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发布时间：2021-05-19 15:45所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：文章针对新疆大石峡水利枢纽工程智慧建设需求，结合物联网、云计算、大数据等新技术，论述了基于BIM+GIS+IOT+区块链+AR多技术融合的大石峡水利枢纽工程建设智慧管理云平台总体规划与设计，以实现数据一个源、施工一张图、业务一条线、管理一张网全过程
摘要：文章针对新疆大石峡水利枢纽工程智慧建设需求，结合物联网、云计算、大数据等新技术，论述了基于“BIM+GIS+IOT+区块链+AR”多技术融合的大石峡水利枢纽工程建设智慧管理云平台总体规划与设计，以实现“数据一个源、施工一张图、业务一条线、管理一张网”全过程、全要素、全方位智慧化管控目标，可为今后相似工程提供重要参考。
关键词：智慧建设;总体规划;顶层设计
1概述
随着信息技术的发展，“智慧地球”概念得以提出，“智慧”概念在水利领域得以体现。数字水利和智慧水利是水利信息技术不同的发展阶段[1-2]。初期，随着全数字摄影测量、遥测、遥感、地理信息系统、全球定位系统、可视化等现代化信息技术出现，构建成一体化的数字集成平台和虚拟环境，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学性和预见性[3]。
现阶段，以"互联网+"的思维和BIM的跨界应用开拓水利创新之路，大坝建设管理云平台、一体化智能灌浆、无人集群智能填筑、混凝土浇筑智能温控、TBM辅助掘进等在水利工程施工过程中取得阶段性成果[4-12]，解决了信息采集实时性差、数据应用程度低、易形成信息孤岛、以及难以满足高标准的施工质量综合控制等问题，实现了单一分项工程的智能化管理。
随着物联网、云计算、大数据、人工智能、BIM+等新一代信息技术崛起，从水利工程的规划阶段开始，实现规划、设计、建设、运行的全寿命周期智慧化任重道远，水利工程建设全过程智慧化管控旭日初升。本文结合信息化发展现状以及水利工程建设管理信息化研究与实践中的经验，拟建设基于“BIM+GIS+IOT+区块链+AR”等多技术融合的大石峡水利枢纽工程建设智慧管理云平台，实现“数据一个源、施工一张图、业务一条线、管理一张网”的智慧化管控，全面提升工程建设信息化水平。
2工程简介
2.1工程概况
新疆大石峡水利枢纽工程位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区境内阿克苏河一级支流库玛拉克河中下游、温宿县与乌什县交界处的大石峡峡谷河段。工程建设任务是在保证向塔里木河干流生态供水总量目标的前提下，承担灌溉、防洪、发电等综合利用，并为进一步改善向塔里木河干流生态供水过程创造条件。拦河坝为混凝土面板砂砾石坝，最大坝高247m，为国内外同类型大坝最高坝。水库正常蓄水位1700m，水库总库容11.7亿m3，电站装机容量750MW，多年平均发电量18.93亿kW·h，工程等别为I等大(1)型工程。
2.2工程特点及技术难点
新疆大石峡水利枢纽工程为特高混凝土面板砂砾石坝，为已建和在建的世界第一高混凝土面板坝和世界第一高砂砾石坝。工程整体具有高坝、高边坡、高地震烈度、高泄洪流速、高挖填强度等“五高”，管理模式新“一新”，地形地质复杂、自然气候复杂、社会环境复杂等“三复杂”的特点。
3智慧建设目标与原则
3.1建设目标
基于大石峡水利枢纽工程特点和技术难点，结合信息化发展现状以及水利工程建设管理信息化研究与实践中的经验，建设基于“BIM+GIS+IOT+区块链+AR”等多技术融合的大石峡水利枢纽工程建设智慧管理云平台，实现大石峡水利枢纽工程数字孪生、数据驱动、情景模拟、动态管控、智慧决策等，主要目标具体体现在六方面:①为大石峡水利枢纽工程建设智慧化管理提供群体协同平台;②为大石峡水利枢纽工程建设质量、进度、安全、成本的高效管控提供重要科技手段;③为大石峡水利枢纽工程运行长效安全智慧管控提供科学保障;④为大石峡水利枢纽工程提供全寿命期管控，保证数据的完整和可溯;⑤为大石峡水利枢纽工程提供新一代信息技术支撑，保障新技术与工程实际无缝衔接，具备出色的应用、推广价值;⑥为大石峡水利枢纽工程解决工程现场数据与填报数据“两张皮”问题，确保现场与智慧工程同时设计、同时建设、同时运行。
3.2建设原则
为实现“数据一个源、施工一张图、业务一条线、管理一张网”的智慧化管控，大石峡水利枢纽工程建设智慧管理云平台主要依据的设计原则如下:①需求导向、目标统领;②总体设计、分步实施;③安全实用、先进可靠;④自主可控、性能高效;⑤统一标准、共享资源;⑥技术融合、智能应用;⑦突出重点、务求实效;⑧统分兼顾、逐步迭代;⑨集中部署、保障运行;⑩健全机制、创新服务。
4智慧建设顶层设计
4.1顶层架构
基于物联网等新一代信息技术，秉承“泛在感知、BG为基、激活数据、多层互融、引领创新、协同共赢”建设理念，建设大石峡水利枢纽工程建设智慧管理云平台，实现大石峡水利枢纽工程建设全过程、全要素、全方位的智慧化管控和业务闭环管理，实现质量、进度、成本及安全的统筹优化，打造新时代的智慧水利示范精品。(1)工程建设所依据的政策法规和安全体系是本平台开发建设的基础。
(2)感知层，主要通过RFID、宽频定位、电子标签、摄像头、无人机、高精度定位、人工观测等手段，获取本平台的多源异构海量数据，为平台高效运行提供真实、可靠的基础资料。(3)传输层，主要通过光纤、北斗、以太网、局域网、4G等手段，构建全方位、多层次、全覆盖的网络通信系统，为本工程监测监控站、调度会商中心等之间的语音、数据、视频等各种信息提供高速可靠的传输通道，实现数据高效、精准的传递。
(4)基础层，主要以云平台的相关硬件和软件为载体，将现场和智慧化工程无缝衔接，确保智慧大石峡安全、可靠运行。(5)数据层，主要将获得的数据、文本、图片、影像、视频、声音等资料，进行存储、规划、梳理、抽取、交换、发布、服务等数据管理与服务，为云平台业务应用提供数据服务。
(6)支撑层，主要通过GIM、GIS、云计算、区块链、大数据等算法，为智慧化工程中不同的功能模块之间进行数据交互的数据交换平台，进行大数据处理的多源异构数据处理平台，以及储存源数据的数据存储平台，其中信息全过程管理标准中包括信息采集标准格式、数据存储与分析的标准结构与元数据设计，源数据将经过平台层进行清洗、甄别、稀疏、聚类、相关、预测、校验、转发等，是大数据中转、处理中心，还包括有支撑平台应用开发和支撑平台服务的多个平台系统，如BIMCloud服务平台、GIS服务平台、AI训练平台等，是支撑整个云平台运行的必要服务平台，另外结合目前水利部正在推行的数字文档电子签证，保证工程建设过程中的重要数字文档的合理地位与法律效力。
4.2技术架构
拟采用FWeb平台(统一资源云服务平台)，该平台是资源管理平台、网络应用开发平台、移动应用开发平台、云帐号中心平台的总称。云平台遵循主流企业架构风格，设计遵循标准化、可扩展性、先进性、稳定性等系统总体设计原则，并且支持多语言，支持主流的微服务框架、支持前后端分离的开发模式，可扩展性高、系统开发效率高等多个特点，可兼容WindowsServer、Linux、Unix等多个主流操作系统。云平台还能与国产及国外主流数据库保持极好的交互性，同时开发平台提供应用、数据、网络、终端、通讯的安全管理，确保运行的可控、可靠性，通过运行监控、集群管理、组件升级等运行维护的支持，满足平台的高可用性要求。
5智慧建设功能与关键技术
5.1功能模块
大石峡水利枢纽工程建设智慧化管理，分为三大类功能模块，分别为分析决策类、工程建设类和现场施工类。
水利论文投稿刊物：《水利学报》创刊于1956年，是由中国科学技术协会主管，中国水利学会、中国大坝协会主办的综合性学术刊物，是水利行业创刊最早、国内外最具影响的学术期刊，在水利工程类核心期刊中排第一位，被全国中文核心期刊、中国科技核心期刊、美国《工程索引》(Ei)等多家检索系统收录。
6结语
本文主要从新疆大石峡水利枢纽工程建设智慧管理需求出发，结合目前先进信息化技术发展现状，开展了该枢纽工程智慧建设总体规划与顶层设计，通过整个平台架构的设计，遵循标准化、可扩展性、先进性、稳定性等设计原则，并且将目前最新发展的信息化技术纳入其中，实现全过程全方位的多维精细化管理。
并在平台上将与工程建设中关键的施工过程实时智能化监控系统作为单独的子系统进行建设，实现了既全面又重点突出，即全要素又关键突出的特点。但是实际建设过程中，尚需要进一步结合大石峡水利枢纽工程实际，进行顶层设计与规划的动态调整与优化，真正做到平台的应用能够切实提高工程建设管理水平，保证工程施工质量，为工程建设 运行的安全、智慧、高效提供重要支撑。
参考文献：
[1]王忠静，王光谦，王建华，等.基于水联网及智慧水利提高水资源效能[J].水利水电技术，2013，44(1):1-6.
[2]张建云，刘九夫，金君良.关于智慧水利的认识与思考[J].水利水运工程学报，2019(1):1-7.
[3]李国英.建设“数字黄河”工程[J].中国水利，2002(2):29-32.
作者：宋晓建1，裴彦青1，赵宇飞2，姜龙2
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《大石峡水利枢纽工程智慧建设总体规划与顶层设计》