水利新興技術(shù)的應(yīng)用

沈嘉浩 莫晨

摘 要：水利水電工程作為一項(xiàng)傳統(tǒng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，在這個(gè)技術(shù)爆炸、學(xué)科交融、萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，與新興技術(shù)的交聯(lián)與互融也越發(fā)緊密。為了推進(jìn)水利信息化向更高層次發(fā)展，我國(guó)水利工作者提出智慧水利這一理念，并根據(jù)這一理念科學(xué)大膽地引用了大量新興技術(shù)，有效地推動(dòng)了傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利的代際跨越。其中BIM、3S技術(shù)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)已得到廣泛運(yùn)用。

1. BIM技術(shù)

1.1 BIM技術(shù)簡(jiǎn)述

BIM即建筑信息模型，是喬治亞理工大學(xué)的Chuck Eastman教授為便捷實(shí)現(xiàn)建筑工程的可視化和量化分析提出的一個(gè)工程理念，它是根據(jù)建筑工程的全生命周期內(nèi)物理和功能特征的數(shù)字化表達(dá)，并進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理的過(guò)程和結(jié)果。相較于傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)模式，BIM具有高可視化、高模擬化、一體化、參數(shù)化、信息完備化、持續(xù)高度協(xié)調(diào)化等特性，因而可以優(yōu)化工程的設(shè)計(jì)建造過(guò)程，提高工程效率與質(zhì)量。

1.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

BIM技術(shù)在水利水電工程領(lǐng)域有很廣泛的施展空間，其可應(yīng)用于水利工程總體規(guī)劃、樞紐布置建模、施工導(dǎo)流、施工總布置設(shè)計(jì)集成等，在許多在建水利工程中有很豐富的應(yīng)用。例如長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院將BIM技術(shù)應(yīng)用到南水北調(diào)中線工程中，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，利用3D數(shù)字化技術(shù)完成施工勘測(cè)，設(shè)計(jì)規(guī)劃，土方開(kāi)挖等三維建模設(shè)計(jì)工作;通過(guò)模擬工程建設(shè)的各個(gè)施工階段以及工程建設(shè)后的運(yùn)行管理，發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中存在的問(wèn)題和安全隱患，及時(shí)合理調(diào)整工程方案，提升工作效率。

（一） BIM技術(shù)應(yīng)用在施工過(guò)程中的應(yīng)用

在水利水電施工過(guò)程中，工程監(jiān)理人員應(yīng)該注意施工進(jìn)度與項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)度的一致性，因?yàn)轫?xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃是施工之前應(yīng)該多方考察計(jì)劃的科學(xué)的、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕び?jì)劃標(biāo)準(zhǔn)，確保施工方向不偏離進(jìn)度計(jì)劃，水利工程項(xiàng)目才能夠如期的完成。當(dāng)施工過(guò)程之中，工程監(jiān)理人員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，改善問(wèn)題之后，施工的方向與項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃出現(xiàn)偏離現(xiàn)象，工程監(jiān)理人員應(yīng)該對(duì)施工方向及時(shí)作出調(diào)整，確保施工進(jìn)度與項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃保持一致，只有這樣，水利工程項(xiàng)目才能夠順利完成。在這一階段中，BIM 技術(shù)可以在三維立體視圖的基礎(chǔ)上添加時(shí)間維度，在 BIM 模型的管理中，可以對(duì)整個(gè)水利工程的周期起到監(jiān)督作用，施工人員也可以通過(guò)這個(gè)多維度的模型把握進(jìn)度。除此之外，BIM 技術(shù)還能夠?qū)こ趟璧脑牧线M(jìn)行統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，工程監(jiān)管人員能夠通過(guò) BIM 技術(shù)對(duì)工程情況進(jìn)行更好的管理。

（二） 利用 BIM 技術(shù)構(gòu)建安全管理模型

近幾年我國(guó)對(duì)水利工程安全問(wèn)題管理十分嚴(yán)格，但是安全事故還是時(shí)有發(fā)生，這就說(shuō)明水利工程施工中存在一定的問(wèn)題。BIM 技術(shù)可以對(duì)水利水電工程進(jìn)行模型的構(gòu)建，只需將工程中所有參數(shù)都輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)，BIM 軟件就可以自動(dòng)構(gòu)建模型。在 BIM 模型中，有工程的所有信息數(shù)據(jù)，并且對(duì)工程中的不足之處一目了然，因此基于 BIM 技術(shù)構(gòu)建的模型，可以起到找出安全隱患的作用，將安全隱患及早處理，營(yíng)造一個(gè)安全的施工環(huán)境。

2. 3S技術(shù)

2.1 3S技術(shù)簡(jiǎn)述

3S技術(shù)是指遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)。水利工程占地面積大，用地功能分區(qū)復(fù)雜，利用傳統(tǒng)測(cè)繪技術(shù)難以獲得高度精確的土地信息，而3s技術(shù)能夠全天候、全方位、快速而準(zhǔn)確地測(cè)量出環(huán)境的特征信息，并且針對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理、運(yùn)算、分析，為決策提供多種模擬優(yōu)化方案，極大地提高了工程精度與工作效率。

2.2 3S技術(shù)應(yīng)用

GPS技術(shù)和RS技術(shù)常用來(lái)收集地理信息數(shù)據(jù)，GIS技術(shù)用來(lái)儲(chǔ)存、管理信息。利用GPS技術(shù)全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)平面控制測(cè)量、放樣測(cè)量、高程測(cè)量等水利測(cè)量工作;利用RS技術(shù)具有大面積的同步觀測(cè)、時(shí)效性、數(shù)據(jù)的綜合性和可比性等優(yōu)勢(shì)可以獲得大量基礎(chǔ)水文信息。GPS技術(shù)和RS技術(shù)相結(jié)合就能夠幫助水利工程人員獲得具體的水利工程信息，并通過(guò)GIS技術(shù)將獲得的信息進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)水利工程測(cè)繪成果的信息化管理，建立測(cè)區(qū)的三維地面模型DTM。

（一） 水利測(cè)繪中3S技術(shù)的應(yīng)用

（1）利用 GPS 定位系統(tǒng)定位精度高、實(shí)時(shí)定位速度快、提供三維坐標(biāo)、操作簡(jiǎn)便、全天候作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)平面控制測(cè)量、放樣測(cè)量、高程測(cè)量等;

（2）RS 和 GPS 相結(jié)合進(jìn)行空中三角測(cè)量、估算空三加密精度、全野外碎部點(diǎn)采集、數(shù)字高程模型生成和編輯、數(shù)字正攝影像生成、正攝影像測(cè)圖和數(shù)字線化圖編輯并生成線劃圖，然后進(jìn)行野外補(bǔ)調(diào)，最后編輯生成最終的線劃圖，并轉(zhuǎn)換成 Auto2CAD 的 DWG 格式的圖形文件;

（3）利用 GIS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)部分水利工程測(cè)繪成果的信息化管理，建立測(cè)區(qū)的三維地面模型 DTM。

（二） 水資源生態(tài)環(huán)境管理中3S技術(shù)的應(yīng)用

水資源生態(tài)環(huán)境管理是指對(duì)含有豐富水資源的環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)性水資源管理的過(guò)程，3S 技術(shù)作為現(xiàn)時(shí)代較為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，理應(yīng)被廣泛應(yīng)用在水資源生態(tài)環(huán)境管理中，如用于河流水質(zhì)及水量、湖泊水質(zhì)及水量和水庫(kù)水質(zhì)及水量等監(jiān)測(cè)。將 3S 技術(shù)科學(xué)合理應(yīng)用到水資源生態(tài)環(huán)境管理中，不但能夠準(zhǔn)確的了解到不同生態(tài)環(huán)境內(nèi)水資源的情況，還能夠真實(shí)反映出水資源生態(tài)環(huán)境中的變化趨勢(shì)，更能夠?qū)⑺廴镜脑搭^及排污口等的分布空間全面展現(xiàn)出來(lái)，足以證實(shí) 3S 技術(shù)對(duì)水資源生態(tài)環(huán)境管理的重要性。

（三） 水利水電工程建設(shè)和管理中3s技術(shù)的應(yīng)用

主要用于水利電工程建設(shè)過(guò)程中的選址、工程項(xiàng)目規(guī)劃、施工設(shè)計(jì)及施工管理，如庫(kù)區(qū)移民前的安置地環(huán)境容量的調(diào)查、調(diào)水工程選線的因素影響評(píng)價(jià)、大中型水利工程的環(huán)境影響評(píng)價(jià)、河道的管理、防洪的規(guī)劃與建設(shè)等。

2.3 3S技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

（一）網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

當(dāng)下是一個(gè)信息化、數(shù)據(jù)化和網(wǎng)絡(luò)化集為一體的時(shí)代，3S 技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的重要產(chǎn)物之一，必定會(huì)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，這就要求水利部門(mén)要充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)資源，來(lái)實(shí)現(xiàn)水利方面的資源共享，即實(shí)現(xiàn) 3S 系統(tǒng)的 B/S 和 C/S 模式支持。

（二）集成化發(fā)展

通過(guò)對(duì) 3S 技術(shù)在水利行業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用了解到，RS 系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)和 GPS 系統(tǒng)的聯(lián)合不但要通過(guò)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)，以保證三者之間的嚴(yán)格性、緊密性和系統(tǒng)性，還需要將三個(gè)系統(tǒng)集成一個(gè)應(yīng)用價(jià)值最大的 3S 綜合系統(tǒng)，并且三個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合的過(guò)程中，會(huì)將其它系統(tǒng)融入其中，如 MIS 系統(tǒng)和 OA 系統(tǒng)等，以最大限度的滿足水利行業(yè)發(fā)展需要，進(jìn)一步證實(shí) 3S 技術(shù)集成化發(fā)展是必然趨勢(shì)。

（三）數(shù)學(xué)模型和決策分析一體化發(fā)展

水利工作者都了解，用 3S 技術(shù)單獨(dú)對(duì)瀏覽、查詢和分析采集數(shù)據(jù)形成的圖形，對(duì)水利行業(yè)發(fā)展是沒(méi)有太多意義的，只有將 3S 技術(shù)中的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建功能及決策分析功能一起應(yīng)用到水利工作中，才能有效提高水利工作效率和質(zhì)量，進(jìn)而促進(jìn)水利行業(yè)發(fā)展，所以 3S 技術(shù)中數(shù)學(xué)模型和決策分析一體化已然成為一種必然發(fā)展趨勢(shì)。

3. 總結(jié)

綜上所述，科技在不斷發(fā)展，各行各業(yè)都在不斷涌現(xiàn)新技術(shù)，我國(guó)水利水電工程行業(yè)也不斷發(fā)展，水利水電工程行業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)基礎(chǔ)型產(chǎn)業(yè)，也逐漸與新技術(shù)相結(jié)合。BIM技術(shù)和3S 技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于水利行業(yè)中，有效促進(jìn)了水利行業(yè)發(fā)展，同時(shí)水利行業(yè)的發(fā)展也提高了對(duì) BIM技術(shù)和3S 技術(shù)的需求，進(jìn)而促進(jìn)了BIM技術(shù)和3S 技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，適應(yīng)了信息時(shí)代、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展速度，所以在水利行業(yè)中應(yīng)用BIM技術(shù)和3S 技術(shù)是必要和重要的。