智能化管理技术在大型水电工程中的应用研究

　　摘 要：金沙江下游水电开发面临着复杂恶劣的自然条件、快速变化的社会环境、多元化的利益诉求、以及跨地域多项目的建设技术与项目管理挑战，需要不断提高预测、分析和掌控项目的能力，尽可能减少并及时调整人为因素、变化环境与条件所带来的不确定性，才能更好的实现工程建设项目管理的“六管理”目标。为此在溪洛渡特高拱坝建设中提出了“智能大坝”的概念，并在部分施工环节中研发了“智能化建设技术”.以此为基础，本文结合项目管理的发展趋势和信息技术的广泛应用，提出了“大型工程建设项目智能化管理”的定义内涵和理论基础。基于“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制原理，构建了“以 GIS/DIM 三维结构和多源数据为基础、以 TGPMS/iDam 为综合业务集成平台、以 N 维增强进度协同管理为主线、以真实工作性态动态仿真预测与实时调控为核心、以资产全生命周期价值创造为目标”的大型工程建设智能化管理体系，引领工程建设项目管理从工业化走向信息化、数字化、智能化，实现更加优质、安全、高效的建设目标。
　　
　　关键词：水电工程；工程建设；项目管理；智能化；信息技术。
　　
　　Abstract: Current hydropower development in the lower Jinsha River encounters great technical andmanagement challenges, including complicated and harsh natural conditions, rapid changes in socialenvironments, diversified interests, and trans-regional multi sub-projects. This requires furtherimprovement on the existing capability of large-scale project construction for forecast, analysis andcontrol of the projects to minimize their uncertainties brought about by human factors, changingenvironments and construction conditions, so that the target of six managements of construction projectscan be better achieved. To this end, a concept of intelligent dam was formulated and introduced into theconstruction management of Xiluodu ultra-high arch dam, and intelligent construction technologies weredeveloped and applied to typical dam construction procedures. Based on these applications, this paperdescribes a theory of intelligent management of large-scale construction projects that was formulated bycombining current project management trends with extensive applications of information technology. Wealso present a technical framework of this new type of management that applies a closed-loop intelligentcontrol principle developed in this study and featured with comprehensive sense, accurate analysis, andreal-time control. This framework have five key components: starting from a 3D GIS/DIM structure andmulti-source data, targeting at the capability of creating life-long asset value, dynamic simulation andreal-time control of actual working states as its core technology, a TGPMS/iDam system as a platform forcomprehensive task integration, and N-dimensional enhanced collaborative management as its guideline.The new management framework and theory presented in this paper would be helpful in shaping andupgrading traditional construction project management to a new level characterized by informatization,digitalization, and intellectualization to achieve better project construction in quality, safety and efficiency.
　　
　　Keywords: hydropower engineering; project construction; project management; intelligentization;information technology.
　　
　　0 引言。
　　
　　从 20 世纪 50 年代开始，网络计划技术的提出标志着现代项目管理概念的诞生；随着国际项目管理组织 IPMA、PMI 的成立以及项目管理知识体系构建，其学科体系逐步构建并走向成熟。随着组织管理项目数量、规模的增加，信息量也呈爆炸式增长，现代项目管理理论和实践出现几个新的发展方向：一是从单个项目管理走向项目集和项目组合的“多项目管理”,进而提升到更高层次的“组织级项目管理”[1];二是实现项目全生命周期的价值创造，如大型水电工程从前期核准、建设实施、运行维护全生命周期来统筹规划项目建设管理的各项工作，同时注重从商业价值分析的角度做好项目选择与决策；三是以高速发展的信息技术与网络技术为基础，使得以建筑信息模型 BIM（BuildingInformation Modeling）为代表的工程项目管理信息化，成为一个重要的发展方向[2].随着电子、网络、信息技术的快速发展，未来社会将实现无论何时、何地、何人、何物均可互联互通、信息共享和协调工作，这为现代工程建设建设项目管理提供了新的方法[3].在复杂严峻的自然环境条件与新的时代发展要求下，以及安全、质量、环保、工期、成本、社会稳定等强约束下，建设大型水电工程既要建立好项目管理的理念体系与体制制度[4],也要充分利用现代科学技术及信息化、数字化、智能化的成果，提升项目建设管理水平，确保项目功能与价值。
　　
　　项目管理与信息技术的结合使得工程建设中人的行为不确定性大大降低、环境与条件变化响应的实时性大大提高、信息传递和交流更加广泛快捷、管理扁平化和标准化迅速提升，从而使得整个工程项目管理的水平和效益大大提高。信息技术在工程建设项目管理中的应用和发展，大致可分为四个阶段：①电算工具阶段。利用计算机和专业软件（Project、P3 等）进行网络进度计划的计算，主要是优化项目的进度计划、平衡资源配置，代替繁重的人工计算任务[5].②信息化工具阶段。所采用的信息技术可以在部分工作内容或工作阶段辅助于项目管理，但缺少统一、集成的协同管理平台，尚未达到信息技术与生产过程的密切配合。③数字化阶段。信息技术与生产管理开始逐步融合，通过信息采集、数值仿真模拟等技术，实现对工程工作性态的动态量测与分析，指导设计和施工[6-7].④智能化阶段。信息技术与生产管理深度融合，施工过程、监测数据、环境信息、人员设备行为状态等各类数据自动采集，实现动态仿真分析、施工管理和预测预警预报的一体化、智能化实时在线控制，并能够不断反馈学习、完善优化，实现对建设过程、人员设备和工程质量安全的高效管控。溪洛渡拱坝建设处于从数字化向初步智能化转变的阶段，在建设过程中，同步开发了涵盖拱坝设计研究、建设实施和运行维护阶段的“数字大坝”系统，为现场混凝土施工、温控防裂、基础处理的质量控制服务，为拱坝在建设期和运行期各阶段安全状态的判定服务[8-9].以“数字大坝”为基础，进一步开创性地研究并应用了智能化建设的一些关键技术，如智能温控、智能振捣以及拱坝建设全过程真实工作性态分析调控技术[10].
　　
　　1 大型工程建设项目管理体系。
　　
　　智能是指人类在认识世界和改造世界的活动中，由脑力劳动表现出来的能力，即个体对客观事物进行合理分析、判断及有目的的行动和有效的处理周围环境事宜的综合能力[11].涂序彦认为：智能管理是人工智能与管理学科、知识工程与系统工程、计算机技术与通信技术、软件工程与信息工程等新兴学科的相互交叉、相互渗透而产生的新技术、新学科，它研究如何提高管理系统的智能水平[12].本文认为，将智能化技术应用于工程建设项目管理，能够使整个管理系统一定程度上具有“智能”,通过自动掌握、分析判断和有效处理建设过程中的各种问题，在复杂的边界条件、快速变化的环境和日益增加的不确定性中，安全优质高效地实现大型复杂工程建设项目的安全、质量、环保、工期、成本和工区稳定“六管理”目标。
　　
　　金沙江下游河段水电资源是我国清洁能源最集中的区域，规划建设有四座世界级巨型水电站：白鹤滩（16000MW）、溪洛渡（13860MW）、乌东德（10200MW）、向家坝（6400MW）。这些位于长江干流的高坝大库工程，无论建设规模，还是建设技术与管理难度都居世界前列，单项、多项及综合指标都极具挑战性。在开发建设这些大型水电工程中，全面继承三峡工程建设“项目法人负责制、招标投标制、建设监理制、合同管理制”的制度成果[13],针对大型水电工程利益主体的复杂性、建设过程的长期性、经济行为的规范性等特点和要求，进一步建立了移民工作政府负责制、施工区封闭管理制和过程跟踪审计制。以这些管理体制为基础，以数字化、智能化技术和涵盖上述六大管理目标的信息系统为主要工具，以规划与计划、技术与科研、投资与资金、利益共享、信息与数据、组织与人力、审计与巡视、诚信与文化、沟通与协调等九大支撑体系为保障，构建了大型工程建设项目管理体系（见图 1），并以此为基础在溪洛渡、向家坝等工程建设中开展了有效的管理实践。