中能观察丨水利水电工程应走好数字化智能化道路

来源：中国电力报 时间：2023-06-16 10:04

王睿佳

　　今年政府工作报告提出，大力发展数字经济，提升常态化监管水平，支持平台经济发展。加快建设数字中国，实现高水平科技自立自强，实施创新驱动发展战略，对水利水电工程领域意义非凡。工程建设智能化是人工智能、大数据和云计算高度发展的产物，是衡量工程建设水平的重要标志，为水利水电工程建设智能发展和技术创新提供了重要支撑。

　　方向有了，那么水利水电工程领域发展现状如何？具体如何实践？在中国电力建设企业协会举办的“第二届中国电力建设数字经济论坛”上，中国工程院院士，中国电力建设集团有限公司首席科学家，中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司副总经理、总工程师张宗亮对于水利水电工程如何更好融入数字化智能化建设分享了他的理解。

数字化是行业发展的必然选择

　　作为中国高坝工程技术带头人，张宗亮主持和组织设计了我国多项大型水利水电工程，在高坝工程、数字工程等方面作出了杰出贡献。

　　谈及水利水电行业数字化智能化发展的政策背景，张宗亮表示，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出加快数字化发展，建设数字中国，深刻阐明了加快数字经济发展对于把握数字时代机遇、建设数字中国的关键作用。

　　2022年初，国务院发布《“十四五”数字经济发展规划》指出，“十四五”时期，我国数字经济转向深化应用、规范发展、普惠共享的新阶段；促进数字技术在全过程工程咨询领域的深度应用，引领咨询服务和工程建设模式转型升级。今年2月，中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》提出，到2035年，数字化发展水平进入世界前列，数字中国建设取得重大成就。

　　张宗亮介绍，我国的水能资源极为丰富，技术可开发容量达6.87亿千瓦。截至2022年10月，我国水电装机达4.07亿千瓦（其中抽水蓄能0.43亿千瓦）。随着水利水电工程建设逐步走向高寒、高海拔、高地震烈度区，施工效能降低、人力耗损增加，数字化、信息化、智能化是实现工程优质高效安全建设的必然选择。

　　对此，张宗亮表示，以大坝为例，当前水利水电工程智能化建设正处于数字大坝向智慧大坝的转型阶段。数字大坝实现了对大坝建设过程的在线实时监测和反馈控制，智慧大坝则实现了对大坝建设过程的智能感知、智能分析和智能管控。

水利水电智慧工程技术创新

　　对于水利水电工程数字化智能化的技术实践，HydroBIM（水利水电工程三维信息模型）智慧工程整体架构给出了优秀的示范。在张宗亮等人的带领下，该架构立足于解决水利水电工程设计施工运营全生命周期管控中的基础性关键技术和平台建设难题，采用跨学科、跨专业新技术，形成了具有自主知识产权的HydroBIM理论体系、技术标准及系统平台，可实现工程全生命周期多维度BIM信息融合。

　　谈及HydroBIM技术体系，张宗亮指出，“该体系是基于BIM的数字设计、智能建造、智慧运营的技术体系。”多年来，张宗亮团队搭建了基于BIM的技术体系架构、数据库框架及工作流程，为水利水电工程全生命周期管理提供了顶层设计；建立了覆盖全专业的HydroBIM标准体系，在行业内率先制定了成套企业标准，并完成企业标准向团体标准及行业标准的转化；拓展了IFC国际标准在水利水电行业的应用，为全生命周期管理平台的BIM信息提取、模型生长和应用提供了底层数据标准支撑。

　　与此同时，张宗亮等人还建立了全生命周期多维度BIM模型，实现了水利水电工程全生命周期数据可视化；提出了融合轻量化地形与高精度模型的HydroBIM+GIS集成方法，实现了工程建设区域GIS信息的低负载与高精度展示；研发了水利水电工程全生命周期HydroBIM管控平台，基本实现了规划设计、工程建设、运行维护三大阶段模型及数据的一体化管理。

水利水电数字智能的应用及展望

　　张宗亮介绍，土石坝智能建设自糯扎渡工程起步，并于长河坝工程进一步发展，马洪琪、钟登华等院士团队在两河口、双江口研究了高心墙堆石坝填筑全过程智能监控理论，构建了坝料从生产、运输、加水到摊铺碾压施工全过程智能监控框架与智能无人碾压机群协同作业技术。

　　在智能碾压方面，马洪琪、钟登华等研发了坝料掺和质量智能监控系统，实现了掺砾土料均匀度与掺和比例有效控制，研发了坝料运输过程智能管控系统，实现了对坝料料源点、途经道路、卸料点位置全过程智能监控与调度，研发了堆石料坝外智能加水系统、堆石料摊铺过程智能管控系统等，实现了堆石料坝外加水量的智能化分析与加水过程自动化控制，以及摊铺厚度、平整度智能控制。

　　谈及两河口高心墙堆石坝无人碾压机群作业协同施工情况，张宗亮说道：“两河口智能碾压科研团队克服种种困难，至2021年12月大坝填筑完成，两河口现场共开展无人碾压机群生产仓面1000余仓，共计碾压方量达约400万立方米，以科技创新护航世界高坝，树立起高坝智能建设新标杆。”

　　在智能灌浆方面，耦合多尺度地质模型、水工建筑物、浆液扩散模型的灌浆统一分析模型为灌浆精细数值模拟奠定了模型基础。“智能灌浆云平台的出现，融合了灌浆前、灌浆中、灌浆后全流程信息，实现了跨平台的灌浆全流程智能可视化分析与反馈控制，提升了灌浆质量管控水平。”张宗亮表示。

　　混凝土坝智能浇筑也是大坝智能建设的一大新突破。张宗亮举例介绍，乌东德水电站实现了过程监控、浇筑监控、振捣监控；白鹤滩水电站实现了缆机调度、浇筑监控、平仓监控、振捣监控；叶巴滩水电站实现了过程监控、振捣监控。

　　谈及对未来水利水电工程智能建设的展望，张宗亮表示，目前水利水电工程智能建设重点围绕大坝，下一步有必要针对大型地下厂房、高陡边坡等更多领域开展研究，如在智能硬岩掘进机、无人驾驶、边坡支护一体化装备等方面，进一步提升工程整体的智能建设应用水平。同时，随着“双碳”战略的推进，大量抽蓄电站开工建设，于长距离引水隧洞而言，TBM（全断面硬岩隧道掘进机）作为“少人化、机械化、标准化、智能化”发展方向的代表性施工技术与装备，有必要针对超小转弯半径硬岩TBM、大断面小转弯半径TBM、竖井TBM、斜井TBM等细分领域开展进一步研究。另外，随着基础设施行业的高速发展，有必要开展更安全、更高效、更绿色、更智能的工程建设技术研究，如新能源施工装备、装配式建筑、3D打印等新技术。

责任编辑：吴苏灵