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水利工程数字化管理
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水资源作为人类生产生活必须的自然资源,具有非常重要的价值,因此通过水利工程的管理去实现水资源的合理调配,十分有必要。水利工程的管理主要是指针对水利工程规划、设计、建设、运维等全生命管理,从大的层次来看,主要包括建设期和运行维护期。传统的水利工程管理在工程建设期和工程运行维护期各自建立封闭的信息系统,数据资源难以共享,工程运行期难以获取工程建设期的相关资料,从长期来看,不利于水利工程的统一调度管理。

水利工程数字化管理,立足于工程建设的“全生命周期”的管理,以BIM等数字化模型为载体,将数字化模型的建设贯穿于整个水利工程生命周期的始终,通过数字化模型在工程不同阶段的应用,一方面实现了水利工程的可视化展示,为设计人员、施工人员、运维人员等搭建了一个便捷的沟通与协作平台,另一方面实现了通过以基础构建为载体,以构建承载工程过程资料,最终实现数字化模型的传承。

水资源作为人类生产生活必须的自然资源,具有非常重要的价值,因此通过水利工程的管理去实现水资源的合理调配,十分有必要。水利工程的管理主要是指针对水利工程规划、设计、建设、运维等全生命管理,从大的层次来看,主要包括建设期和运行维护期。传统的水利工程管理在工程建设期和工程运行维护期各自建立封闭的信息系统,数据资源难以共享,工程运行期难以获取工程建设期的相关资料,从长期来看,不利于水利工程的统一调度管理。

水利工程数字化管理,立足于工程建设的“全生命周期”的管理,以BIM等数字化模型为载体,将数字化模型的建设贯穿于整个水利工程生命周期的始终,通过数字化模型在工程不同阶段的应用,一方面实现了水利工程的可视化展示,为设计人员、施工人员、运维人员等搭建了一个便捷的沟通与协作平台,另一方面实现了通过以基础构建为载体,以构建承载工程过程资料,最终实现数字化模型的传承。

按照“互联网+智慧水利”发展新思路,通过BIM技术和物联网技术应用,建立三维信息化设计BIM模型,并基于BIM模型建立工程全生命周期管理平台,实现对水利工程建设期和运行维护期的管理。

其中建设期主要以分项工程为精细化管控对象,以虚拟施工为技术手段,进行项目质量、安全、进度、投资、产值、档案可视化、集成化、协同化管理,推进工艺监测、结构风险监测预警、隐蔽工程数据采集、质量安全检查、远程视频监控等技术在工程建设中的整合应用,为工程运行打下良好基础。

运行管理期的主要目标是实现工程运行维护作业便捷化、管理考核规范化、突发事件响应及时化、维护方案制定自动化,使工程具备较强的突发事件的应急响应能力和较高的运行管理水平,为工程安全运行提供网络化和可视化的工程基础信息服务,为工程运用调度决策提供支持。

在全生命周期的建设过程中,BIM等数字化模型作为建设期和运行维护期数据互通的桥梁,应更加注重其在平台中的应用。应能够实现环境模型和工程模型在平台中的融合和组装的流畅展示,主要建设标准化的BIM建模和运用规范,实现基于BIM+GIS支撑平台建立健全工程管理范围内的信息集成和可视化展示。


建设目标建设目标建设目标

(1)工程管理数字门户

工程管理数字门户是工程数据集成和展示的平台,在业务数据积累的基础之"上摘录出与工程相关的关键性指标和信息,通过汇总统计后以图表、表格的方式进行数据可视化展现,同时基于BIM+GIS工程全生命周期展现总体和局部项目情况。主要包括建设期工程数据展示和运行维护期数据展示。其中,建设期重要展示工程建设相关的质量、安全、进度、投资、安全监测等数据;运行维护期主要对工程运行维护相关的维修、养护、应急响应、设备运行等进行统计和分析。


(2)工程建设管理

水利工程建设管理在水利工程建设各阶段,协调参建各方完成相关业务办理,积累工程建设过程的各类信息及资料,以使各部门及时掌握水利工程项目的进展,从而提高水利工程建设管理的效率。根据工程建设阶段和类型的不同,又可分为前期管理、招标管理、合同管理、设计管理、进度管理、质量管理、安全管理、视频监控等功能。

前期管理

前期管理主要对项目前期的相关信息进行定义,如项目名称、投资金额等基础信息、参建单位、人员信息等项目组织信息。通过项目相关信息的定义,形成项目的基础数据,为其他各相关功能提供数据支撑。另一方面,该功能还支撑对项目概算信息、投资计划的管理,为项目费用的控制提供数据支撑。

招标管理

招标管理对各个承包合同的招标过程进行记录,收集各方面的资料文件,做到有据可查。 管理招标计划,对分标规划、设备采购计划等进行管理;对承包商和供应商的信息进行登记,记录其基本信息、联系方式、主要业绩、主要技术力量;对各个合同的招标过程信息进行记录,可以记录每个步骤的执行记录、附件信息、各家投标单位的报价信息、最终的中标单位信息等。

合同管理

水利工程合同管理系统从合同拟定、合同评审、合同签订、合同结算、合同支付、合同变更、工程计量、终止和解决争议等全过程纳入科学化、规范化管理,并对合同责任进行界定,对合同执行过程进行分析,对可能发生的风险提前预警,从而提高合同的管理效率和管理质量,全过程跟踪合同执行情况。

设计管理

该模块是以设计文档为核心,建立起BIM、二维、文档及业务系统的多维度数据的融合,通过高效、简洁的使用和BIM数据的展示,实现文档的在线管理、关联、变更、领用等业务。通过对平台上的模型、文档及关联的业务系统数据,实现对大体量BIM、GIS的数据浏览、属性查看与编辑、漫游、剖切、批注、文档关联等;利用平台中结构化处理后的BIM数据,可灵活定义和切换视图,按照不同区域、专_x005f_x005f_x0008_业、空间来显示和加载模型。

进度管理

进度管理首先需要将设计模型根据进度展示要求和项目需要划分为转化为进度模型,采用系统仿真技术、数据库技术、控制论等,结合工程施工特点,通过采集工程进度管理数据,集成在进度管理模型上,实时展示工程进展情况,实现对工程施工的实时控制与优化,为施工方案制定与决策提供技术支撑。主要包括计划进度管理、实际进度管理、进度模型、进度分析与预警等。

质量管理

质量管理是将数字化模型融入建设过程中的质量管理流程,包括事前管理、事中质量管理和事后管理。通过事前管理,制定质量计划、控制原材料质量、确定验收标准。事中质量管理主要是项目管理人员通过智能移动端对工程质量数据进行信息采集,并通过4G网络将质量信息实时上传到云平台中,并将信息与云平台的数字模型进行关联,工程质量信息的真实性和及时性。事后管理主要包括信息分析和工程质量信息的共享,将最终的工程质量验收记录、工程报告、抽查、巡视检查、旁站监督记录、工程质量事故处理文件、监理工作报告等信息进行归纳和分析,分析工程质量问题产生的原因,并提出防治措施。

安全管理

安全管理也可从事前、事中、事后三个过程来考虑:事前进行安全教育培训,提前辨识危险源并置于平台模型中;在事中管理时,结合移动网络、工程安全监测、水情水质监测等形成危险源辨识管理及隐患排查治理的动态机制,通过可视化处理形成可辨识的动态安全全景图,并根据发展动态将危险源升级为隐患,并结合具体预案给与多方位的排查指导和事故救援;在事后管理中,利用定位技术和移动网络,自动定位危险源位置,并根据模型绑定信息自动推送应急处理预案。

视频监控

通过WEBAPI实施采集覆盖现场重要位置(如工地大门、材料堆场、生活区、办公区、塔吊/龙门吊、高空作业设备与深基坑等关键危险区、全局区等)的视频监控信息,并与BIM模型建立关联,可以通过模型定位到具体的监控区域。同时,能够在传统视频监控的基础上,对未佩戴安全帽等行为识别、预警,保障施工安全,建设安全行为智能识别体系。


(3)工程运行维护管理

工程运行维护管理是在水利工程管理规范的基础上,通过建立涵盖工程日常作业(包括设备管理、工程巡检、问题上报、维修养护、两票管理、工程检查、工程观测、安全管理等)、健康诊断、运行调度等数据的工程运行管理信息中心,帮助管理单位规划工作任务、按制度规范执行任务、按标准规范评价工作任务。主要包括日常作业、设备管理、工程管理、安全管理、健康诊断、三维漫游巡检、运行调度等功能。

日常作业

日常作业包括对交接班、巡检、工程检查、排班计划、操作票、工作票等进行管理,以及相关设施的使用和针对所发现问题的上报进行流程化管理等其他管理,从传统的线下管理转变为线上管理,并提供查看设备台账、备品备件库存及两票流程监管等功能。

设备管理

设备管理主要针对各工程设备相关信息进行管理,包括设备台账管理、备品备件管理和设备评级管理。设备台账管理主要实现对设备的基础信息、运维维护信息的统一管理;备品备件管理实现对备品备件库存、使用情况等的管理;设备评级管理实现对不同类型的设备的评价。

工程管理

工程管理是在工程检查和观测的基础上,结合工程评级相关办法实现对工程等级评定。其中工程检查支持对检查相关的各类报表统一生成、导出、打印;工程观测用于记录各类工程观测的结果。

运行管理

运行管理,结合闸泵站运行管理规范,对闸泵站日常管理事务进行细致划分、精细管理。形成以值班、巡检、维养、两票管理为核心的运行管理系统模块。细致事务管理,明确责任划分,为工作人员提供便捷的作业工具,为决策者提供管理数据支持,形成完整的运行管理体系。主要包括排班和交接班管理、巡查和养护管理、突发事件响应、操作票管理等。

健康诊断

智能监控与在线诊断分析平台以监测数据关联性分析为核心,为用户提供可视化的数据关联性分析,使用户能够在良好的交互性界面中分析与明确监测数据之"间是否有关联以及影响程度。

三维漫游巡检

基于BIM模型,提前预设好巡检路线,管理人员可电脑端进行三维漫游巡检。其中,到达指定巡检位置后,可自动关联巡检设备的运行数据,如视频监控、实时运行数据等。

运行调度

调度管理模块用于调度业务及文件资料管理,为工程站点的工作效率、能量消耗、安全调度以及优化标准提供科学化管理。具体功能包括计划管理(调度计划)、突发事件管理、调度方案管理。


(4)BIM模型管理

BIM模型管理通过BIM技术和物联网技术应用,建立三维信息化设计BIM模型,并基于BIM模型建立项目管控平台,以分项工程为精细化管控对象,以虚拟施工为技术手段,进行项目质量、安全、进度、投资、产值、档案可视化、集成化、协同化管理,推进工艺监测、结构风险监测预警、隐蔽工程数据采集、质量安全检查、远程视频监控等技术在工程建设中的整合应用,为工程运行打下良好基础。BIM模型管理能够对创建的BIM模型进行统一管理和共享,可以对BIM工程模型进行版本和权限的控制,实现远程数据共享,满足不同管理人员BIM应用需求,实现多层级管理;可在后台对构建属性进行扩展,可编辑模型的颜色模板,可在后台查询每个用户的登入、登出操作日志等。


(5)移动应用

APP的主要作用是将门户网站或设备监测的信息发布到手机端,实现流程审批、现场数据采集、数据展示、模型浏览、消息推送、信息查询、定时定位考勤等功能。


(1)工程管理数字门户

工程管理数字门户是工程数据集成和展示的平台,在业务数据积累的基础之"上摘录出与工程相关的关键性指标和信息,通过汇总统计后以图表、表格的方式进行数据可视化展现,同时基于BIM+GIS工程全生命周期展现总体和局部项目情况。主要包括建设期工程数据展示和运行维护期数据展示。其中,建设期重要展示工程建设相关的质量、安全、进度、投资、安全监测等数据;运行维护期主要对工程运行维护相关的维修、养护、应急响应、设备运行等进行统计和分析。


(2)工程建设管理

水利工程建设管理在水利工程建设各阶段,协调参建各方完成相关业务办理,积累工程建设过程的各类信息及资料,以使各部门及时掌握水利工程项目的进展,从而提高水利工程建设管理的效率。根据工程建设阶段和类型的不同,又可分为前期管理、招标管理、合同管理、设计管理、进度管理、质量管理、安全管理、视频监控等功能。

前期管理

前期管理主要对项目前期的相关信息进行定义,如项目名称、投资金额等基础信息、参建单位、人员信息等项目组织信息。通过项目相关信息的定义,形成项目的基础数据,为其他各相关功能提供数据支撑。另一方面,该功能还支撑对项目概算信息、投资计划的管理,为项目费用的控制提供数据支撑。

招标管理

招标管理对各个承包合同的招标过程进行记录,收集各方面的资料文件,做到有据可查。 管理招标计划,对分标规划、设备采购计划等进行管理;对承包商和供应商的信息进行登记,记录其基本信息、联系方式、主要业绩、主要技术力量;对各个合同的招标过程信息进行记录,可以记录每个步骤的执行记录、附件信息、各家投标单位的报价信息、最终的中标单位信息等。

合同管理

水利工程合同管理系统从合同拟定、合同评审、合同签订、合同结算、合同支付、合同变更、工程计量、终止和解决争议等全过程纳入科学化、规范化管理,并对合同责任进行界定,对合同执行过程进行分析,对可能发生的风险提前预警,从而提高合同的管理效率和管理质量,全过程跟踪合同执行情况。

设计管理

该模块是以设计文档为核心,建立起BIM、二维、文档及业务系统的多维度数据的融合,通过高效、简洁的使用和BIM数据的展示,实现文档的在线管理、关联、变更、领用等业务。通过对平台上的模型、文档及关联的业务系统数据,实现对大体量BIM、GIS的数据浏览、属性查看与编辑、漫游、剖切、批注、文档关联等;利用平台中结构化处理后的BIM数据,可灵活定义和切换视图,按照不同区域、专_x005f_x005f_x0008_业、空间来显示和加载模型。

进度管理

进度管理首先需要将设计模型根据进度展示要求和项目需要划分为转化为进度模型,采用系统仿真技术、数据库技术、控制论等,结合工程施工特点,通过采集工程进度管理数据,集成在进度管理模型上,实时展示工程进展情况,实现对工程施工的实时控制与优化,为施工方案制定与决策提供技术支撑。主要包括计划进度管理、实际进度管理、进度模型、进度分析与预警等。

质量管理

质量管理是将数字化模型融入建设过程中的质量管理流程,包括事前管理、事中质量管理和事后管理。通过事前管理,制定质量计划、控制原材料质量、确定验收标准。事中质量管理主要是项目管理人员通过智能移动端对工程质量数据进行信息采集,并通过4G网络将质量信息实时上传到云平台中,并将信息与云平台的数字模型进行关联,工程质量信息的真实性和及时性。事后管理主要包括信息分析和工程质量信息的共享,将最终的工程质量验收记录、工程报告、抽查、巡视检查、旁站监督记录、工程质量事故处理文件、监理工作报告等信息进行归纳和分析,分析工程质量问题产生的原因,并提出防治措施。

安全管理

安全管理也可从事前、事中、事后三个过程来考虑:事前进行安全教育培训,提前辨识危险源并置于平台模型中;在事中管理时,结合移动网络、工程安全监测、水情水质监测等形成危险源辨识管理及隐患排查治理的动态机制,通过可视化处理形成可辨识的动态安全全景图,并根据发展动态将危险源升级为隐患,并结合具体预案给与多方位的排查指导和事故救援;在事后管理中,利用定位技术和移动网络,自动定位危险源位置,并根据模型绑定信息自动推送应急处理预案。

视频监控

通过WEBAPI实施采集覆盖现场重要位置(如工地大门、材料堆场、生活区、办公区、塔吊/龙门吊、高空作业设备与深基坑等关键危险区、全局区等)的视频监控信息,并与BIM模型建立关联,可以通过模型定位到具体的监控区域。同时,能够在传统视频监控的基础上,对未佩戴安全帽等行为识别、预警,保障施工安全,建设安全行为智能识别体系。


(3)工程运行维护管理

工程运行维护管理是在水利工程管理规范的基础上,通过建立涵盖工程日常作业(包括设备管理、工程巡检、问题上报、维修养护、两票管理、工程检查、工程观测、安全管理等)、健康诊断、运行调度等数据的工程运行管理信息中心,帮助管理单位规划工作任务、按制度规范执行任务、按标准规范评价工作任务。主要包括日常作业、设备管理、工程管理、安全管理、健康诊断、三维漫游巡检、运行调度等功能。

日常作业

日常作业包括对交接班、巡检、工程检查、排班计划、操作票、工作票等进行管理,以及相关设施的使用和针对所发现问题的上报进行流程化管理等其他管理,从传统的线下管理转变为线上管理,并提供查看设备台账、备品备件库存及两票流程监管等功能。

设备管理

设备管理主要针对各工程设备相关信息进行管理,包括设备台账管理、备品备件管理和设备评级管理。设备台账管理主要实现对设备的基础信息、运维维护信息的统一管理;备品备件管理实现对备品备件库存、使用情况等的管理;设备评级管理实现对不同类型的设备的评价。

工程管理

工程管理是在工程检查和观测的基础上,结合工程评级相关办法实现对工程等级评定。其中工程检查支持对检查相关的各类报表统一生成、导出、打印;工程观测用于记录各类工程观测的结果。

运行管理

运行管理,结合闸泵站运行管理规范,对闸泵站日常管理事务进行细致划分、精细管理。形成以值班、巡检、维养、两票管理为核心的运行管理系统模块。细致事务管理,明确责任划分,为工作人员提供便捷的作业工具,为决策者提供管理数据支持,形成完整的运行管理体系。主要包括排班和交接班管理、巡查和养护管理、突发事件响应、操作票管理等。

健康诊断

智能监控与在线诊断分析平台以监测数据关联性分析为核心,为用户提供可视化的数据关联性分析,使用户能够在良好的交互性界面中分析与明确监测数据之"间是否有关联以及影响程度。

三维漫游巡检

基于BIM模型,提前预设好巡检路线,管理人员可电脑端进行三维漫游巡检。其中,到达指定巡检位置后,可自动关联巡检设备的运行数据,如视频监控、实时运行数据等。

运行调度

调度管理模块用于调度业务及文件资料管理,为工程站点的工作效率、能量消耗、安全调度以及优化标准提供科学化管理。具体功能包括计划管理(调度计划)、突发事件管理、调度方案管理。


(4)BIM模型管理

BIM模型管理通过BIM技术和物联网技术应用,建立三维信息化设计BIM模型,并基于BIM模型建立项目管控平台,以分项工程为精细化管控对象,以虚拟施工为技术手段,进行项目质量、安全、进度、投资、产值、档案可视化、集成化、协同化管理,推进工艺监测、结构风险监测预警、隐蔽工程数据采集、质量安全检查、远程视频监控等技术在工程建设中的整合应用,为工程运行打下良好基础。BIM模型管理能够对创建的BIM模型进行统一管理和共享,可以对BIM工程模型进行版本和权限的控制,实现远程数据共享,满足不同管理人员BIM应用需求,实现多层级管理;可在后台对构建属性进行扩展,可编辑模型的颜色模板,可在后台查询每个用户的登入、登出操作日志等。


(5)移动应用

APP的主要作用是将门户网站或设备监测的信息发布到手机端,实现流程审批、现场数据采集、数据展示、模型浏览、消息推送、信息查询、定时定位考勤等功能。


图 水利工程数字化管理系统架构图


  水利工程数字化管理整个系统架构从逻辑上分为数据采集层、采集传输层、数据汇集层、数据资源层、应用支撑层、应用层、展示层和用户层来组织。系统软件设计采用分层架构技术,以通用性、稳定性定层次,同一层次以功能划分包,以上层服务为导向,逐级设计,逐步细化平台组件的颗粒度。

图 水利工程数字化管理系统架构图


  水利工程数字化管理整个系统架构从逻辑上分为数据采集层、采集传输层、数据汇集层、数据资源层、应用支撑层、应用层、展示层和用户层来组织。系统软件设计采用分层架构技术,以通用性、稳定性定层次,同一层次以功能划分包,以上层服务为导向,逐级设计,逐步细化平台组件的颗粒度。


工程管理数字门户




水利工程建设数字化管理平台





水利工程运行管理平台




工程管理APP




工程管理数字门户




水利工程建设数字化管理平台





水利工程运行管理平台




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池州市水利工程运行管理平台




太湖处水利工程管理系统








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