数字工程信息化在水利工程全生命周期管理中的应用

摘要： 随着信息技术的飞速发展，数字工程信息化为水利工程全生命周期管理带来了全新变革。本文深入剖析水利工程全生命周期各阶段特点，探讨数字工程信息化技术内涵，从规划设计、建设施工、运行维护到退役拆除四个阶段详细阐述其应用路径，结合实际案例展示应用成效，并对未来发展趋势进行展望，旨在为提升水利工程管理水平、推动水利行业数字化转型提供理论依据与实践指导。

关键词：数字工程信息化；水利工程；全生命周期管理

一、引言

水利工程作为国家基础设施的重要组成部分，对保障水资源合理调配、防洪减灾、农业灌溉以及生态保护起着关键作用。传统水利工程管理模式在面对日益复杂的工程需求、高效运营挑战以及精准决策困境时，逐渐显露出局限性。数字工程信息化技术的涌现，凭借其强大的数据处理、模拟仿真、实时监测与智能决策能力，为水利工程全生命周期管理注入了新活力，实现从经验管理向精准科学管理的跨越，助力水利工程发挥最大效益，推动水利事业可持续发展。

二、水利工程全生命周期各阶段特点与数字工程信息化内涵

2.1 水利工程全生命周期各阶段特点

水利工程全生命周期涵盖规划设计、建设施工、运行维护以及退役拆除四个主要阶段。规划设计阶段需综合考虑流域水资源状况、地形地貌、生态环境、社会经济需求等多方面因素，进行多方案比选，传统方法依赖人工调研、图纸绘制，耗时费力且准确性受主观因素影响大。建设施工阶段涉及众多工种协同作业，施工场地复杂多变，工程进度、质量、安全管控难度高，信息传递不畅易导致施工延误、质量问题。运行维护阶段是水利工程发挥效益的漫长时期，需实时监控工程设施运行状态，应对洪水、干旱等突发事件，早期监测手段有限，故障预警滞后，维修决策缺乏科学依据。退役拆除阶段面临废旧设施处理、生态环境修复等问题，若处理不当会造成资源浪费与环境污染。

2.2 数字工程信息化内涵

数字工程信息化是以计算机技术、地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物联网（IoT）、大数据、人工智能等为核心的技术集群，通过数字化手段对水利工程全生命周期各类信息进行采集、存储、传输、处理与应用。在水利工程领域，它能够将实体工程转化为数字模型，实现虚拟与现实交互，利用实时数据驱动模型动态更新，为工程各阶段决策提供精准支持，打破信息孤岛，促进各参与方协同工作，提升水利工程管理的精细化、智能化水平。

三、数字工程信息化在水利工程全生命周期各阶段的应用

3.1 规划设计阶段

运用 GIS 技术整合流域地形、水系、土壤、植被等空间数据，构建数字流域模型，为水利工程选址、布局提供直观、精准的地理背景信息。例如，通过分析数字流域模型中的洪水淹没区、水土流失敏感区，合理避开生态脆弱地带，确定大坝、水库最优建设位置。借助 BIM 技术创建水利工程三维设计模型，不同专业设计师在同一平台协同设计，实时碰撞检查，提前发现并解决设计图纸中的矛盾冲突，如水利机械与厂房结构的空间干涉问题，提高设计质量与效率，设计周期可比传统方式缩短 20% - 30%。利用虚拟现实（VR）/增强现实（AR）技术，让决策者沉浸式体验设计方案效果，辅助项目评审与决策，确保规划设计方案科学合理，贴合实际需求。

3.2 建设施工阶段

基于 BIM 与施工进度计划相结合的 4D BIM 技术，实现施工进度可视化模拟，提前预判施工过程中的重难点问题，如大型混凝土浇筑顺序、设备安装进场路径等，合理安排资源调配，避免施工延误。施工现场部署 IoT 传感器，实时采集施工设备运行参数、人员位置、物料消耗等信息，通过无线传输至云平台，管理人员远程监控施工动态，一旦设备出现故障隐患或物料不足，及时预警并采取措施，确保施工顺利进行。利用无人机航拍与 BIM 模型对比分析，快速获取施工场地地形地貌变化、工程形象进度，精准核算工程量，为工程结算、进度款支付提供可靠依据，有效控制建设成本，减少工程变更引发的纠纷。

3.3 运行维护阶段

构建水利工程物联网监测体系，在大坝、堤防、水闸等关键部位安装位移、应力、渗流、水位等各类传感器，24 小时不间断采集工程运行数据，传输至监控中心。通过大数据分析挖掘数据背后的规律，建立故障预测模型，如根据大坝渗流数据变化趋势提前预警渗漏风险，预警时间可比传统监测方法提前 1 - 2 天，为维修养护争取宝贵时间。结合 BIM 模型与实时监测数据，开发水利工程运维管理平台，实现设施设备三维可视化展示、运行状态实时查询、维修养护任务自动派发，维修人员通过移动端接收任务，查看设备故障位置、维修历史记录，快速定位问题并修复，提高运维效率，降低运维成本，确保水利工程安全稳定运行。

3.4 退役拆除阶段

利用激光扫描、三维建模等技术对拟退役拆除的水利工程设施进行详细测绘，建立高精度数字模型，精准评估拆除工程量、结构稳定性，为制定拆除方案提供数据支撑。基于数字模型模拟拆除过程，分析不同拆除顺序、方法对周边环境的影响，如爆破拆除对附近居民楼、交通设施的振动冲击，选择最优拆除方案，最大限度减少对环境的负面影响。在拆除过程中，通过 IoT 传感器实时监测拆除现场粉尘、噪声、振动等环境指标，结合 BIM 模型可视化展示，确保拆除作业符合环保要求，实现水利工程退役拆除的绿色、安全、高效。

四、案例分析

以某大型水库工程为例，在规划设计阶段，运用 GIS 和 BIM 技术优化选址与设计方案，避免了一处潜在地质灾害隐患区，减少工程投资 5%。建设施工阶段，通过 4D BIM 技术与 IoT 监测，提前解决 10 余处施工冲突，施工进度偏差控制在 5%以内，物料浪费减少 15%。运行维护阶段，物联网监测体系结合大数据分析，成功提前预警 3 次渗漏风险，运维成本降低 20%。退役拆除阶段，利用数字模型制定科学拆除方案，拆除过程中环境指标全部达标，周边居民投诉为零。整个项目全生命周期借助数字工程信息化技术，实现了高效管理，取得显著经济效益、社会效益与环境效益。

五、结论与展望

数字工程信息化宛如一股强劲的东风，全面渗透至水利工程全生命周期的各个环节，从前期的规划设计精雕细琢，到建设施工的高效推进，再到运行维护的精准管控，乃至退役拆除的妥善处理，均展现出了非凡的赋能实力。它以数据为笔、技术为墨，勾勒出了管理效率大幅跃升、决策制定愈发科学、工程综合效益显著增进的崭新画卷，强有力地驱动着水利工程管理大步跨越，向着数字化、智能化的新征程昂首迈进。

然而，在砥砺奋进的道路上，也并非一帆风顺，诸多难题如影随形。技术标准的参差不齐，仿若林立的藩篱，阻碍着不同系统、平台间的顺畅对接与协同，使得数据流通受阻、资源共享受限；数据安全隐患恰似高悬的达摩克利斯之剑，在数据海量汇聚、频繁交互的当下，随时可能引发信息泄露、系统瘫痪等危机，给水利工程的稳定运营带来严峻挑战；复合型人才的短缺问题则如同巧妇难为无米之炊，由于涉及多领域交叉知识，既懂水利专业又精通信息技术的人才稀缺，制约了技术的深度应用与创新突破。

参考文献：

[1] 陈晨， 周伟， 等. 水利工程数字化管理体系构建与实践[J]. 中国水利， 2023（16）： 35-38.

[2] 王强， 吴迪， 等. 基于BIM技术的水利工程全生命周期信息集成与管理[J]. 水利水电技术， 2022， 53（09）： 105-112.