智能化管理技术在大型水电工程中的应用研究(2)

　　樊启祥[6]在溪洛渡特高拱坝建设中提出了智能大坝、智能化控制的概念，李庆斌和林鹏[14]、钟登华等[15]进一步明确了智慧大坝、智能大坝的定义，其理念和概念外延到其他工程建设项目中同样适用。本文提出的大型工程建设项目智能化管理，是在图 1 所述管理目标、制度和体系框架基础上，借助项目管理的信息化和工程数字化，进一步融合物联网、自动测控、大数据、云技术等新一代信息技术，对工程建设项目全生命周期的各种信息进行全面感知、实时传输、真实分析和智能控制，对包括人员/设备/材料等生产要素、建筑物、生产过程和业务流程在内的整个物理工程和虚拟工程进行深度融合，从而建立起可感知、可分析、可控制的工程建设与管理智能化运行体系。
　　
　　2 大型工程建设智能化管理的基础。
　　
　　在溪洛渡特高拱坝的建设过程中，通过建立全面、实时的工程数据系统和协同工作平台，围绕大坝基础开挖和处理、混凝土温控防裂与浇筑质量、大坝建设过程安全状态判定与控制等技术难题，开展了智能化建设关键技术的研究与应用，达到大坝真实工作性态的可知可控，保证溪洛渡拱坝安全、优质、高效、按期建成。以此为基础，提出了“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制原理，形成了一个基于真实数据驱动、专家系统辅助决策、业务集成平台协同工作的智能化建坝闭环控制系统（见图 2）。
　　 　　其中，“感知”就是采用先进的传感与采集技术，在复杂地形与地面地下建筑环境中，及时、准确、全面获取工程数据，并依靠互联网、移动网络及高精度定位技术实时双向传输。“分析”就是利用实时数据，全过程开展工程真实工作性态多因素耦合仿真，对工程建设质量、安全和进度进行分析和预测，并制定优化预控措施。“控制”就是通过智能设备及软件，实现对目标和过程的有效控制，达到事先预报预警和过程动态调整的目的。通过综合业务集成平台实现信息、数据在参建各方之间的高效流转与有效交流。
　　
　　“专家系统”的核心由主控程序、数据库和模型库三部分组成。用户通过人机接口对数据库、模型库及主控程序进行操作；在系统运行过程中，通过主控程序调用数据库中的数据、及模型库中的模型进行复杂的仿真计算，并与智能控制判断准则和判别标准对比分析，进行复杂的系统判定，实时预警且自动调整控制，并将计算结果存入数据库中，供在线实时调用或输出。由项目建设业主、设计、施工、运行、监管等各方以及行业内结构、施工、技术、安全、质量等方面的内外部专家，组成专家团队发挥研究与咨询作用，对判断准则和标准进行修正，将仿真成果与实际情况进行对比，实时维护、完善和改进专家系统运行的精确性。
　　
　　以上述智能化建坝闭环控制系统为基础，进一步结合传感技术、物联网、大数据、云计算等先进信息和数据技术，共同构成大型工程建设项目智能化管理的理论基础和方法工具。
　　
　　3 智能化管理的技术体系。
　　
　　围绕“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制原理，以三峡工程管理系统 TGPMS（Three Gorges Project Management System）和溪洛渡智能大坝系统 iDam（Intelligent Dam AnalysisManagement）为协同工作平台，构建了“以流程、工艺、标准和三维模型与多源数据为管理基础，以结构真实工作性态的动态仿真和预测调控为管理核心，以基于进度的多要素集成与协同为管理主线，以项目资产全生命周期价值创造为管理目标”的大型工程建设智能化管理体系（见图 3）。这一体系立足于现场实时管理，基于移动互联网和物联网等信息技术，充分依靠海量多类多元大数据分析技术，建立了可在移动终端上使用的人员设备、物资材料、质量安全、成本造价、生态环境等实时动态在线管理系统，实现了工程建设全员、全要素、全流程、全过程智能化管理，及时消除人员、环境、条件等可变因素带来的不确定性，解决多阶段、多专业、多履约主体的流程、工艺和绩效管理等问题，实现大坝建设管理由传统模式往智能建设管理模式的转变。
　　 　　其中，GIS（Geographic Information System）即地理信息系统，是地形地质及建筑物结构三维建模的基础；DIM（DamInformationModeling,也可描述为 Dam+BIM）是将 BIM 的原理和方法引入到水电工程大坝等建筑物的设计和施工过程中而研发的“大坝全景信息模型”,是枢纽建筑物三维建模的核心。
　　
　　DIM 以三维数字技术为基础、以三维地形地质和工程结构模型为核心，在工程规划、设计和建造过程中动态集成基础数据、环境数据、过程数据和监测数据等各类工程数据，重点实现面向大坝建造过程及工程全生命周期的建筑物综合信息管理模型（见图 4）。