水利工程勘察設計與施工中數字化工具的應用研究

高慶保

（中國電建中國水利水電第七工程局有限公司，成都 611730）

1 引言

數字化技術和數字化工具在各個行業中的應用已經較為成熟，基于水利工程的重要性，將數字化技術和數字化工具應用到水利工程項目的建設過程中是一件正確且需要堅持的事情。探究數字化技術和數字化工具在水利工程勘察設計與施工階段的應用不僅可以確保工程勘察設計與施工質量符合相關要求，也便于加快施工進度，節約大量的人力和物資資源，獲得更好的經濟效益。因此，思考和分析水利工程勘察設計與施工中數字化工具的應用具有重要意義。

2 數字化工具的類型

2.1 GPS技術

GPS指具有海、陸、空全方位、實時、三維導航與定位功能的新一代衛星導航與定位系統，有全天候、高精度、自動化、高效益等顯著特點，主要應用于勘察、測繪、施工領域。該技術在水利工程中的應用體現于勘察階段可借助GPS技術和GPS設備擴大測量的范圍，提高測量精度；在測繪階段借助GPS技術和GPS設備能更好地確定測繪點位；在施工階段借助GPS設備可以全過程掌控工程設施的點位變化與精準點位，提高施工現場的進場布置進度[1]。

2.2 遙感技術

遙感技術指可以從遠距離感知目標反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線，對目標進行探測和識別的技術。現代遙感技術主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環節[2]。在工程中可以用于勘察、設計和施工環節，也可以在項目試運行階段用遙感圖片來檢測工程項目運行情況、編制和訂正小比例尺的圖紙等。

2.3 數字地圖

數字地圖指通過數字來表示的需要用專用的計算機軟件對儲存數字進行顯示、讀取、檢索、分析的存儲在計算機的硬盤、軟盤或磁帶等介質上的地圖內容。數字地圖已經成為重要的工程建設工具之一。目前，多數水利工程資料包括施工作業方案的制訂和工程項目建設規劃的科學性測定等都是依據數字地圖。

2.4 電子平板儀

電子平板儀是帶有光電測距裝置的平板儀，水利工程建設中主要搭配全站儀使用，起到輔助繪圖的作用。實際應用中，可以將勘察的地貌和地物等按照一定的比例和標注繪制在勘測地圖上；還可以測定不同比例尺的水利工程地形圖，幫助設計人員在設計階段更方便地參考勘察地圖，進而繪制較為準確的設計圖紙。

3 數字化工具在水利工程中的具體應用

3.1 數字化工具在水利工程勘察階段的應用

3.1.1 注重遙感技術在勘察階段的應用

應注重遙感技術在水利工程勘察階段的科學利用，在勘察階段借助有關的遙感影像對工程所在地的具體狀況加以合理測定，可以反映水利工程項目建設對河流的影響情況。比如，在立項時期，借助相關遙感資料，可以確定堤壩壩址和水庫區的位置；結合河流地理結構和地質的狀況等明確水庫坍塌和被淹沒位置等。通過遙感技術的應用還可以更加科學地對勘察結果進行評價，并形成系統的勘察圖像，以減少外業處理的任務量，提升勘察成圖的效率[3]。

3.1.2 加大數字地圖在勘察階段的應用

數字地圖屬于借助數字化工具繪制的相關資料，在水利工程建設中應用較廣。在水利工程的勘察階段可將數字地圖作為主要的參考資料，充分發揮數字地圖的作用來確定水利工程項目的選址和地位，以及作為野外作業的幫助等。具體應用有以下方面：

1）確定水庫相應的淹沒線、水庫面積以及匯水的狀況，劃定水利工程項目初期的水庫定位和搬遷區域。

2）明確水利工程項目具體的坐標、高程和位置等指標信息，為水利工程的設計和施工階段提供更多的借鑒和幫助。

3）使用更少的資源、更高效率地確定水利工程中各種管道、設施的布設和走向。

3.1.3 確保GPS應用的合理性

一般情況下，水利工程項目所在地的地理位置都十分復雜，導致勘察階段光學儀器設備運用存在一定的難度。所以，在水利工程勘測階段，可以借助GPS設備拓展勘察測定的實際范圍，提高勘察精準度，避免被地形環境干擾。另外，借助GPS設備，使勘察得到的數據信息可以實時記錄在檔，減少勘察人員的任務量，更方便后期進行數據處理。

3.1.4 電子平板儀的合理應用

將全站儀和電子平板儀配合起來可以更準確地采集平面坐標、高程等數據信息，不僅可以簡化勘察測繪的基本流程，提升勘察結論的準確性，還可以減少重復的工作量，提高勘察效率。借助電子平板儀和相關測圖系統等工具設備，完善水利工程的數字資料信息，再利用計算機處理水利工程的勘察數字資料信息，得到數字地面模型和完整的數字地圖等，減少了資源浪費，也有助于在設計階段實現對管道等設施的準確繪制。

3.2 數字化工具在水利工程設計階段的應用

1）在水利工程項目的設計階段，可以借助信息化技術和數字化工具分析、整合前期的勘察數據，形成設計底圖，并使用CAD制圖軟件，結合水利工程的具體狀況，設計出具體可行的設計方案。

2）初步方案設計完后，應對初步設計方案進行持續優化與細化，直至得到詳細的設計方案。借助數字化工具設計、存檔的初步方案可以實現電子圖的直接改進[4]。依靠CAD制圖軟件自帶的處理功能，設計人員可以根據坐標、高度等相關位置信息，對方案進行設計，也能在電子設計圖上對重要信息（相應角度、坐標值、距離和施工范圍等）進行標記。電子設計圖的應用不僅更方便設計人員進行修改，還能顯著降低誤差的概率。

3）數字化工具不僅可以制作二維設計圖，還可以依據二維設計圖借助有關軟件實現三維圖像的繪制。繪制堤防、渠道、管道線路等關鍵項的三維圖像，準確完成位置、距離的確定，也能少輕設計人員的任務量。

4）借助數字化工具及相關技術的應用，可以確保測定過程和設計計算過程的準確性，幫助設計人員繪制更高精確度的圖紙，使圖紙的作用發揮到最大。比如，結合勘察地圖上任意坐標點涵蓋的數據，可以直接繪制斷面圖、管道等，減少了設計計算量，也使設計計算更加精準。

3.3 數字化工具在水利工程施工階段的應用

3.3.1 GPS設備在施工階段的應用

1）GPS設備可以在施工階段幫助施工人員更快地定點、定位，能在受項目地形影響最小的情況下快速清理完施工場地，盡快完成后續施工的前期準備工作。

2）GPS設備也在整個施工階段起著重要作用，比如，對于渠道點位的開挖、管道線路的布置等都可以借助GPS設備精準定位，不僅可以減少二次施工，還能保證工程施工進度。

3）GPS設備可以實現數據實時記錄在檔，內業人員進行數據處理時只需調用，數據處理不僅更方便快捷，還能得到更具參考價值的內業數據資料。

3.3.2 遙感技術在施工階段的應用

首先，水利工程施工階段可以借助遙感圖片實時反映項目建設過程對整個河流流域的影響，以便結合這些影響進行單項調節。還可以利用遙感技術降低外業的工作量，再配合數字處理技術提高成圖工作效率及準確度。

3.3.3 電子平板儀和全站儀在施工階段的配合應用

在水利工程建設的施工階段，測繪人員可將電子平板儀與全站儀配合使用，一方面提高了測繪的速度，保證了工程施工的進度，另一方面也保證了測繪結果的準確性，減少了數據偏差，提高了工程的質量。同時借助平板儀和全站儀的使用，還能在一定程度上減少內業人員處理數據的工作量，極大地提升內業工作的效率。

3.3.4 數字地圖在施工階段的應用

在水利工程的施工階段，可以借助數字地圖優化施工作業方案，得到更加科學可行的施工方案。因為數字地圖成圖更加科學、準確性更高，有助于管理人員對施工現場的情況進行更加清晰的了解[5]。

4 數字化工具在水利工程建設中應用的建議

1）由建設單位牽頭鼓勵水利工程各參建單位在建設過程中積極應用數字化工具，強化數字化工具的應用力度，推動數字化工具在整個水利工程項目建設中的應用。

2）施工單位可以組織相關管理人員和作業人員進行數字化工具應用的培訓，比如，項目技術人員對遙感圖片的處理、數字地圖的處理培訓，一線作業人員對GPS設備的熟練應用和特種作業人員對全站儀和電子平板儀的使用培訓等。

3）建設單位可以組織相關參建單位，尤其是勘察、設計和施工單位的內業人員進行數字化工具數據的處理培訓，此舉不僅可以提高內業人員對數字化工具的認識，還能確保內業資料的準確性，減少更多的人力資源浪費，優化整個工程項目的人員配置。

4）勘察單位、設計單位和施工單位可以根據工程建設中數字工具應用的不方便之處或者需要優化之處提出自己的意見，共同完善現行數字化工具和數字化技術。

5 結語

隨著科技的日新月異，數字化工具在水利工程項目建設中的參與將會越來越多。目前，水利工程項目數字化工具的應用還不夠普及，還需要有關單位積極推動。加大數字化工具在工程建設中的應用，提高勘察結果的準確性，幫助設計單位制訂可行性更強的設計方案，協助施工單位更好更快地定準點位；還可以在一定程度上保證水利工程建設的質量和速度；在很大程度上解放人力資源；使項目內業處理更具有參考性。