长距离引水工程信息系统建设必要性的探索

文 雯

近年来，随着我国水利工程建设的不断推进，长距离引调水工程已经成为了解决我国水资源分布不均的有效手段，同时随着工程项目管理理论的不断发展以及专业人员实践管理经验的不断丰富，我国的工程项目建设管理水平也在不断提高。然而，长距离引水工程由于输水线路长、工程规模大，区域跨度大、地质条件复杂、建筑形式多样等诸多特点，导致了工程的投资高、建设周期长、参建单位众多、条件复杂，使工程在建设管理中遇到了许多的问题。

1 传统工程建设管理存在的普遍问题

（1）参建单位的工作人员综合素质参差不齐，项目具体实施的过程中执行制度规范的意识淡薄，再加上监督管理的不到位，最终导致项目建设管理的规范性无法得到有效的保证。

（2）由于工程建设管理的复杂性，为了项目能够顺利实施，相关的管理人员需要在统筹兼顾，综合考虑各种影响的因素的情况下制定出合理的计划。然而，即使制定出了合适的计划，随着工程的进行，实际情况难以避免地会与预先制定的实施计划发生偏差，而调整计划的难度又比较大，所以工程的计划势必会失去控制作用。

（3）工程在建设管理过程中产生的大量信息无法进行及时、有效地共享和交换，这些信息直接关系到工程项目建设管理的效率和决策的科学性。在传统的项目管理方式下，各个阶段的参与方只为本阶段的工程建设管理目标服务。因此，项目的各个阶段之间和各参与方之间缺乏足够的沟通和交流，一旦信息发生变更，难以保证信息能够及时地传达到相关的参与方，导致工程信息不能够及时、有效地传递，最终形成“信息孤岛”。

2 信息系统在工程建设管理应用中必要性

2.1 规范化、协同化管理的需要

长距离引调水工程覆盖范围大，具有管理机构地域分布广、多层级、管理内容复杂的特点。传统的项目管理方式因信息交互、存储和分析手段的落后，导致项目管理效率较低，各方协调难度巨大。因此，需要搭建一个统一的标准化管理平台，通过扁平化的信息交互方式进行业务交互，消除信息孤岛，从而满足建设和运行过程中不同层级参与者的信息需求和功能需求，保障整个工程管理的高效有序。

2.2 移动化、精细化管理的需要

长距离引调水工程地域广，人员流动性强，作业环境复杂，传统信息采集方式下信息的真实性、完整性、时效性和可追溯性难以保障。通过信息系统建设，可极大地实现数据融合共享、多方面科学应用，结合手机APP 等工具所具有的拍照、语音、录像、身份识别、GPS 定位、无线传输等功能，实现工程信息的实时采集、直观查询、快速发布和高度共享，使建设和运行管理人员能够灵活、方便地掌握工程动态，处理相关业务，提高管理效率和精细化管理水平。

2.3 自动化、智能化管理的需要

长距离引调水工程范围内天气情况多变、地质结构复杂，容易发生山洪、崩塌、滑坡、泥石流等各类地质灾害，威胁渠道、渡槽等建筑物的安全。因此，需要借助安全监测自动化技术与GIS 专题图表达技术，围绕施工期及运行期的地质灾害、水土流失、建筑物安全等情况进行监测与预警，为工程施工和运行安全提供信息保障；同时，当发生地质灾害时，可快速定位灾害发生位置，为应急响应提供决策依据，减少突发地质灾害对工程造成的损害。

2.4 工程全生命周期管理的需要

工程在全生命周期中的每个阶段都会产生大量形式不一的信息，其中包含了大量非结构化信息，导致资料管理的可操作性差，缺乏重用性和交互性。利用GIS 和BIM 技术进行信息交换，把三维模型信息与文档集成处理，通过各种类型的检索、查询与图文或者多媒体表现，为工程建设和运行各个阶段各个层次的管理人员提供便捷的知识服务，对工程建设的监管、竣工验收资料的归档以及今后的运维管理等工程全生命周期管理具有十分重要的意义。

3 信息系统在工程建设管理应用中展望

为保障国民经济持续稳定的发展，水利部提出了“从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变”的治水思路，要求水利建设应更加重视对水资源的开发、利用、节约、保护和配置。

随着城市建设的不断发展和环境保护要求的不断提升，长距离引水工程在地方水利、供水系统中的作用日益增加。面对这样一个个由多个大型水利工程组合起来的超级系统工程，可以通过结合创新性管理理念，以解决建设管理精准、实时、高效为目标，将信息化建设与工程建设同步并行，最大限度地监管和控制管理工程建设期和运维期，给引水工程提供安全和质量保障。

3.1 全生命期期管理

通过实施信息化基础建设和制造标准统一、流程规范、业务量化的工程管控系统，形成全面感知、全面数字、全面互联、全面存储的管理形态，实现从发展规划、项目立项、前期设计、建设实施、竣工验收、移交运营到工程寿命终止的全阶段、全周期管理。

基于BIM 技术[1]和GIS 技术[2]的集成应用[3-5]，可以协助引水工程的建设管理人员对工程进行全生命周期的管理与运维。在设计阶段，利用BIM+GIS 融合技术，在三维场景下快速实现施工场地布置、渣场料场布置、地形分析模拟；在施工阶段，通过BIM 系统平台，集成多专业（主体、枢纽、机电及金属、管网、基础等）模型，各层管理人员、项目参与各方在同一平台可实现协同配合，同时接入工程现场感知采集信息，实现高效监控工程进展，处理建设中问题、交换数据信息，真正实现有效协同管理工程质量、进度、安全等；在运维阶段，基于BIM 的工程竣工交付成果，同时接入安全监测、水位监测、水质监测、视频监控、工程测控等各类感知信息在一体化平台，实现实时数据映射、工程调度运行综合展示，为工程仿真模拟等奠定基础。如图1 所示。

图1 长距离引水工程全生命期管理思路

3.2 全方位风险预判

通过对工程建设管理过程中各种风险数据管理和管控模型分析，形成大感知、大传输、大储存、大数据、大计算、大分析的管控体系，实现全方位、全过程风险识别和域控。

在工程安全运行方面，一方面建立工程安全监测系统，实时监控工程建设期、运维期工程运行工况，为工程安全评价评估提供数据支持；另一方面，建立水力学智能仿真系统[6]，利用数字孪生技术，实现从流域到工程、到设备，点、线、面一体化的三维可视化数值模拟，并基于监测数据进行反馈仿真，预测不同工况下构筑物的变形、应力、应变等，同时，利用水利专业模型和虚拟现实技术，对工程“引水、提水、输水、分水、配水”全过程进行三维可视化数值仿真。

在水环境预警预报方面[7]，从长距离大跨度多流域输水线路出发，建设适宜于工程的智慧水环境管理系统，从点、线、面不同尺度出发，利用仿真模拟、遥感、大数据挖掘等技术，实现对工程沿线及受水区水环境的动态监控、模拟仿真、评价分析、预警预判，为管理部门工程水生态环境运维决策参考和实施监督、管理和突发事件应急处置提供决策支持。

在洪水预报方面，建立洪水预警预报系统，基于GIS 平台的水文预报、洪水调度拓扑结构图示自由构建技术，实现复杂流域水文预报系统的智能化、可视化建模，实现不同量级洪水的预警预报和演进模拟分析，为施工、运维人员及设备安全避险提供安全技术保障。

3.3 全要素智能调控

对于长距离引水工程的智调控管理实质是从时间和空间上，对系统中各个设备、设施的安全稳定目标和经济效益目标进行协调、博弈，寻求最优的调度方案，避免顾此失彼问题出现。建设一整套的集优化配置、结果仿真和效益评估等功能于一体的决策支持系统，可辅助调水机构制定调水计划，预测调水结果，为我国长距离引水工程的科学调控运行提供技术支撑和参考价值，进而实现工程“卡脖子”技术的国产化。

系统融合水力学、系统分析以及新一代人工智能技术等理论方法，同时结合BIM+GIS 平台设计，采集和感知水文、水质、工程安全及工程运行等信息，以通信与网络为平台，以业务流程为主线，采用多层结构化软件系统技术架构开发建立数学模型、虚拟仿真、自动化监控、水资源配置与调度、信息监测与管理、工程管理、综合会商等应用，实现了调水调控过程的科学化决策，保证全线调水安全，节水、降耗，并运用综合信息管理系统实现企业管理现代化。

3.4 工程实现自动管理

长距离引水工程按照工程管控层级建立自动化监控体系和决策支持系统，基于自动诊断、自动预判、自主决策、自我演进技术，实现工程的自我自动化管理。自动预判即风险识别自动化，通过全面感知，采集并生成大数据，对比设计、建造期累积的数据信息，应用最前沿的大数据分析处理技术，实现引水水源、建筑物、机电设备的各类风险全过程识别、判定，并自动预警。自主决策即引水决策管理智能化，系统自动判断不同层级的问题及风险，运用信息技术、人工智能技术及决策支持技术等，自动生成应对各种问题及风险的方案，综合各种决策模型进行决策。自我演进即管理变革升级智慧化，随着各类原始数据和决策数据的不断累积，通过记忆认知、计算认知、交互认知三维一体化的认知网络，实现自我评估、自我纠偏、自我提升、自我引领。工程逐渐呈现出数据驱动的管理形态和人工智能的特点。

4 结 语

（1）GIS 与BIM 集成技术在长距离引水工程全生命周期信息管理过程中具有巨大的工程实用价值，但是目前在实际工程中并没有得到广泛应用，仅在个别引水工程中有了典型试点，如滇中引水、珠三角水资源配置、引江济淮、引汉济渭等大中型、南水北调等引调水工程，并且呈现出耀眼的效果。因此，亟需大力推广基于GIS+BIM 技术的引水工程全生命期管理总控平台，使之能够在实际工程中发挥重要作用，提高引水工程的建设和管理水平。

（2）统筹建立、逐步完善工程信息系统，对规范管理程序、有效控制投资、降低沟通成本及风险、减少管理漏洞、完善知识沉淀、保障工程正常运行和综合效益发挥具有重要作用。

综上所述，利用当今先进的网络通讯技术和计算机硬件和软件技术，建成覆盖长距离引水工程全范围和全过程的信息系统，对全面提高工程管理机构的管理技术水平，实现工程建设管理的优化具有强有力的推动促进作用。