——记引汉济渭三河口水利枢纽施工期监控管理智能化
□本报记者岳虹张卫东刘祖国
传统的筑坝经验同最前沿的信息科技相遇，会碰撞出怎样的火花？
在秦岭南坡，陕西佛坪大河坝镇，两座耸峙的青山之间，引汉济渭工程的调蓄中枢——三河口水利枢纽工程，正如火如荼地建设着。
引汉济渭工程是国务院确定的项节水供水重大水利工程之一，是解决关中、陕北缺水，统筹陕南、关中、陕北三大区域水资源，保障全省经济社会发展的全局性、基础性、战略性、公益性的大型跨流域调水工程。
大坝建设现场华水智控提供
引汉济渭的关键性工程三河口大坝，是国内在建最高的碾压混凝土双曲拱坝之一，其施工工艺等方面的严苛要求，给项目管理带来巨大挑战。
如何做到管理优化？如何提高施工效率？如何在复杂的施工现场控制进度、安全、质量？如何降低风险？
一套施工期智能管理系统，成为信息化同水利工程建设管理融合创新积极探索的新尝试。
敢为人先
双曲拱坝施工是个“精细活儿”。倒悬的“双曲”结构精妙，不容误差；坝踵容易反复受力，变形监测必须精细入微；混凝土的水化热特性导致防裂极其困难……
依靠智慧水利，自动采集分析数据并反馈，实现施工期智能化监控，成为首选。
“智慧水利的发展瓶颈，不在技术而在理念。观念是时候变一变了！”引汉济渭公司党委书记杜小洲如是说。他提出了要把引汉济渭建成全国水利系统第一批信息化工程的目标，而三河口枢纽智能监控项目正是重要一环。
落实此项目的中标单位华北水利水电大学，是个产学研用硕果累累的科技实体，面对如此复杂、如此体量、牵涉合作方如此众多的项目，他们应该如何驾驭？“培养适应时代潮流的水利人才，是水利院校义不容辞的责任。我们必须积极参与到国家重大水利工程建设和智慧水利建设中来。”华北水利水电大学校长刘文锴道出心声，表达了学校领导班子对此项目的支持和鼓励。
项目技术带头人是总工程师魏群。在谈及项目重要性时，他说：“作为多年从事BIM（建筑信息模型）技术推广、信息化工作的水利人，我一直在思考如何实现前沿技术和传统筑坝工艺的完美结合。这次的项目，无疑是一次良机。”
项目主要承担者华水智控，也面临挑战。项目涉及大坝建设的各个领域，有些非己所长。怎么办？借力于国内顶尖团队，合作开发。
下定决心，敢为人先。在各方共同努力下，堪称目前国内信息化最全面、最深入的水利工程施工期智能监控系统——三河口施工期智能监控项目，诞生了！
三河口水利枢纽施工期监控管理智能化工程展示页面华水智控提供
浇筑典范
将90万立方米混凝土，以30厘米为一层进行层层碾压，形成大坝主体；将37万立方米混凝土，注入以钢筋为骨架的模板中进行振捣，构筑大坝的特殊部位。在3年内，万立方米的混凝土浇筑形成米高的大坝。这是三河口大坝的基本建设过程。
三河口施工期智能监控项目，正是要在三河口大坝的建设过程中，采集数据，集成至平台，使业主、施工方、监理方、设计方等共享信息。在此之上，分析、研判施工质量是否达标，并第一时间通知责任人整改。
“嘀嘀……”这是智能预警系统在发出“警报”。“4月16日10点13分，编号01的碾压车在碾压第11层时振动频率过高，不符合要求。”这条预警信息，由碾压车上的激振力传感器，通过一款名为“预警信息”的手机软件传达到各负责人，提醒立即处理。待处理过后，软件中的显示会从“未处理”变为“已处理”。
机器报警和人工监督到底有什么不同？
“人力监控漏洞很多。”有几十年监理经验的水工专家仲深意颇为感慨，“各项数据不再靠人，而是通过传感器采集上传，一下解决了人力监控死角多、数据失真或延迟的问题。机器可不用上厕所，也不会打盹儿，更不会说谎！”
智能化获取数据并指挥现场作业；“协助人、解放人、管理人”，而不再仅仅依靠“人盯人、人管人”。这正是项目的目标。
华水智控项目的重要特色，是实现BIM系统的动态应用，利用一个平台集成数据，实时监管。动态，实时，实现对工程的反馈控制，将BIM系统应用推到新高度。
“BIM”是“建筑信息模型”的简称，是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的技术过程。以往的BIM应用案例往往“浅尝辄止”，仅在设计阶段提出概念或建造模型，极少在施工过程中真正应用，甚至只是将其他项目的模型拿来修修改改就直接使用。
而本项目真正“用活”了BIM系统。随着大坝浇筑的进展，大坝浇筑不同阶段、不同关键模块的数据不断更新，集成至BIM平台，不断升级优化着“1+10”系统的各个模型。更重要的是，BIM平台还能实现反馈，对工程进行控制与管理。这是一次成功的突破。
“BIM”的本质在于“将数据附着于模型，用模型集成数据”。本项目在集成海量数据的同时，利用BIM平台的三维立体图形，将复杂的大坝建设过程，直观、清晰地展现出来。
总工程师魏群教授是国内BIM领域的技术权威，他早年间在海外深造时便专攻该领域，率先提出了5DBIM技术和数字图形介质理论，在计算机图形学DNA的层面上诠释了BIM的实质和应用。他全权负责项目的BIM技术应用，为项目研发提供强力保障。
除“BIM”这一特色外，项目的亮点还体现在两“最”——最全面和最深入。
“最全面”是相对于之前其他项目的“1+3”“1+4”系统，头疼医头、脚疼医脚的单向处理方案而言。本项目中的智能化模块达10个，简称“1+10”，目前国内最多。大坝施工中的智能温控、碾压质量、加浆振捣、综合质量、灌浆质量、坝踵变形、车辆跟踪、进度仿真、反演分析、视频监控，犹如十根擎天柱，各有担当，又串并成网，数字、图形、影像等40多种数据格式相互传输、转换、共享。数据随时间而动，随工程而长，规模宏大，海量数据实现云存储，体现出大数据的气派、云存贮的“肚量”，为大坝枢纽的全生命周期管理，提供了可靠的技术保障。
每个模块都有创新。尤其采用了国内自主创新的骨骼网架成图，信息附着图形，图形隐含数据的专利技术，使得这“1+10”平台在BIM自主创新技术上扎扎实实地迈出了几大步。
其中，“大坝坝踵变形自动化监测管理子系统”首次在国内实现了施工期坝踵变形监测。该系统利用最先进的变向传感器，针对三河口大坝3个典型坝段开展变形监测，实时捕捉坝体变形数据，为后期大坝工作性态分析提供依据。
面对混凝土拱坝最大的“敌人”——裂缝，温控系统足够强悍。中国水利水电科学研究院结构材料所应邀出马相助，他们在温控领域堪称首屈一指。水科院的温控专家常驻三河口现场，参与具体业务讨论及执行，负责周报、月报的生成。一旦到关键节点或遇到关键问题时，项目还将邀请国内拱坝结构、应力方面的权威专家把关。
“以往的办法是，施工人员走到各处去看温度计，发现如果过冷或过热，再通知人员去打开或关闭通水阀门，从而控制通水量，调节温度；而现在，数据由智能温度计上传，平台自动分析是否达标，然后自动调整通水阀门。孰优孰劣，一目了然。”项目经理魏鲁双向记者介绍。魏鲁双是一位年轻的“海归”，信息技术博士，也早已投身于水利水电领域。通过国内几个水电项目的锤炼，已成为精通信息化软硬件开发和水工专业结合应用的专家。
“最全面”可见一斑。“最深入”又体现在何处？
体现在硬件设备过硬。
项目人员通过大屏幕介绍监测情况华水智控提供
打开设备清单，上百种硬件设备映入眼帘。仅在温控模块中，就配备了只温度传感器。“这种温度计能避开外界多种干扰。”项目副总工程师尹伟波说。尹伟波有近10年从业经验，具有水工和计算机应用双重学术背景。
1毫米，是整个工区GPS差分定位系统的定位精度。
0.1毫米，是变向传感器监测坝体位移所达到的精度，比当前国内约几毫米的监测精度高出一个数量级。
…………
硬件条件实现了“机器代替人”的转变，能有效解决“人管人”模式下数据获取不及时、不真实、不全面、不准确的“四不”问题，为参建各方提供管理依据。
其次，“最深入”也体现在“软件”过硬。将BIM系统深入应用，并不断优化各模块模型，真正用活数据，实现对现场的控制和人工干预。这正是“最深入”的体现。
“采用这套‘1＋10’系统，施工质量能达到什么效果?”
在项目部，记者遇到施工方水电四局项目部副总质检师史广生，便有此问。这位曾参与过云南小湾、黄登等大型水电站建设，在黄登水电站建设中更是应用过类似智能监测技术的老手，谈到本项目对混凝土施工质量控制起到的作用时，一再表示：监管积极有效，应用效果良好。
“项目的各类智能监测数据，为我们进行现场作业人员管理、施工质量监管，提供了重要的参照依据，同时，也对项目部的精细化管理起到了推动作用。”水电四局项目部党总支书记刘红玉告诉记者。
随着时间推移，施工期终将结束。大坝竣工之时，最终交付的不仅有一个实体的大坝，还有记录着大坝全生命周期一路轨迹的数据库——“数字大坝”。这些数据存储于计算机里，赋予大坝另外一条生命，是大坝的“成长档案”，也是今后工程运行管理维护信息化的重要依据。
融合创新
“融合”是项目的关键词。
最前沿信息科技同水工建设管理两个领域的深度融合，是项目的最大创新之处。
这种融合首先是人才的融合。打开项目人员名册，既有从事水利工程建设半辈子的水利工程监理专家，又有顶尖的水工专业学术专家；既有埋头写代码的程序员，又有扎根施工现场研究传感器对接的硬件工程师，还有提供通信保障的网络工程师……“搞计算机的必须得懂大坝的关键建设流程，做水工的也必须得懂些网络技术”，大家各司其职，互助协作，“谁也离不开谁”。
融合还体现在多个领域的“最强大脑”造就深度融合。国内顶尖团队和技术专家纷纷加入。
中国水利水电科学研究院团队，除温控领域外，在坝踵变形监测、大坝施工质量综合监控管理、大坝施工进度仿真管理等水工技术难度较大的领域，也提供着自己的能量。清华大学张建民院士并行开展的无人驾驶碾压混凝土智能筑坝技术，是人工智能应用于水利建设的具体体现，目前已在本项目中以无人驾驶碾压混凝土智能筑坝技术的形式，开展试验研究。
融合也体现在理念的创新与融合，这与华北水利水电大学的理念不谋而合，体现在体制的创新。
“项目现场怎么样？顺利吗？”在接受采访的间隙，刘文锴校长向刚从工地回来的人员仔细问询，言辞恳切。
该项目是学校在智慧水利方面的典型示范项目，校领导高度重视，特创新管理体制，成立联合管理组，由法律事务中心、科技处、财务处、国资处、监察处等所有项目涉及部门的副处长组成，专事专办，群策群力，提供了强力后方保障。
“融合”对华北水利水电大学而言还意味着前后方的通力合作。
有理念，有设备，有实践，后方团队为项目的顺利推进提供着坚实支撑。
记者来到项目的后方——华北水利水电大学钢结构与工程研究院实验室，立刻被各种高科技设备吸引：国内领先的无人机及相应摄影摄像设备，中原第一家居国际领先水平的3D显示系统，3D打印设备……
项目人员同施工方召开联席会议推进工作
华水智控提供
前方，驻工地人员不断进行数据采集，处理现场情况；后方，研究院团队根据数字图形介质理论，将相应节点的数据作进一步分析，不断优化“1+10”系统的模型；根据无人机拍摄的照片，通过即时定位与地图构建技术，由照片反推出各项数据，对不同阶段的坝体进行3D打印，进行实体分析。
“这个项目要集中国内优秀团队，强强联合，共同打造国内水利工程施工期智能监控工程的样板！将来引汉济渭要全线实现信息化管理，西安设总调度中心，这里（三河口）是分调度中心。”杜小洲在谈到项目的前景时雄心勃勃。这个勇于创新的团队正遵循习近平总书记的教诲，要将“要不来，买不来，讨不来”的关键核心技术扎扎实实地做出来、建起来、用起来。
短评：让智慧之光照向水利未来
□本报记者张卫东岳虹
继水利部参咨委联合各相关单位专题调研智慧水利，并发布《智慧水利现状分析及建设初步设想》之后，第七届水库大坝新技术推广研讨会和高坝大库抗震安全国际学术研讨会又在成都召开并达成共识：作为事关国计民生的重要基础设施，每一座水库大坝在全生命周期内要保障安全可靠——这是水库大坝高质量发展的重要标志。实现这一目标，重要的途径是通过大力发展智慧化大坝建造和管理技术，提高水库大坝的自身安全，增强其综合服务功能，努力提升坝工事业的现代化水平。
三河口水利枢纽，即是这一共识的实践典范。该工程施工期监控管理智能化施工项目，服务于引汉济渭关键水源调蓄工程的质量监控。这个项目，将国内信息化前沿科技在水利工程建设管理中的应用，推至前所未有的高度。
实施三河口施工期智能监控项目是着眼全局、敢为人先的明智选择。实施中，项目团队群策群力、开拓创新、拼搏奉献，大坝建设有关各方团结协作、密切配合，共同创出一条推动大坝建设管理行业向着智慧水利奋力前行的道路，也为我国智慧水利的起步、发展和壮大积累着宝贵的经验。
智慧水利理念落实到三河口大坝的实践，步步脚踏实地。它必将从三河口枢纽映照整个引汉济渭工程，必将从大坝工程建设领域融入更大范围的水利建设与管理领域乃至水利全行业，推动水利事业走向现代化的光明未来。
随着移动互联技术、物联网技术及BIM（“建筑信息模型”的简称）技术的普及，智慧水利即将迎来蓬勃发展的春天。三河口施工期智能监控项目正在进行，将结硕果。华水智控团队厚积薄发，成绩斐然。在未来，它会引领更多的伙伴，汇成智慧水利发展大军，浩浩前行。
