導語：工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

［摘要］水利工程是穩(wěn)定生產(chǎn)和保障民生的重要基礎(chǔ)工程，加強信息技術(shù)與水利工程業(yè)務(wù)深度融合，推動智慧水利工程建設(shè)，是提升水利工程質(zhì)量和保障工程穩(wěn)定運行的有力支撐。文中以珠江三角洲水資源配置工程為例，系統(tǒng)分析了水利工程大數(shù)據(jù)的基本特征、分類體系和主要構(gòu)成，研究提出了水利工程大數(shù)據(jù)治理方法和輔助決策的具體應(yīng)用，對水利工程大數(shù)據(jù)的推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。

［關(guān)鍵詞］水利工程；大數(shù)據(jù)；信息化

水利工程是穩(wěn)定生產(chǎn)和保障民生的重要基礎(chǔ)工程，按照建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國、智慧社會的總體部署，加強新一代信息技術(shù)的應(yīng)用，推進智慧水利工程建設(shè)，是全面落實“兩新一重”要求、積極踐行水利改革發(fā)展總基調(diào)、驅(qū)動水利現(xiàn)代化發(fā)展的必由之路。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，“大數(shù)據(jù)+行業(yè)”滲透融合全面展開，成為促進生產(chǎn)生活和社會管理方式創(chuàng)新變革的重要驅(qū)動。為全面推動落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于大數(shù)據(jù)發(fā)展的系列決策部署，水利部印發(fā)了《關(guān)于推進水利大數(shù)據(jù)的指導意見》，這標志著水利大數(shù)據(jù)發(fā)展進入了一個新階段，在此背景下，充分認識大數(shù)據(jù)在水利改革發(fā)展中重要作用，分析水利大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用面臨的機遇與挑戰(zhàn)，研究水利數(shù)據(jù)管理的有效途徑，明確水利大數(shù)據(jù)發(fā)展和應(yīng)用方向，顯得尤為必要[1]。珠江三角洲水資源配置工程（以下簡稱“珠三角工程”）是國務(wù)院批準的《珠江流域綜合規(guī)劃（2012—2030年）》提出的重要水資源配置工程，是國務(wù)院確定的全國172項節(jié)水供水重大水利工程之一。珠三角工程以“打造新時代生態(tài)智慧水利工程”為建設(shè)目標，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，實現(xiàn)高新技術(shù)與工程業(yè)務(wù)的深入融合，推動珠三角工程的智慧化建設(shè)，為提升水利工程質(zhì)量和保障工程穩(wěn)定運行提供有力支撐。隨著珠三角智慧水利工程建設(shè)的推進和發(fā)展，積累了大量的工程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)蘊含著巨大的數(shù)據(jù)價值，需要全面匯聚安全、質(zhì)量、進度、資金、調(diào)度、運維等工程數(shù)據(jù)，利用云計算，通過模型分析和算法推演等大數(shù)據(jù)方法，深度挖掘工程建設(shè)和運行管理中的數(shù)據(jù)價值，從數(shù)據(jù)中尋找規(guī)律、預測未來，利用數(shù)據(jù)增強決策支持能力[2]，提升工程的精細化管理能力。從珠三角工程大數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用出發(fā)，通過分析研究工程大數(shù)據(jù)特征、分類、構(gòu)成、治理方法和輔助決策應(yīng)用，以此開展工程大數(shù)據(jù)在水利工程建設(shè)管理中的應(yīng)用研究，為實現(xiàn)水利工程智慧化建設(shè)提供堅實基礎(chǔ)和強力驅(qū)動。

1基本特征

隨著大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的不斷更新和發(fā)展，大數(shù)據(jù)的概念也在不斷完善。業(yè)界普遍認為大數(shù)據(jù)具有4V特性，即海量的數(shù)據(jù)規(guī)模（Volume）、快速的數(shù)據(jù)流動（Velocity）、多樣的數(shù)據(jù)類型（Variety）和巨大的數(shù)據(jù)價值（Value），這也成為判斷是否構(gòu)成大數(shù)據(jù)的基本指標[3]。珠三角工程包括隧洞、管道、泵站、閘門、水庫、盾構(gòu)、塔吊等工程對象，涉及安全、質(zhì)量、進度、資金、環(huán)境、水情、水質(zhì)、調(diào)度、運維等眾多要素，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)紛繁復雜，具有來源多樣、結(jié)構(gòu)多維、更新實時等大數(shù)據(jù)基本特征，具體如下：1）數(shù)據(jù)量大，來源及形式多樣：珠三角工程數(shù)據(jù)來源廣泛，涉及工程運行的各個階段，包含珠三角工程全線數(shù)萬臺監(jiān)測設(shè)備每秒產(chǎn)生的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及涉及數(shù)十萬模型構(gòu)件的珠三角工程全線設(shè)計、施工BIM模型數(shù)據(jù)；同時，在工程建設(shè)運行管理過程中，還會產(chǎn)生大量的管理數(shù)據(jù)、調(diào)度運行數(shù)據(jù)、工程運維數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)年增長總量約為1TB，且具有結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征。2）數(shù)據(jù)持續(xù)增長，數(shù)據(jù)價值高：隨著水利工程的建設(shè)運行，信息化應(yīng)用的不斷深入，監(jiān)測密度與指標的不斷完善，相應(yīng)的建設(shè)運行數(shù)據(jù)增長速度也將不斷加快，而這些數(shù)據(jù)是水利工程建設(shè)、管理及決策分析的依據(jù)，蘊含著巨大的數(shù)據(jù)價值。3）數(shù)據(jù)動態(tài)變化，實時性強：水利工程數(shù)據(jù)具有明顯的動態(tài)變化特征，如水量水質(zhì)、水生態(tài)、水文地質(zhì)條件等數(shù)據(jù)，在不同時間、不同空間均會呈現(xiàn)不同的動態(tài)變化規(guī)律；工程BIM模型具有明顯的時空分布特征，需要隨著工程進度不斷地調(diào)整完善，如泵站、隧洞等工程對象在設(shè)計、施工、竣工階段的模型均會呈現(xiàn)出不同的狀態(tài)；同時，水利工程對于數(shù)據(jù)的實時性及準確性具有較高的要求，如工程安全監(jiān)測、智慧工地監(jiān)測、質(zhì)量檢測、調(diào)度運行等數(shù)據(jù)，是判別工程是否正常運行、是否啟用應(yīng)急預案等的依據(jù)。4）數(shù)據(jù)相互影響，關(guān)聯(lián)緊密：水利工程各類數(shù)據(jù)之間是相互影響、互相關(guān)聯(lián)的。如工程進度與工程標段劃分、現(xiàn)場設(shè)施配備狀況、施工環(huán)境、天氣情況等數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)密切；再如工程險情與工程設(shè)計參數(shù)、水情、雨情、地形地貌、工程水文地質(zhì)等數(shù)據(jù)息息相關(guān)。因此，工程各類型數(shù)據(jù)之間并不是完全獨立的，而是相關(guān)影響、相互關(guān)聯(lián)的，具有較為復雜的關(guān)系[4]。

2分類體系

珠三角工程大數(shù)據(jù)的分類體系通過制定工程對象分類分級、工程對象編碼及數(shù)據(jù)資源模型等標準，從而形成統(tǒng)一遵循的標準，為后期數(shù)據(jù)管理打下堅實的基礎(chǔ)。1）工程對象分類標準：將工程對象劃分為工程主體和工程輔助設(shè)施兩大類。其中工程主體劃分輸水干線、隧洞、閘門、泵站、管道、水庫等；工程輔助設(shè)施劃分主要設(shè)施、附屬設(shè)施和相關(guān)設(shè)施，包括工程機械、工程電氣、工程金屬結(jié)構(gòu)、工程消防、對外交通等。2）工程對象編碼標準：工程對象根據(jù)業(yè)務(wù)管理精細化程度，按照業(yè)務(wù)管理和實體歸屬層級進行編碼。編碼體系由多級構(gòu)成，包括標段、工區(qū)、大類、小類等，如編碼示例：GA101A0001000100101，按照編碼體系“特征碼+標段碼+工區(qū)碼+大類碼+工藝位置碼+感知對象類型（中類碼）+流水號+感知單元碼+感知項”進行編碼，見表1。3）數(shù)據(jù)資源模型標準：將工程對象劃分為標識和屬性，以減少數(shù)據(jù)冗余、提高結(jié)構(gòu)靈活性和數(shù)據(jù)間的易關(guān)聯(lián)能力。其中對象標識表達本體的存在性和唯一性，屬性表達本體可能存在的相關(guān)特征，如基本屬性、業(yè)務(wù)屬性、空間屬性、BIM屬性，以及標識或?qū)傩跃锌赡艽嬖诘臅r相特征等，數(shù)據(jù)資源模型標準如圖1所示。

3主要構(gòu)成

隨著珠三角工程智慧應(yīng)用有效、穩(wěn)定和持續(xù)地運行，逐步形成并積累了大量的工程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)又推動業(yè)務(wù)應(yīng)用不斷發(fā)展，最終為業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化打下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[5]。珠三角工程大數(shù)據(jù)主要由基礎(chǔ)、空間、BIM、工程管理、工程監(jiān)測、調(diào)度運行、多媒體等7類數(shù)據(jù)構(gòu)成，具體如下。1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：包括工程建設(shè)單位、工程參建單位、工程標段、工區(qū)、單位工程劃分、水利工程、設(shè)備設(shè)施、監(jiān)測測站等基礎(chǔ)信息；2）空間數(shù)據(jù)：包括隧洞、泵站、水閘、水庫、河流、測站、等基礎(chǔ)地理信息、衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)及傾斜攝影數(shù)據(jù)等；3）BIM數(shù)據(jù)：包括工程擋水建筑物、輸水建筑物、邊坡工程、導流建筑物、運行管理建筑物等BIM模型數(shù)據(jù)，涉及幾何表達精度、信息深度等級、數(shù)據(jù)格式等標準，以保證BIM數(shù)據(jù)的準確性、完整性、邏輯一致性；4）工程管理數(shù)據(jù)：包括安全管理、進度管理、質(zhì)量管理、投資管理、生態(tài)監(jiān)測、環(huán)境保護、智慧工地等管理數(shù)據(jù)；5）工程監(jiān)測數(shù)據(jù)：包括工程安全監(jiān)測、智慧工地監(jiān)測、質(zhì)量檢測、施工環(huán)境監(jiān)測、水土保持監(jiān)測、水生態(tài)監(jiān)測、水量水質(zhì)監(jiān)測等數(shù)據(jù)；6）調(diào)度運行數(shù)據(jù)：包括調(diào)度運行方案、調(diào)度運行評價方案、工程調(diào)度指令、調(diào)度會商成果、需水來水數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)；7）多媒體數(shù)據(jù)：包括工程建設(shè)、運行過程中的文檔、圖片、影像、聲音、視頻等數(shù)據(jù)。

4治理方法

珠三角工程大數(shù)據(jù)治理主要包括數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)融合、存儲與服務(wù)等4個階段。利用數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)、ETL技術(shù)、質(zhì)量控制技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的比對、清洗、建模、裝載，針對數(shù)據(jù)進行歸一化處理、一致性處理、圖斑處理、實體編碼與關(guān)聯(lián)、質(zhì)量檢查，利用分布式存儲與管理實現(xiàn)水利工程數(shù)據(jù)的存儲與服務(wù)。工程大數(shù)據(jù)治理如圖2所示。1）數(shù)據(jù)匯聚：通過WebService，前置系統(tǒng)、FTP，網(wǎng)絡(luò)爬蟲、Excel文件上傳等多種方法，實現(xiàn)珠三角工程各類監(jiān)測感知、相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)及其他外部系統(tǒng)產(chǎn)生的關(guān)系型、時序型、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化及地理空間數(shù)據(jù)的匯聚。2）數(shù)據(jù)清洗：珠三角工程大數(shù)據(jù)采用全流程式數(shù)據(jù)清洗模式，通過數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)補全、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)去重、數(shù)據(jù)校驗等環(huán)節(jié)，清除垃圾數(shù)據(jù)、補全缺失數(shù)據(jù)、修改數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容錯誤，獲取“干凈”數(shù)據(jù)資源，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)規(guī)范可用。3）數(shù)據(jù)融合：利用工程數(shù)據(jù)融合模型，以多業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)為管理對象，建立跨業(yè)務(wù)、跨組織的數(shù)據(jù)融合與關(guān)聯(lián)，有效整合分散的工程數(shù)據(jù)資源。4）存儲與服務(wù)：通過分布式資源調(diào)度、分布式存儲管理和分布式數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)，完成結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、高效管理和資源服務(wù)。

5輔助決策應(yīng)用

在珠三角工程的大數(shù)據(jù)輔助決策應(yīng)用中，通過構(gòu)建工程安全、工程質(zhì)量、工程進度、工程資金、工程調(diào)度、工程運維等大數(shù)據(jù)分析主題，利用人工智能方法，結(jié)合工程模型算法，實現(xiàn)了工程安全、質(zhì)量、進度、資金、調(diào)度、運維的態(tài)勢感知和趨勢預測，為工程建設(shè)的精細化管理、工程調(diào)度的智能化決策、工程險情的自動化識別提供輔助決策支撐。1）工程安全輔助決策：融合安全管理、安全監(jiān)督、安全教育、安全隱患、安全監(jiān)測等信息，運用工程安全大數(shù)據(jù)評價模型，基于數(shù)據(jù)駕駛艙可視化展現(xiàn)工程現(xiàn)場人、機、水工建筑物等的安全狀態(tài)，實時構(gòu)建工程安全的數(shù)字畫像。通過模型推演分析，預測工程安全的未來趨勢，結(jié)合工程安全的分級預警體系，動態(tài)提供安全預警，并精準定位工程的安全隱患，實現(xiàn)工程安全的有效管控。2）工程質(zhì)量輔助決策：融合質(zhì)量計劃、質(zhì)量管理、質(zhì)量檢查、質(zhì)量評定、質(zhì)量檢測等信息，運用工程質(zhì)量大數(shù)據(jù)評價模型，綜合評估工程質(zhì)量，精準識別工程質(zhì)量不達標部分，實現(xiàn)工程質(zhì)量監(jiān)督量化考核與有效管控。3）工程進度輔助決策：融合進度計劃、進度監(jiān)控、資源監(jiān)控、作業(yè)狀態(tài)等信息，運用工程進度大數(shù)據(jù)評價模型，構(gòu)建工程進度的數(shù)字畫像，精準識別進度滯后的標段或工區(qū)。通過工程進度預測模型，推演工程進度未來趨勢，輔助管理人員及時掌握進度態(tài)勢，提前發(fā)現(xiàn)和處理工程進度風險，實現(xiàn)工程進度的有效管控。4）工程資金輔助決策：融合工程總投資、工程概預算、工程變更、工程支付等信息，運用工程資金大數(shù)據(jù)評價模型，結(jié)合工程進度狀態(tài)，對項目投資的完成比例進行分析，動態(tài)展現(xiàn)工程預付及實際支付的執(zhí)行情況，實現(xiàn)對工程投資的全過程控制，輔助管理人員把控項目成本，實現(xiàn)工程資金的有效管控。5）工程調(diào)度輔助決策：融合工程供水能力、用水計劃、安全監(jiān)測等信息，結(jié)合沿線各泵站流量、閘門開度、管道壓力等數(shù)據(jù)，利用工程調(diào)度大數(shù)據(jù)模型算法形成調(diào)度方案，基于工程BIM+GIS平臺對調(diào)度方案進行分析預演，下達調(diào)度指令，提高水量調(diào)度的經(jīng)濟性和安全性。6）工程運維決策：融合工程安全監(jiān)測、水量水質(zhì)、巡查檢修、工程調(diào)度等信息，利用工程運維大數(shù)據(jù)算法，評估工程水工建筑物、機電設(shè)備、金結(jié)設(shè)備的健康狀態(tài)，預測工程設(shè)備設(shè)施的健康態(tài)勢，精準診斷與異常識別，為工程安全運行提供保障。

6結(jié)語

大數(shù)據(jù)在水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用還處于初級階段，以珠三角工程大數(shù)據(jù)的實際應(yīng)用為例，分析了水利工程大數(shù)據(jù)的基本特征，初步研究了水利工程大數(shù)據(jù)的應(yīng)用體系，包括水利工程大數(shù)據(jù)資源的7種分類、水利工程大數(shù)據(jù)治理的4個階段、水利工程大數(shù)據(jù)輔助決策應(yīng)用的6個維度，為探索行業(yè)內(nèi)水利工程大數(shù)據(jù)的建設(shè)，充分挖掘水利工程大數(shù)據(jù)的價值，積極推進智慧水利工程建設(shè)提供了思路與經(jīng)驗。

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作者:杜燦陽 張兆波 劉震 單位:廣東粵海珠三角供水有限公司