS设备在施工阶段的应用

1）GPS设备可以在施工阶段帮助施工人员更快地定点、定位，能在受项目地形影响最小的情况下快速清理完施工场地，尽快完成后续施工的前期准备工作。

2）GPS设备也在整个施工阶段起着重要作用，比如，对于渠道点位的开挖、管道线路的布置等都可以借助GPS设备精准定位，不仅可以减少二次施工，还能保证工程施工进度。

3）GPS设备可以实现数据实时记录在档，内业人员进行数据处理时只需调用，数据处理不仅更方便快捷，还能得到更具参考价值的内业数据资料。

3.3.2 遥感技术在施工阶段的应用

首先，水利工程施工阶段可以借助遥感图片实时反映项目建设过程对整个河流流域的影响，以便结合这些影响进行单项调节。还可以利用遥感技术降低外业的工作量，再配合数字处理技术提高成图工作效率及准确度。

3.3.3 电子平板仪和全站仪在施工阶段的配合应用

在水利工程建设的施工阶段，测绘人员可将电子平板仪与全站仪配合使用，一方面提高了测绘的速度，保证了工程施工的进度，另一方面也保证了测绘结果的准确性，减少了数据偏差，提高了工程的质量。同时借助平板仪和全站仪的使用，还能在一定程度上减少内业人员处理数据的工作量，极大地提升内业工作的效率。

3.3.4 数字地图在施工阶段的应用

在水利工程的施工阶段，可以借助数字地图优化施工作业方案，得到更加科学可行的施工方案。因为数字地图成图更加科学、准确性更高，有助于管理人员对施工现场的情况进行更加清晰的了解[5]。

4 数字化工具在水利工程建设中应用的建议

1）由建设单位牵头鼓励水利工程各参建单位在建设过程中积极应用数字化工具，强化数字化工具的应用力度，推动数字化工具在整个水利工程项目建设中的应用。

2）施工单位可以组织相关管理人员和作业人员进行数字化工具应用的培训，比如，项目技术人员对遥感图片的处理、数字地图的处理培训，一线作业人员对GPS设备的熟练应用和特种作业人员对全站仪和电子平板仪的使用培训等。

3）建设单位可以组织相关参建单位，尤其是勘察、设计和施工单位的内业人员进行数字化工具数据的处理培训，此举不仅可以提高内业人员对数字化工具的认识，还能确保内业资料的准确性，减少更多的人力资源浪费，优化整个工程项目的人员配置。

4）勘察单位、设计单位和施工单位可以根据工程建设中数字工具应用的不方便之处或者需要优化之处提出自己的意见，共同完善现行数字化工具和数字化技术。

5 结语

随着科技的日新月异，数字化工具在水利工程项目建设中的参与将会越来越多。目前，水利工程项目数字化工具的应用还不够普及，还需要有关单位积极推动。加大数字化工具在工程建设中的应用，提高勘察结果的准确性，帮助设计单位制订可行性更强的设计方案，协助施工单位更好更快地定准点位；还可以在一定程度上保证水利工程建设的质量和速度；在很大程度上解放人力资源；使项目内业处理更具有参考性。