吳飛
(中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,杭州,311122)
楊房溝水電站位于涼山州木里縣境內(nèi)的雅礱江流域中游河段,是雅礱江中游河段梯級(jí)開(kāi)發(fā)的骨干電站之一,壩型為混凝土雙曲拱壩。正常蓄水位為2094m,相應(yīng)庫(kù)容4.558億m3,總裝機(jī)150萬(wàn)kW,多年平均年發(fā)電量68.74億kW·h。工程樞紐主要由最大壩高155m的混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等組成,楊房溝水電站計(jì)劃2022年工程竣工。作為大型水利水電工程,楊房溝水電站建設(shè)規(guī)模大、投資大、施工條件和地質(zhì)條件復(fù)雜,涉及影響因素眾多,這給施工質(zhì)量與進(jìn)度控制、工程建設(shè)管理帶來(lái)了一定的難度。
楊房溝水電站作為國(guó)內(nèi)首個(gè)采用設(shè)計(jì)施工總承包(EPC)模式的大型水電項(xiàng)目,被業(yè)內(nèi)譽(yù)為“第二次魯布革沖擊波”,開(kāi)創(chuàng)了全國(guó)大型水電站建設(shè)模式的時(shí)代先河,是我國(guó)新常態(tài)下水電開(kāi)發(fā)理念與方式的重大創(chuàng)新,傳統(tǒng)水電站建設(shè)體制和管理模式不再流行。為滿足EPC模式下楊房溝水電站建設(shè)管理需求,亟需搭建多種信息化管理系統(tǒng),以工程大數(shù)據(jù)管控為切入口,利用信息化手段對(duì)工程設(shè)計(jì)、采購(gòu)、建造、質(zhì)量、安全等管理進(jìn)行全面管控,實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字化、精細(xì)化管理,提高工程建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理信息化水平,改善工程質(zhì)量,發(fā)揮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
圖1 EPC管理模式
楊房溝水電站工程項(xiàng)目信息化系統(tǒng)構(gòu)成內(nèi)容包括:設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)、總承包綜合辦公平臺(tái)、施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)、灌漿實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析系統(tǒng)、楊房溝質(zhì)量管理APP和安全風(fēng)險(xiǎn)在線管控平臺(tái)、雅礱江iDam安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程訪問(wèn)SSL VPN系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻會(huì)議系統(tǒng)、其他應(yīng)用系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)。
設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)計(jì)、質(zhì)量、進(jìn)度、投資、安全等工程建設(shè)重點(diǎn)管理項(xiàng)目的全過(guò)程動(dòng)態(tài)管控,并對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、混凝土智能溫控系統(tǒng)、灌漿實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)進(jìn)行一體化集成,為EPC項(xiàng)目參建各方(建設(shè)方、監(jiān)理方、總承包方)提供統(tǒng)一的溝通管理平臺(tái),加強(qiáng)了項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程管控,提高了工程建設(shè)的管理水平。設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)緊貼EPC建設(shè)模式,充分體現(xiàn)了設(shè)計(jì)施工一體化優(yōu)勢(shì)。
圖2 BIM管理系統(tǒng)主要模塊及集成業(yè)務(wù)系統(tǒng)
設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能:
(1)綜合展示。綜合展示模塊分為設(shè)計(jì)模型展示與施工模型展示兩部分。其中,施工模型與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),通過(guò)點(diǎn)擊模型構(gòu)建或相應(yīng)的關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)列表就能進(jìn)行信息查詢,包括施工進(jìn)度、設(shè)計(jì)圖紙、質(zhì)量表單、工程量、安全風(fēng)險(xiǎn)等業(yè)務(wù)信息;其中設(shè)計(jì)模型在用戶不安裝龐大的三維設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)的情況下,直接利用WEB頁(yè)面對(duì)三維設(shè)計(jì)模型進(jìn)行交互操作,并實(shí)現(xiàn)了全信息模型輕量化處理技術(shù)。
(2)設(shè)計(jì)管理。設(shè)計(jì)管理模塊是業(yè)主方、監(jiān)理方、總承包方的集約化、全流程設(shè)計(jì)管理辦公平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)計(jì)圖紙、報(bào)告、修改通知等文件的線上流程報(bào)審、審批流程全程監(jiān)控、工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)分項(xiàng)劃分、文件過(guò)程歸集等功能,借助信息化手段梳理規(guī)范了設(shè)計(jì)文件報(bào)審流程,有效提高了總承包部與設(shè)計(jì)監(jiān)理方的設(shè)計(jì)管理效率。
(3)質(zhì)量管理。該模塊是以單元工程為單位全面歸集質(zhì)量驗(yàn)評(píng)資料,實(shí)現(xiàn)從單元工程劃分、工序/單元工程質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定、單元工程質(zhì)量驗(yàn)評(píng)申請(qǐng),到單元工程電子文件組件、組卷、歸檔的全過(guò)程線上業(yè)務(wù)流程。構(gòu)建符合水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的單元工程質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)定電子表單庫(kù),覆蓋大型水電工程開(kāi)挖工程、錨噴支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索、混凝土工程、機(jī)電金結(jié)安裝等施工全過(guò)程的結(jié)構(gòu)化表單應(yīng)用,結(jié)構(gòu)化表單共計(jì)523張。質(zhì)量“三檢”人員、監(jiān)理等用戶在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)平板電腦完成電子表單的在線填報(bào),同時(shí)用戶可通過(guò)平板電腦采集工程影像資料,數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至工程數(shù)據(jù)中心。此外,質(zhì)量管理模塊還對(duì)質(zhì)量驗(yàn)評(píng)臺(tái)賬、驗(yàn)評(píng)統(tǒng)計(jì)、原材料檢驗(yàn)臺(tái)賬、原材料歷史資料進(jìn)行歸類收集展示,方便查看,并通過(guò)質(zhì)量管理APP實(shí)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題動(dòng)態(tài)管控。
(4)進(jìn)度管理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度管理的需求,對(duì)不同的施工部位(邊坡開(kāi)挖、洞室開(kāi)挖、支護(hù)工程、大壩澆筑、大壩接縫灌漿等)采用不同的進(jìn)度展示方式,并結(jié)合三維技術(shù)展示基礎(chǔ)功能模塊,對(duì)工程進(jìn)度計(jì)劃、施工實(shí)際進(jìn)度等進(jìn)行可視化。
(5)投資管理。投資管理模塊實(shí)現(xiàn)結(jié)算統(tǒng)計(jì)、投資對(duì)比、節(jié)點(diǎn)臺(tái)賬、工程量統(tǒng)計(jì),并通過(guò)與設(shè)計(jì)管理模塊、質(zhì)量管理模塊的數(shù)據(jù)交互,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)合同工程量、設(shè)計(jì)變更以及相應(yīng)的工程投資量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。
(6)水情測(cè)報(bào)。水情測(cè)報(bào)包含水雨情預(yù)報(bào)和信息錄入。水雨情預(yù)報(bào)通過(guò)接口讀取雅礱江公司水情預(yù)報(bào)系統(tǒng)中的關(guān)鍵數(shù)據(jù),包含一周內(nèi)天氣預(yù)報(bào)和楊房溝水電站上下游水文站的水位流量信息。
(7)施工工藝?;诳梢暬⒍嗝襟w技術(shù),將BIM模型與工法庫(kù)集成,打造施工工藝仿真培訓(xùn)模塊,以BIM模型為載體實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化工藝的固化與可視化。
(8)危巖體防控。樞紐區(qū)有127處危巖體,防控管理過(guò)程涉及勘察、評(píng)價(jià)分級(jí)、穩(wěn)定性分析、防治措施、監(jiān)測(cè)、預(yù)警等各方面,防控過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)和文件,危巖體防控模塊實(shí)現(xiàn)防控成果統(tǒng)計(jì)、危巖體信息查詢、危巖體三維展示、危巖體監(jiān)測(cè)預(yù)警等,對(duì)于保障工程施工安全及后期運(yùn)營(yíng)安全,具有較大的工程實(shí)踐意義[1-4]。
平臺(tái)為總承包方內(nèi)部管理需要,服務(wù)于總承包項(xiàng)目部下屬10個(gè)部門(mén)、9個(gè)工區(qū),為各部門(mén)、工區(qū)提供了一個(gè)高效便捷的工作協(xié)調(diào)環(huán)境。綜合辦公平臺(tái)包含了個(gè)人辦公、公共信息管理、綜合管理、人力資源管理、函件管理、圖檔管理及系統(tǒng)管理,開(kāi)發(fā)了綜合管理、機(jī)電物資采購(gòu)管理、經(jīng)營(yíng)管理三大類29張工作流程表單及收發(fā)文系統(tǒng),向各部門(mén)、工區(qū)傳閱處理內(nèi)部文件,減少了由于信息傳遞障礙造成的時(shí)間浪費(fèi)、管理失誤和決策失誤,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量和效率的管理要求,提高了總承包項(xiàng)目的整體工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。綜合辦公系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)項(xiàng)目部依靠紙質(zhì)文檔、電話、項(xiàng)目協(xié)調(diào)會(huì)、零散電子文檔和QQ群等傳統(tǒng)的信息交換手段,通過(guò)流程化審批、標(biāo)準(zhǔn)化管理,實(shí)現(xiàn)資源配置的集約化、科學(xué)化,提高了管理水平,降低了項(xiàng)目成本。開(kāi)發(fā)了移動(dòng)辦公APP,滿足了項(xiàng)目部人員在手機(jī)端進(jìn)行主要業(yè)務(wù)流程的移動(dòng)審批,進(jìn)一步提高了總承包項(xiàng)目部協(xié)調(diào)辦公的便捷性和項(xiàng)目管理效率。
圖3 總承包綜合辦公平臺(tái)
施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)在大壩及泄洪區(qū)、引水發(fā)電區(qū)、混凝土拌和區(qū)等施工區(qū)建立可視化實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用全數(shù)字IP視頻監(jiān)控的方式,由球形攝像頭、槍機(jī)攝像頭、接入點(diǎn)交換機(jī)、核心交換機(jī)、硬盤(pán)錄像機(jī)、磁盤(pán)陣列、網(wǎng)絡(luò)解碼器、運(yùn)行管理服務(wù)器等組成,各站點(diǎn)交換機(jī)通過(guò)光纖通信傳輸方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。本系統(tǒng)共配置27個(gè)前端攝像頭,對(duì)重點(diǎn)施工區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)視,其中采用的高清球型攝像頭可進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)操作,攝像頭帶有焦距調(diào)整功能。施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與BIM管理系統(tǒng)集成,為工程建設(shè)管理提供遠(yuǎn)距離可視化影像資料,還可對(duì)重點(diǎn)施工部位的影像資料進(jìn)行整編歸檔,實(shí)現(xiàn)工程施工全過(guò)程的控制和可追溯。
大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)是為解決大壩混凝土凝固過(guò)程中,由于水泥水化釋放大量水化熱,溫度積蓄使混凝土內(nèi)部溫度急劇上升,導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫的主流技術(shù)。大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)由感知、互聯(lián)、分析及控制四部分組成,通過(guò)溫控信息監(jiān)測(cè)與采集、溫控信息評(píng)價(jià)預(yù)警、智能自動(dòng)化通水三大子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了施工和溫控信息實(shí)時(shí)采集與傳輸、溫控信息高效管理與可視、溫控施工效果評(píng)價(jià)和預(yù)警、溫控施工智能控制等功能。針對(duì)楊房溝大壩在高海拔、干燥、強(qiáng)輻射、大溫差地區(qū)的特性,該系統(tǒng)結(jié)合藏木、黃登的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),對(duì)系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)充與完善,重點(diǎn)對(duì)高海拔地區(qū)特殊氣象條件下的信息采集和傳輸方法,施工、監(jiān)測(cè)和溫控效果分析、評(píng)價(jià)與預(yù)警模型,現(xiàn)場(chǎng)智能通水冷卻預(yù)測(cè)模型、關(guān)鍵控制參數(shù)和理想溫控曲線模型率定等方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化,滿足了楊房溝大壩個(gè)性化溫控的需要,對(duì)楊房溝大壩混凝土質(zhì)量把控帶來(lái)了很多便利,大幅減少人工工作量,克服人工憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)整閥門(mén)通水的缺陷,簡(jiǎn)化施工步驟,提高工作效率,保證工程質(zhì)量[5]。
灌漿實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析系統(tǒng)是為楊房溝水電站部分工程基礎(chǔ)部位進(jìn)行加固和防滲處理的重要技術(shù)措施。系統(tǒng)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)成果分析、灌后檢查等功能組成,通過(guò)在線采集、分析、控制智能水泥灌漿信息,并與現(xiàn)代通信技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)的深度融合。系統(tǒng)的智能控制提升了楊房溝固結(jié)灌漿和帷幕灌漿的基礎(chǔ)灌漿質(zhì)量控制水平,并對(duì)水利水電工程領(lǐng)域基礎(chǔ)灌漿工藝技術(shù)進(jìn)行更加可靠和穩(wěn)定的探索。
質(zhì)量管理APP用于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題的統(tǒng)一管理,現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)人員可以通過(guò)質(zhì)量管理APP查看制度文件、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化文件、質(zhì)量信息統(tǒng)計(jì)、工程質(zhì)量亮點(diǎn)、達(dá)標(biāo)投產(chǎn)與達(dá)標(biāo)創(chuàng)優(yōu)、質(zhì)量考核與獎(jiǎng)懲等信息,不斷對(duì)發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行上報(bào)和跟蹤處理來(lái)提升工程整體質(zhì)量水平;安全風(fēng)險(xiǎn)在線管控平臺(tái)是定制化構(gòu)建本工程風(fēng)險(xiǎn)管控措施庫(kù),實(shí)時(shí)調(diào)取當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn),量化評(píng)估安全風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),智能分析風(fēng)險(xiǎn)在控情況及管控趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)管控,在循環(huán)累積中不斷提高項(xiàng)目管理水平。
圖4 質(zhì)量管理APP和安全風(fēng)險(xiǎn)在線管控平臺(tái)應(yīng)用
雅礱江流域iDam安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是用于對(duì)楊房溝水電站布置的監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的平臺(tái),系統(tǒng)由測(cè)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)布置圖、評(píng)判指標(biāo)、監(jiān)測(cè)儀器、計(jì)算公式、巡檢路線、導(dǎo)航設(shè)置等功能組成,系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化采集和處理,整個(gè)系統(tǒng)中包括監(jiān)測(cè)儀器、數(shù)據(jù)采集裝置、通信線路、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件等,涉及的主要監(jiān)測(cè)儀器有多點(diǎn)位移計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、滲壓計(jì)、鋼筋計(jì)等。
遠(yuǎn)程訪問(wèn)SSL VPN系統(tǒng)是為設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)、總承包綜合辦公平臺(tái)等系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程訪問(wèn)需求,采用國(guó)內(nèi)主流技術(shù)之一的深信服SSL VPN遠(yuǎn)程接入系統(tǒng),系統(tǒng)訪問(wèn)采用固定密碼和隨機(jī)驗(yàn)證碼雙密碼認(rèn)證,擁有較高的身份認(rèn)證安全級(jí)別。
楊房溝水電站工程雖然采用EPC模式建設(shè),但仍有四個(gè)參建單位,由于建設(shè)期間需會(huì)商的會(huì)議頻繁,有時(shí)需各單位總部后方人員參會(huì)等原因,為提高工程管理溝通效率,及時(shí)組織各單位相應(yīng)人員參與重大決策事宜,在四家單位原有的硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)基礎(chǔ)上,采用SIP技術(shù)協(xié)議,以雅礱江公司作為會(huì)議中心并采用MCU作為調(diào)度主設(shè)備,其他單位后方及建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)按要求作為分會(huì)場(chǎng)接入,各單位的視頻會(huì)議系統(tǒng)都配備了高清視頻會(huì)議終端、擴(kuò)音系統(tǒng)、大屏投影顯示器、液晶顯示器、攝像頭、全向麥克風(fēng)等設(shè)備來(lái)保障會(huì)議效果。
楊房溝水電站工程還采用了其他先進(jìn)的應(yīng)用軟件系統(tǒng),其中使用無(wú)人機(jī)航拍測(cè)繪地形圖和一體化三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái),極大地簡(jiǎn)化了楊房溝EPC工程設(shè)計(jì)方案比選、設(shè)計(jì)優(yōu)化、碰撞檢查、三維可視化等工作,提高了出圖效率,為BIM系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)模型和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù);地下洞室群門(mén)禁及人員定位系統(tǒng)為地下洞室施工區(qū)的人員車輛進(jìn)行智能化管理,降低了作業(yè)安全管理風(fēng)險(xiǎn);地災(zāi)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)為最大限度降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)對(duì)人員、設(shè)備造成的傷亡及損失;塔機(jī)防碰撞系統(tǒng)為防止復(fù)雜施工環(huán)境下多塔吊作業(yè)時(shí)發(fā)生碰撞,對(duì)工地特定區(qū)域內(nèi)的多臺(tái)塔吊進(jìn)行路徑防碰撞報(bào)警及保護(hù)[6]。
楊房溝水電站工程的內(nèi)部通信傳輸系統(tǒng)采用光纖星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng),以總承包項(xiàng)目部局域網(wǎng)為數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn),用點(diǎn)到點(diǎn)通信光纜專線向工程建設(shè)范圍內(nèi)的多個(gè)參建單位局域網(wǎng)和施工區(qū)局域網(wǎng)進(jìn)行輻射[7]。設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)、總承包綜合辦公平臺(tái)、施工期視頻監(jiān)控系統(tǒng)、大壩混凝土智能溫控系統(tǒng)、灌漿實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析系統(tǒng)等主要系統(tǒng)的服務(wù)器均位于總承包項(xiàng)目部局域網(wǎng),施工區(qū)局域網(wǎng)內(nèi)布置的視頻監(jiān)控?cái)z像頭、智能溫控監(jiān)測(cè)設(shè)備、智能灌漿控制設(shè)備、平板電腦、手機(jī)等設(shè)備可將采集的數(shù)據(jù)與中心節(jié)點(diǎn)服務(wù)器進(jìn)行交互通信,其他參建單位通過(guò)內(nèi)網(wǎng)就能快速訪問(wèn)中心節(jié)點(diǎn)的多個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。該星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)可滿足多個(gè)參建方對(duì)多種系統(tǒng)的使用要求,有利于減少通信故障率、提高數(shù)據(jù)交流效率。其中,重點(diǎn)對(duì)電站施工區(qū)局域網(wǎng)進(jìn)行建設(shè),施工區(qū)局域網(wǎng)采用4芯單模光纜作為主干光纜,支線光纜以指揮中心為匯集站點(diǎn),支線光纜根據(jù)需要延伸到左右岸壩肩各對(duì)應(yīng)高程、上下游圍堰處、地下廠房、砂石料場(chǎng)、機(jī)電倉(cāng)庫(kù)等相應(yīng)位置,實(shí)現(xiàn)對(duì)這些重點(diǎn)施工區(qū)域的有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
楊房溝水電站工程信息化系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用在全國(guó)水利工程建設(shè)信息化管理方面具有領(lǐng)先地位,特別是針對(duì)大型水電工程EPC項(xiàng)目技術(shù)難度大、牽涉面廣、不確定風(fēng)險(xiǎn)因素多、設(shè)計(jì)施工周期長(zhǎng)、技術(shù)質(zhì)量與安全風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)突出的難點(diǎn),楊房溝水電站工程有效地利用多種應(yīng)用系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、自動(dòng)控制技術(shù)、無(wú)人機(jī)等信息化技術(shù),實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)首個(gè)采用EPC模式大型水電站項(xiàng)目建設(shè)全過(guò)程信息化、標(biāo)準(zhǔn)化管理的目標(biāo)。