數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用研究

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，政府對(duì)水利水電等基礎(chǔ)設(shè)施投入加大。水利工程難度大、周期長、風(fēng)險(xiǎn)高，采用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行勘察、測(cè)繪、設(shè)計(jì)與監(jiān)管，能提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，保障施工安全，優(yōu)化建設(shè)方案，提升水電資源利用率，確保水土平安。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；水利水電；工程建設(shè)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.07.042

中圖分類號(hào)：TP 3；TV 212 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）07-0-03

Research on the Application of Digital Technology in the Construction of Water Conservancy and Hydropower Engineering

ZHANG Xiaojuan

（China Huadian Economic and Technical Consulting Branch， Beijing 100031， China）

Abstract： With the economic development， the government has increased its investment in infrastructure such as water conservancy and hydropower projects. Water conservancy projects are challenging， lengthy， and high-risk. The application of digital technology in surveying， mapping， design， and supervision can improve data accuracy， ensure construction safety， optimize construction plans， increase the utilization rate of water and power resources， and ensure the safety and prosperity of water and soil.

Keywords： digital technology; water conservancy and hydropower; engineering construction

0 引言

在當(dāng)今信息自動(dòng)化與數(shù)字化技術(shù)持續(xù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代大背景之下，水利水電工程的測(cè)繪、設(shè)計(jì)以及施工管理等諸多環(huán)節(jié)都紛紛納入了與之相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)。這些先進(jìn)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，極為顯著地提升了水利水電工程數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)程度以及施工的效率，同時(shí)還大幅減少了工程設(shè)計(jì)與施工過程中潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，從而為工程的綜合質(zhì)量和效益提供了堅(jiān)實(shí)有力的保障。現(xiàn)階段，被廣泛應(yīng)用于水利水電工程建設(shè)的數(shù)字化技術(shù)涵蓋了GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)字化原圖技術(shù)、RTK技術(shù)、BIM技術(shù)等。以上這些數(shù)字化技術(shù)能夠聯(lián)合應(yīng)用在水利水電工程建設(shè)的不同階段，充分體現(xiàn)出其技術(shù)的集中性優(yōu)勢(shì)。通過這種方式，可以成功打造信息化的數(shù)據(jù)管控平臺(tái)，進(jìn)而大幅度提升水利水電工程的建設(shè)效率，進(jìn)一步發(fā)揮出工程在經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及社會(huì)效益等方面的巨大價(jià)值。這些數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，為水利水電工程的發(fā)展注入了強(qiáng)大的動(dòng)力，推動(dòng)其不斷邁向更高的水平。

1 數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的

應(yīng)用價(jià)值

1.1 提高工程設(shè)計(jì)精度

數(shù)字化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用可利用傳感器與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與分析，極大地節(jié)省了設(shè)計(jì)人員前期準(zhǔn)備的時(shí)間，同時(shí)還提升了數(shù)據(jù)測(cè)量與計(jì)算的精準(zhǔn)度。另外，類似CAD之類的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)還具備智能化檢測(cè)技術(shù)，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案及其參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)與核對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)方案中不合理的地方并生成優(yōu)化的成果。設(shè)計(jì)圖紙繪制是水利水電工程建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要步驟，圖紙的合理性與精準(zhǔn)性則會(huì)直接影響后期工程施工情況。而傳統(tǒng)的手繪方式不僅浪費(fèi)工作時(shí)間、耽誤工程進(jìn)度，還存在嚴(yán)重的人為失誤與誤差問題。現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)通過專業(yè)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行自動(dòng)設(shè)計(jì)、繪圖與建模，可極大地提升設(shè)計(jì)圖紙的繪制精度，還能夠通過軟件進(jìn)行參數(shù)的修改，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的自動(dòng)化更新，極大地提升了設(shè)計(jì)圖紙的精準(zhǔn)性，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。如CAD技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)低水位水庫曲線以及壩面曲線的繪制，展示復(fù)雜的水利工程建筑結(jié)構(gòu)，提升設(shè)計(jì)圖紙繪制工作的水平[1]。

1.2 保證測(cè)繪數(shù)據(jù)完整性

在水利水電工程建設(shè)的過程中，對(duì)工程數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度有著極其嚴(yán)苛的要求。這是由于水利水電工程本身具備復(fù)雜性以及數(shù)據(jù)龐大性等顯著特征，倘若其中極為微小的數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，都有可能引發(fā)工程施工方面的重大問題，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定甚至出現(xiàn)安全事故。數(shù)字化勘探與測(cè)繪技術(shù)相較于人工測(cè)繪而言，充分展現(xiàn)出了精準(zhǔn)性方面的巨大優(yōu)勢(shì)。它借助高精度的儀器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)繪，能夠輸出更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，極為有效地規(guī)避了人工誤差的問題，極大地提高了水利水電工程測(cè)繪、設(shè)計(jì)以及施工的精準(zhǔn)程度。此外，數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)還能夠廣泛地收集與工程相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過電子存儲(chǔ)空間來進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，隨后再借助智能化系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，從而為工程技術(shù)人員輸出更加完整且有效的工程數(shù)據(jù)。這種技術(shù)的應(yīng)用，不僅為水利水電工程的順利推進(jìn)提供了可靠保障，也為工程質(zhì)量的提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，對(duì)整個(gè)水利水電行業(yè)的發(fā)展具有不可忽視的重要意義。

1.3 提高工程建設(shè)效率

數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)明顯地呈現(xiàn)出趨向智能化發(fā)展的態(tài)勢(shì)。而智能化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用，充分凸顯出了功能性的優(yōu)勢(shì)。它能夠達(dá)成水資源、人力資源的優(yōu)化配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場資源的統(tǒng)籌管理，大幅度縮短系統(tǒng)資源配置與部門協(xié)調(diào)所花費(fèi)的時(shí)間，從而極大地提升了工程建設(shè)的效率。另外，水利水電工程由于其施工規(guī)模龐大、建設(shè)周期較長，所以施工進(jìn)度往往會(huì)受到多種因素的影響，常見的有工期延遲、成本增加等一系列問題。面對(duì)這樣的情況，工程管理人員可以借助信息技術(shù)來搭建施工精細(xì)化管理平臺(tái)。通過這個(gè)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的進(jìn)度追蹤與管理，切實(shí)落實(shí)動(dòng)態(tài)管控以及對(duì)整個(gè)工程的全面監(jiān)管。這樣一來，就能夠在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素，并迅速做出對(duì)應(yīng)的措施，有力地確保工程能夠在規(guī)定的工期內(nèi)順利完工，同時(shí)也能減少資源的不必要浪費(fèi)。智能化技術(shù)與信息技術(shù)的應(yīng)用，為水利水電工程的高效建設(shè)和科學(xué)管理提供了強(qiáng)大的支撐，推動(dòng)著水利水電行業(yè)朝著更加智能化、高效化的方向不斷發(fā)展。

2 數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的

實(shí)踐應(yīng)用

2.1 數(shù)字化原圖技術(shù)

數(shù)字化原圖技術(shù)通過矢量圖掃描儀快速處理大比例尺原圖，獲取原圖中的有效數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字地形圖，為水利水電工程建設(shè)提供準(zhǔn)確的地形圖數(shù)據(jù)及信息。水利水電工程的數(shù)字化測(cè)繪原圖與數(shù)據(jù)分析結(jié)果應(yīng)當(dāng)相互對(duì)應(yīng)，若存在較大差異則會(huì)導(dǎo)致測(cè)繪誤差，而數(shù)字化原圖技術(shù)就能夠廣泛收集數(shù)據(jù)并直觀展示地形地貌，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，給出水利水電工程建設(shè)所需測(cè)量結(jié)果。數(shù)字化原圖技術(shù)應(yīng)用原理在于FBM（分層匹配方法）及LSM（最小二乘法測(cè)量），通過計(jì)算機(jī)算法對(duì)圖片測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步提高了連接點(diǎn)的匹配精度。根據(jù)工程技術(shù)人員需求，數(shù)字化全圖技術(shù)可實(shí)現(xiàn)原圖匹配程度調(diào)節(jié)，且這個(gè)過程無視密區(qū)形狀及重疊度的影響，可極大提高測(cè)繪數(shù)據(jù)精度[2]。

2.2 GPS技術(shù)

GPS技術(shù)是廣為人知的三維導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，其主要通過空間星座系統(tǒng)與用戶設(shè)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定位與導(dǎo)航服務(wù)，因此水利水電工程人員也將其應(yīng)用于工程測(cè)繪與施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，從點(diǎn)、線、面三個(gè)維度顯示被測(cè)量對(duì)象的位置信息，并通過計(jì)算機(jī)處理后形成更加簡化的三維數(shù)據(jù)坐標(biāo)。GPS技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)各種移動(dòng)設(shè)備定位與導(dǎo)航中，呈現(xiàn)出高精度、易操作等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際的水利水電工程建設(shè)中，技術(shù)人員根據(jù)GPS選點(diǎn)設(shè)置埋設(shè)點(diǎn)并標(biāo)號(hào)，分別安裝GPS接收設(shè)備，注意控制發(fā)現(xiàn)點(diǎn)發(fā)射源與埋設(shè)點(diǎn)間距達(dá)到

50 m以上，即可使用GPS靜態(tài)模式下的報(bào)表檢索[3]。

2.3 GIS技術(shù)

GIS技術(shù)是一種先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)，它具備對(duì)地理空間模型進(jìn)行深度剖析的能力，能夠?qū)崟r(shí)捕獲和提供動(dòng)態(tài)的地理空間信息。與其他測(cè)繪技術(shù)相比，GIS能夠?qū)╇s的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為直觀、易于理解的地理圖形，為決策者提供直觀且富有洞察力的支持。在水利工程測(cè)量工作中，測(cè)量人員應(yīng)用GIS技術(shù)可收集到地形地勢(shì)與工程關(guān)鍵信息，并將這些信息自動(dòng)輸入數(shù)據(jù)庫中。工程人員不僅能夠通過數(shù)據(jù)庫瀏覽和檢索這些空間數(shù)據(jù)，還可逐步構(gòu)建出GIS空間動(dòng)態(tài)模型。基于該模型結(jié)合對(duì)水力資源的全面理解和分析，設(shè)計(jì)者能夠更加科學(xué)地確定水利工程的切入點(diǎn)，確保工程的高效實(shí)施和可持續(xù)發(fā)展。

2.4 RTK技術(shù)

RTK技術(shù)全稱為載波相位差分技術(shù)，是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的新型定位測(cè)量技術(shù)，其省略了傳統(tǒng)測(cè)量中靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量的環(huán)節(jié)，可使用野外實(shí)時(shí)定位與測(cè)量，結(jié)果可達(dá)厘米級(jí)定位精度，因此被廣泛應(yīng)用于多種復(fù)雜工程建設(shè)中，參與工程放樣與地形測(cè)圖等環(huán)節(jié)。RTK技術(shù)可頸椎獲取并展示水利水電工程施工地及周圍環(huán)境情況，鎖定高程點(diǎn)并進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算。水利水電工程管道施工較為隱蔽和復(fù)雜，通過RTK技術(shù)可收集施工地及周邊水文信息，并將這些信息作為溝渠、管路施工設(shè)計(jì)的重要參考。與其他測(cè)量技術(shù)相比，RTK技術(shù)幾乎不受空間或時(shí)間因素影響，可滿足水利水電工程各環(huán)節(jié)的測(cè)量需求[4]。

3 數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于水利工程建設(shè)的建議

3.1 打造三維數(shù)字化協(xié)同管理平臺(tái)

三維數(shù)字化協(xié)同管理平臺(tái)依托云計(jì)算和專家系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的迅速存儲(chǔ)與自動(dòng)化轉(zhuǎn)換，在水利水電工程建設(shè)中快速捕捉并處理海量數(shù)據(jù)，為工程測(cè)繪、施工設(shè)計(jì)與工程管理的每個(gè)階段提供精準(zhǔn)的信息波動(dòng)分析，輔助決策者做出更優(yōu)的決策。協(xié)同管理平臺(tái)更是水利水電工程建設(shè)中不同部門溝通與合作的渠道，多方通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的掌控和實(shí)時(shí)共享，這就能夠提升工作效率、強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通，進(jìn)而提高工程管理的協(xié)同性與集成度。最后，協(xié)同管理系統(tǒng)還整合了測(cè)繪、設(shè)計(jì)、檔案管理、經(jīng)營、技術(shù)以及辦公等多個(gè)關(guān)鍵模塊，通過對(duì)平臺(tái)大數(shù)據(jù)的有效整合與分析大幅提高數(shù)據(jù)利用率，為水利工程建設(shè)進(jìn)度和運(yùn)營狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控提供了有力支持。

3.2 培養(yǎng)技術(shù)人才，引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備

數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用程度及效應(yīng)受到技術(shù)人員信息素養(yǎng)的影響，只有同時(shí)具備信息技術(shù)與施工建設(shè)專業(yè)能力的人員才能夠發(fā)揮各項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程中的綜合效益。對(duì)此，各建設(shè)企業(yè)應(yīng)當(dāng)調(diào)整人才招聘和引進(jìn)策略，提升對(duì)高科技人才的吸引力，組建具備工程專業(yè)知識(shí)與信息自動(dòng)化技術(shù)的人才隊(duì)伍，建立科學(xué)的激勵(lì)機(jī)制，充分挖掘和發(fā)揮人才的潛力，提高水利水電工程建設(shè)效率。另外，各建設(shè)施工單位應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)測(cè)量、工程測(cè)繪、施工設(shè)計(jì)以及工程管理的理念，主動(dòng)學(xué)習(xí)新科技，積極引入先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，支持水利水電工程建設(shè)發(fā)展，進(jìn)一步提升工程建設(shè)效率與施工安全性[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用，無疑為行業(yè)帶來了革命性的變革。這些技術(shù)的引入，不僅大大提高了設(shè)計(jì)工作的效率，更使得各項(xiàng)工程參數(shù)的精準(zhǔn)度得以顯著提升。在這樣的背景下，技術(shù)人員必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷提高自身的信息素養(yǎng)，深入學(xué)習(xí)和掌握更多創(chuàng)新性的工程技術(shù)。同時(shí)，建設(shè)施工單位也不應(yīng)落后，要積極引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，如GPS、GIS、RTK等，這些技術(shù)的運(yùn)用將為水利工程設(shè)計(jì)與建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持。只有這樣，才能更好地滿足水利工程設(shè)計(jì)與建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)我國水利水電事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。相信在數(shù)字化浪潮的推動(dòng)下，水利水電工程將邁向一個(gè)更加精準(zhǔn)、高效的未來。

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