工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用

李文靜，黃夢超

（青州市水利建筑總公司）

1 工程大數(shù)據(jù)基本特征

在大數(shù)據(jù)技術(shù)不斷發(fā)展下，其概念、關(guān)鍵技術(shù)也在不斷完善和更新。大數(shù)據(jù)具備四方面特性，即數(shù)據(jù)規(guī)模海量、數(shù)據(jù)流動(dòng)快速、數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)價(jià)值龐大等，這些特性成為判斷是否構(gòu)成大數(shù)據(jù)的因素。對于水利工程而言，主要建設(shè)內(nèi)容包括閘門、管道、水庫、隧道、盾構(gòu)等，在建設(shè)過程中涉及的要素有也較多，比如資金、環(huán)境、質(zhì)量、安全、穩(wěn)定、水質(zhì)、調(diào)度、運(yùn)營等，這些建設(shè)內(nèi)容、涉及要素產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也是多種多樣、復(fù)雜多變的，具有大數(shù)據(jù)的特征。

1）數(shù)據(jù)多，來源和形式多樣

水利工程的數(shù)據(jù)來源十分廣泛，在工程建設(shè)的各個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生，包括所有監(jiān)測設(shè)備每秒鐘產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，還包括工程設(shè)計(jì)、施工BIM 模型構(gòu)建等相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，在工程建設(shè)管理過程中，也會(huì)產(chǎn)生各種管理數(shù)據(jù)、調(diào)度數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)年增長量會(huì)超過1TB，具備大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征。

2）數(shù)據(jù)快速增長，有較高的價(jià)值

在水利工程建設(shè)管理的過程中，隨著信息化技術(shù)的不斷應(yīng)用，會(huì)逐漸完善監(jiān)測密度和指標(biāo)，提升建設(shè)運(yùn)行數(shù)據(jù)的增長速度，這些數(shù)據(jù)就是水利工程建設(shè)、管理、運(yùn)營各個(gè)階段必要的參考數(shù)據(jù)，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3）數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化變化，具有較強(qiáng)實(shí)時(shí)性

在水利工程建設(shè)管理中，產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化特征，比如，水文條件、生態(tài)、水質(zhì)等監(jiān)測過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，會(huì)在不同時(shí)間段、不同地點(diǎn)發(fā)生不同變化。應(yīng)用工程BIM模型時(shí)，能夠及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對模型構(gòu)建進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，水利工程對大數(shù)據(jù)還有較高實(shí)時(shí)性的要求，需要其準(zhǔn)確、有效，能夠?qū)κ┕ぁ①|(zhì)量、調(diào)度數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效監(jiān)測，分析工程運(yùn)行是否穩(wěn)定、通暢，是否需要應(yīng)急措施等。

4）數(shù)據(jù)交織影響，有一定關(guān)聯(lián)性

在水利工程中，各種數(shù)據(jù)之間具有交織影響、相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。比如，工程進(jìn)度數(shù)據(jù)，與施工設(shè)備狀況、施工條件、施工天氣、施工標(biāo)段等數(shù)據(jù)有一定關(guān)聯(lián)。

2 水利工程大數(shù)據(jù)構(gòu)成

對于水利工程大數(shù)據(jù)而言，其基本模型主要是根據(jù)工程對象明確標(biāo)準(zhǔn)，確定標(biāo)識和屬性，能夠避免大量數(shù)據(jù)影響數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，標(biāo)識能夠表明工程對象的存在性和唯一性，屬性能夠表明工程對象存在的關(guān)聯(lián)特征，比如BIM特征、從屬特征、業(yè)務(wù)特征以及標(biāo)識特征等。具體水利工程大數(shù)據(jù)基本模型如圖1所示。

圖1 水利工程數(shù)據(jù)資源模型

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

主要包括水利工程承包單位、建設(shè)單位、參建單位、標(biāo)段、工程劃分、設(shè)備機(jī)械、監(jiān)測站等數(shù)據(jù)信息。

2）空間數(shù)據(jù)

主要是空間地理角度中的數(shù)據(jù)，比如，水庫、河流、隧洞、泵站等數(shù)據(jù)，還包括衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、傾斜攝影數(shù)據(jù)等。

3）BIM數(shù)據(jù)

主要是工程BIM模型架構(gòu)中的數(shù)據(jù)，比如，擋水建筑物模型、邊坡工程模型、導(dǎo)流建筑物模型、管理建筑物模型等，其中包含的數(shù)據(jù)能夠體現(xiàn)出精度、深度、標(biāo)準(zhǔn)等，進(jìn)而保證BIM數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性。

4）工程管理數(shù)據(jù)

主要是水利工程建設(shè)各個(gè)階段管理的數(shù)據(jù)，如進(jìn)度、安全、質(zhì)量、資金、生態(tài)、智慧工地、環(huán)境等方面管理的數(shù)據(jù)。

5）工程監(jiān)測數(shù)據(jù)

主要是水利工程建設(shè)各個(gè)階段監(jiān)測的數(shù)據(jù)，如安全、質(zhì)量、生態(tài)、環(huán)境、水質(zhì)等方面監(jiān)測的數(shù)據(jù)。

6）調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)

主要是調(diào)度運(yùn)行過程中的各個(gè)數(shù)據(jù)，包括方案數(shù)據(jù)、評價(jià)數(shù)據(jù)、指令數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)、需水來水?dāng)?shù)據(jù)等。

7）多媒體數(shù)據(jù)

主要是工程建設(shè)、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的圖片、文檔、聲音、影像、視頻等數(shù)據(jù)。

3 工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理中的治理方法

工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用主要分為四個(gè)階段：數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、存儲服務(wù)等。應(yīng)用質(zhì)量控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)、ETL 技術(shù)等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、清洗、建模、裝載、歸類處理、一致處理，處理圖斑、編碼、質(zhì)量檢查等，并借助分布式存儲功能對水利工程各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和服務(wù)，具體治理方法如圖2所示。

圖2 工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理中的治理方法圖

對數(shù)據(jù)匯聚而言，采用Web Service，借助前置系統(tǒng)、FTP、網(wǎng)絡(luò)爬蟲、表格文件等上傳方式，對水利工程各方面監(jiān)測進(jìn)行感知，實(shí)現(xiàn)相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和其他外部系統(tǒng)之間產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、時(shí)序性、關(guān)系性以及地理空間數(shù)據(jù)的匯聚。

數(shù)據(jù)清洗主要采用全流程數(shù)據(jù)清洗模式，在數(shù)據(jù)補(bǔ)全、轉(zhuǎn)換、去重、過濾、校驗(yàn)等操作中對垃圾數(shù)據(jù)進(jìn)行清理，修補(bǔ)不全的數(shù)據(jù)，改善數(shù)據(jù)格式，解決數(shù)據(jù)內(nèi)容錯(cuò)誤的問題，保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升應(yīng)用價(jià)值。

用數(shù)據(jù)融合模型處理數(shù)據(jù)融合。將數(shù)據(jù)作為管理對象，建立跨組織、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和組合，對數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、分析和匹配，實(shí)現(xiàn)零散數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

數(shù)據(jù)服務(wù)主要采用分布式技術(shù)，包括資源調(diào)度、存儲管理和數(shù)據(jù)服務(wù)等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、管理和服務(wù)。

4 工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用途徑

4.1 工程大數(shù)據(jù)在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，主要借助大數(shù)據(jù)明確工程的具體位置，分析工程周圍環(huán)境、地形地勢等，了解當(dāng)?shù)厮臍庀髼l件和變化特點(diǎn)等。同時(shí)，相關(guān)學(xué)者對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究和分析之后發(fā)現(xiàn)，大數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)水文氣象數(shù)據(jù)的抽象分析結(jié)果相比較，可靠性更高。尤其是遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)使地面水文監(jiān)測站具有全面水文信息感應(yīng)系統(tǒng)，為建設(shè)工作奠定基礎(chǔ)。

4.2 工程大數(shù)據(jù)在施工建設(shè)階段的應(yīng)用

通過對大數(shù)據(jù)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，智能化水利工程的建設(shè)主要是構(gòu)建智慧大壩。該智慧大壩主要包括空間層、感知層、傳輸層、管理決策層以及智能分析層等幾個(gè)層次。在實(shí)際施工建設(shè)中，可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對水利工程項(xiàng)目實(shí)施不同程度、不同階段的優(yōu)化和控制，對大壩質(zhì)量、穩(wěn)定性等進(jìn)行全面分析。還可以將施工進(jìn)度計(jì)劃、進(jìn)度監(jiān)控、資源監(jiān)控、作業(yè)狀況等信息記錄在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，建立工程進(jìn)度數(shù)據(jù)圖或者模型圖，精確識別存在窩工和安全隱患的工區(qū)或標(biāo)段，輔助管理人員及時(shí)掌握施工狀態(tài)，有效處理各種風(fēng)險(xiǎn)，保證施工進(jìn)度。

4.3 工程大數(shù)據(jù)在運(yùn)營管理階段的應(yīng)用

在水利工程正式運(yùn)營管理階段，可以將大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用其中，加強(qiáng)對洪澇災(zāi)害的管理，并借助該技術(shù)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息，提前預(yù)測災(zāi)害的發(fā)生，采取應(yīng)急處理措施，避免災(zāi)害發(fā)生造成嚴(yán)重影響。另外，在水利工程運(yùn)營管理中，可以利用工程大數(shù)據(jù)，借助運(yùn)維大數(shù)據(jù)算法，將工程安全監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、調(diào)度監(jiān)測等技術(shù)手段結(jié)合起來，對工程中機(jī)電設(shè)備、水工建筑物的狀態(tài)進(jìn)行檢查和評估，預(yù)測設(shè)備是否出現(xiàn)異常，進(jìn)而保證工程安全運(yùn)行。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水利工程建設(shè)速度、效率越來越高。現(xiàn)階段，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用在水利工程建設(shè)管理中，相比傳統(tǒng)管理模式，能夠有效發(fā)現(xiàn)工程中存在的問題，并對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判，在實(shí)現(xiàn)工程安全監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測和調(diào)度監(jiān)測的同時(shí)，借助遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM技術(shù)，將大數(shù)據(jù)的價(jià)值發(fā)揮出來，推動(dòng)水利工程向著智慧化方向發(fā)展。