数智驱动智慧水利工程双碳价值创新实践

一、引言

在数字化时代，数字技术深刻改变各领域。大石峡水利枢纽工程作为国家重点水利工程，面临施工环境恶劣、工程量大、质量要求高等挑战。利用数智化技术实现工程高效管理和价值创造，成为亟待解决的问题。本文将介绍大石峡水利枢纽工程在数智化赋能方面的实践与创新。

二、实施背景

大石峡水利枢纽工程位于西北，施工条件恶劣，冬季漫长寒冷，昼夜温差大，风沙天气频繁，给工程建设带来巨大挑战。工程量庞大，施工质量要求高，坝体沉降控制难度大。为实现建设过程有效控制，大石峡项目以 “数智化” 技术为核心，开展实时智能精细化监控研究，覆盖从料源料场到大坝施工全过程，提升大坝施工管理水平。

三、“数智化”赋能主要做法（一）建立基于BIM 模型的料场智能开

1.三维地质建模：利用地质勘探资料和三维建模技术，建立开采料场三维地质模型，为坝料动态开采可视化智能分析提供基础。

2.开采过程可视化分析：结合现场动态数据更新模型，定量分析坝料开采进度、开挖量等，为动态开采规划提供依据，实现料场信息三维可视化与交互查询

3.挖掘机实时监控系统：在砂砾石料场挖掘机上安装 GNSS 定位监测设备，实时监测位置、轨迹及工作时长，提高挖掘机效率和控制施工进度。

（二）建设坝料运输过程监控系统

1.车辆监测：在自卸车上安装自动定位设备及空满载操作设备，实现对车辆从料源点到坝面的全过程定位与装卸料监控。

2.通讯组网：利用北斗卫星导航系统和现场已部署的通讯网络，实现车辆实时定位和数据发送。

3.可视化监控分析系统：在分控站和总控中心配置监控终端计算机，对车辆进行图形化监控，并对上坝强度、道路车流量进行分类统计。

4.报警反馈机制：系统提供多种报警功能，如运输偏离、卸料偏差等，通过短信形式及时通知施工管理人员和司机驾驶员。

5.运输量统计分析系统：开发地磅接口，集成地磅数据，结合运输车辆监控信息进行运输量的统计分析。6.运输精确调度系统：司机可实时接收运输车辆的路径规划信息，系统在车辆出现偏离轨迹、装错料、卸错料等情况时发出报警，并将报警信息存入数据库。

（三）建设坝外加水过程智能精细化分析与自主控制

集成无线射频（RFID）、自动控制和无线通讯技术，建设坝料上坝加水智能控制系统，按车按量精细监控加水量。车辆驶入加水区域，系统自动读取信息并控制加水，LED 显示屏提示加水状态，加水信息发送至总控中心评判，不达标则报警。

（四）建设砂砾石面板堆石坝智能摊铺系统

1.摊铺施工测量工具作业状态监测：在推土机上安装防振型高精度定位装置，实时采集推土机的动态空间坐标，为计算坝面铺料厚度提供依据。

2.摊铺施工测量工具监测数据传输：在推土机上安装防振型数据传输装置，将作业状态监测信息传输至远程数据库服务器，作为计算分析的源数据。

3.铺料平仓过程监控：在监控中心配置监控终端，读取作业状态数据，实时计算和分析平仓高程、铺料厚度、摊铺时间等参数，生成图形报告。

4.反馈控制：服务器端应用程序根据铺料厚度数据实时分析判断是否越限，若越限则向施工管理人员发出提

醒。

5.摊铺车载实时智能引导系统：读取并分析监控服务端的数据信息，计算实时最优作业路径，并显示在屏幕上供操作手查看，同时判断摊铺是否完成。

6.输出摊铺分析报表：在监控终端按照不同权限生成平仓监控成果图形报表，作为工程建设管理的辅助材料。

（五）建设砂砾石面板堆石坝碾压施工智能监控系统

1.碾压机作业状态监测：在碾压机上安装防振型高精度定位装置，实时采集碾压机的动态坐标和振动状态

为计算碾压参数提供依据。

2.碾压机监测数据传输：在碾压机上安装防振型数据传输装置，将作业状态监测信息传输至远程数据库服务器，作为计算分析的源数据。

3.碾压过程可视化监控：在分控站配置监控终端，读取作业状态数据，实时计算和分析碾压质量参数，并在可视化界面上展示。驾驶室内同样配有监控终端，指导驾驶员施工。

4.反馈控制：服务器端应用程序实时分析判断碾压机械的行车速度等是否达标，若出现偏差，通过语音提醒驾驶员，并向施工管理人员发出提醒。

5.碾压过程智能实景导引：基于增强现实（AR）技术，实现复杂边角区坝面碾压过程的智能实景导引，提高一次碾压达标率。

6.输出碾压分析报表：在监控终端按照不同权限生成碾压监控成果图形报表，作为工程建设管理的辅助材料

（六）建设砂砾石面板堆石坝碾压机群无人协同作业

1.智能感知体系：利用多种传感器建立智能感知体系，为碾压机的无人驾驶提供决策依据。

2.碾压无人驾驶轨迹跟踪控制模型：设计基于扰动自适应的自抗扰控制新方法，对碾压机的方向盘、控制柄输入和航向角、运动速度等进行精准控制。

3.无人碾压机群的协同作业系统：采用多智能系统建立碾压机的协同作业系统模型，保证施工作业安全与质量。

（七）建立生产调度指挥中心

集成各类专业子系统、视频监控、视频会议、应急指挥功能与展示大屏融合，实现远程指挥、数据展示、系统讲解等作用，提升项目管理质效。

四、“数智化”赋能实施效果

（一）坝料运输

系统采用卫星定位和现场无线通讯网络监测坝料运输车辆，配合自动称量系统获取数据，实现全天候无人管理，节约管理人员，杜绝人为干扰。通过设备准入、现场调度、计量结算、质量、安全、成本核算和单机工效等子系统，提升坝料运输管理效率和质量。

（二）坝面摊铺

实现了对摊铺机械的作业位置和状态的精准感知，动态监测仓面各区域的摊铺厚度和平整度，实时规划摊铺路径，并通过车载可视系统对驾驶员进行导引，提高了摊铺的高质量和高效率。

（三）坝面碾压

实现了对碾压轨迹、遍数、速度、振动状态和压实度等碾压过程参数的实时监控，当参数不满足控制要求时，进行智能分析报警与馈控，并输出碾压质量图形报表，作为质量验收的辅助材料，提高了碾压达标率。

（四）无人碾压

实现了坝面无人碾压机群作业的路径协同智能规划、智能避障、智能循迹等功能，提高了机群的施工效率和机械利用率，为水利水电工程智能化建设提供了技术保障。

（五）生产调度

将各专业子系统统一集成于智慧管理云平台，结合视频会议、远程应急指挥等功能，实现工程全过程信息的动态更新、维护、整合与共享，为工程管控提供智能决策支持。

五、“数智化”助力项目创造价值

大石峡水利枢纽工程通过大坝填筑智能建设，解决碾压质量、仓面含水率控制难度大，质量验评与分析时效性要求高等问题，实现工程建设智能化、扁平化、集约化与可视化，助力工程建设管理模式智慧化跨越发展，保障大坝全过程质量、进度与安全，显著提升大坝建设智能化水平与效率。

在新时代背景下，工程建筑行业应借力数智化融合机遇，打造智慧工地系统，集成施工现场要素感知、进度监测、劳务实名及智能调度功能，通过 AI 实时监控与风险预警提升管理效能，推动少人化作业和安全管控，提高施工效率与作业安全。同步构建云端隐患治理平台，实现上报-处置-验收全流程闭环管理，及时管控风险，提高安全管理效率、降低事故概率，结合数据可视化分析辅助决策。通过信息化驱动施工工业化转型，向工业化、数字化、智能化方向发展，持续提升核心竞争力，实现高质量发展。