今年政府工作報(bào)告提出，大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，提升常態(tài)化監(jiān)管水平，支持平臺(tái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)，實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)水利水電工程領(lǐng)域意義非凡。工程建設(shè)智能化是人工智能、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算高度發(fā)展的產(chǎn)物，是衡量工程建設(shè)水平的重要標(biāo)志，為水利水電工程建設(shè)智能發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新提供了重要支撐。
方向有了，那么水利水電工程領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀如何？具體如何實(shí)踐？在中國(guó)電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會(huì)舉辦的“第二屆中國(guó)電力建設(shè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)論壇”上，中國(guó)工程院院士，中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)有限公司首席科學(xué)家，中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司副總經(jīng)理、總工程師張宗亮對(duì)于水利水電工程如何更好融入數(shù)字化智能化建設(shè)分享了他的理解。
數(shù)字化是行業(yè)發(fā)展的必然選擇
作為中國(guó)高壩工程技術(shù)帶頭人，張宗亮主持和組織設(shè)計(jì)了我國(guó)多項(xiàng)大型水利水電工程，在高壩工程、數(shù)字工程等方面作出了杰出貢獻(xiàn)。
談及水利水電行業(yè)數(shù)字化智能化發(fā)展的政策背景，張宗亮表示，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出加快數(shù)字化發(fā)展，建設(shè)數(shù)字中國(guó)，深刻闡明了加快數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)于把握數(shù)字時(shí)代機(jī)遇、建設(shè)數(shù)字中國(guó)的關(guān)鍵作用。
2022年初，國(guó)務(wù)院發(fā)布《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》指出，“十四五”時(shí)期，我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)向深化應(yīng)用、規(guī)范發(fā)展、普惠共享的新階段；促進(jìn)數(shù)字技術(shù)在全過(guò)程工程咨詢領(lǐng)域的深度應(yīng)用，引領(lǐng)咨詢服務(wù)和工程建設(shè)模式轉(zhuǎn)型升級(jí)。今年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《數(shù)字中國(guó)建設(shè)整體布局規(guī)劃》提出，到2035年，數(shù)字化發(fā)展水平進(jìn)入世界前列，數(shù)字中國(guó)建設(shè)取得重大成就。
張宗亮介紹，我國(guó)的水能資源極為豐富，技術(shù)可開(kāi)發(fā)容量達(dá)6.87億千瓦。截至2022年10月，我國(guó)水電裝機(jī)達(dá)4.07億千瓦（其中抽水蓄能0.43億千瓦）。隨著水利水電工程建設(shè)逐步走向高寒、高海拔、高地震烈度區(qū)，施工效能降低、人力耗損增加，數(shù)字化、信息化、智能化是實(shí)現(xiàn)工程優(yōu)質(zhì)高效安全建設(shè)的必然選擇。
對(duì)此，張宗亮表示，以大壩為例，當(dāng)前水利水電工程智能化建設(shè)正處于數(shù)字大壩向智慧大壩的轉(zhuǎn)型階段。數(shù)字大壩實(shí)現(xiàn)了對(duì)大壩建設(shè)過(guò)程的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋控制，智慧大壩則實(shí)現(xiàn)了對(duì)大壩建設(shè)過(guò)程的智能感知、智能分析和智能管控。
水利水電智慧工程技術(shù)創(chuàng)新
對(duì)于水利水電工程數(shù)字化智能化的技術(shù)實(shí)踐，HydroBIM（水利水電工程三維信息模型）智慧工程整體架構(gòu)給出了優(yōu)秀的示范。在張宗亮等人的帶領(lǐng)下，該架構(gòu)立足于解決水利水電工程設(shè)計(jì)施工運(yùn)營(yíng)全生命周期管控中的基礎(chǔ)性關(guān)鍵技術(shù)和平臺(tái)建設(shè)難題，采用跨學(xué)科、跨專業(yè)新技術(shù)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HydroBIM理論體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)工程全生命周期多維度BIM信息融合。
談及HydroBIM技術(shù)體系，張宗亮指出，“該體系是基于BIM的數(shù)字設(shè)計(jì)、智能建造、智慧運(yùn)營(yíng)的技術(shù)體系。”多年來(lái)，張宗亮團(tuán)隊(duì)搭建了基于BIM的技術(shù)體系架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)框架及工作流程，為水利水電工程全生命周期管理提供了頂層設(shè)計(jì)；建立了覆蓋全專業(yè)的HydroBIM標(biāo)準(zhǔn)體系，在行業(yè)內(nèi)率先制定了成套企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并完成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)向團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化；拓展了IFC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)在水利水電行業(yè)的應(yīng)用，為全生命周期管理平臺(tái)的BIM信息提取、模型生長(zhǎng)和應(yīng)用提供了底層數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)支撐。
與此同時(shí)，張宗亮等人還建立了全生命周期多維度BIM模型，實(shí)現(xiàn)了水利水電工程全生命周期數(shù)據(jù)可視化；提出了融合輕量化地形與高精度模型的HydroBIM+GIS集成方法，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)區(qū)域GIS信息的低負(fù)載與高精度展示；研發(fā)了水利水電工程全生命周期HydroBIM管控平臺(tái)，基本實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)三大階段模型及數(shù)據(jù)的一體化管理。
水利水電數(shù)字智能的應(yīng)用及展望
張宗亮介紹，土石壩智能建設(shè)自糯扎渡工程起步，并于長(zhǎng)河壩工程進(jìn)一步發(fā)展，馬洪琪、鐘登華等院士團(tuán)隊(duì)在兩河口、雙江口研究了高心墻堆石壩填筑全過(guò)程智能監(jiān)控理論，構(gòu)建了壩料從生產(chǎn)、運(yùn)輸、加水到攤鋪碾壓施工全過(guò)程智能監(jiān)控框架與智能無(wú)人碾壓機(jī)群協(xié)同作業(yè)技術(shù)。
在智能碾壓方面，馬洪琪、鐘登華等研發(fā)了壩料摻和質(zhì)量智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了摻礫土料均勻度與摻和比例有效控制，研發(fā)了壩料運(yùn)輸過(guò)程智能管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壩料料源點(diǎn)、途經(jīng)道路、卸料點(diǎn)位置全過(guò)程智能監(jiān)控與調(diào)度，研發(fā)了堆石料壩外智能加水系統(tǒng)、堆石料攤鋪過(guò)程智能管控系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了堆石料壩外加水量的智能化分析與加水過(guò)程自動(dòng)化控制，以及攤鋪厚度、平整度智能控制。
談及兩河口高心墻堆石壩無(wú)人碾壓機(jī)群作業(yè)協(xié)同施工情況，張宗亮說(shuō)道：“兩河口智能碾壓科研團(tuán)隊(duì)克服種種困難，至2021年12月大壩填筑完成，兩河口現(xiàn)場(chǎng)共開(kāi)展無(wú)人碾壓機(jī)群生產(chǎn)倉(cāng)面1000余倉(cāng)，共計(jì)碾壓方量達(dá)約400萬(wàn)立方米，以科技創(chuàng)新護(hù)航世界高壩，樹(shù)立起高壩智能建設(shè)新標(biāo)桿?！?/p>
在智能灌漿方面，耦合多尺度地質(zhì)模型、水工建筑物、漿液擴(kuò)散模型的灌漿統(tǒng)一分析模型為灌漿精細(xì)數(shù)值模擬奠定了模型基礎(chǔ)?！爸悄芄酀{云平臺(tái)的出現(xiàn)，融合了灌漿前、灌漿中、灌漿后全流程信息，實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的灌漿全流程智能可視化分析與反饋控制，提升了灌漿質(zhì)量管控水平?！睆堊诹帘硎?。
混凝土壩智能澆筑也是大壩智能建設(shè)的一大新突破。張宗亮舉例介紹，烏東德水電站實(shí)現(xiàn)了過(guò)程監(jiān)控、澆筑監(jiān)控、振搗監(jiān)控；白鶴灘水電站實(shí)現(xiàn)了纜機(jī)調(diào)度、澆筑監(jiān)控、平倉(cāng)監(jiān)控、振搗監(jiān)控；葉巴灘水電站實(shí)現(xiàn)了過(guò)程監(jiān)控、振搗監(jiān)控。
談及對(duì)未來(lái)水利水電工程智能建設(shè)的展望，張宗亮表示，目前水利水電工程智能建設(shè)重點(diǎn)圍繞大壩，下一步有必要針對(duì)大型地下廠房、高陡邊坡等更多領(lǐng)域開(kāi)展研究，如在智能硬巖掘進(jìn)機(jī)、無(wú)人駕駛、邊坡支護(hù)一體化裝備等方面，進(jìn)一步提升工程整體的智能建設(shè)應(yīng)用水平。同時(shí)，隨著“雙碳”戰(zhàn)略的推進(jìn)，大量抽蓄電站開(kāi)工建設(shè)，于長(zhǎng)距離引水隧洞而言，TBM（全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)）作為“少人化、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化”發(fā)展方向的代表性施工技術(shù)與裝備，有必要針對(duì)超小轉(zhuǎn)彎半徑硬巖TBM、大斷面小轉(zhuǎn)彎半徑TBM、豎井TBM、斜井TBM等細(xì)分領(lǐng)域開(kāi)展進(jìn)一步研究。另外，隨著基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的高速發(fā)展，有必要開(kāi)展更安全、更高效、更綠色、更智能的工程建設(shè)技術(shù)研究，如新能源施工裝備、裝配式建筑、3D打印等新技術(shù)。
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