智能化施工在水利水电工程中的应用探索

一、引言

水利水电工程是保障国家水安全、能源安全的重要基础设施，其施工环境复杂（涉及高边坡、深基坑、水下作业等）、建设周期长、技术要求高，传统施工依赖人工主导的作业模式，易受自然环境、人员经验等因素影响，存在施工精度偏差、安全风险突出、资源消耗大等短板。

在 “新基建” 与数字中国战略推动下，智能化技术与工程施工深度融合，催生了智能化施工新模式。智能化施工通过集成物联网、大数据、人工智能、机器人技术等，实现施工过程的精准感知、智能决策与自动执行，可有效解决传统施工痛点 ——如提升复杂工序作业精度、降低高危环境人工依赖、优化资源配置效率。当前，我国水利水电行业正加快智能化转型，大型工程已逐步试点智能化施工技术，但整体应用仍处于探索阶段。因此，系统梳理智能化施工的应用方向与推进路径，对推动技术落地、提升工程建设水平具有重要现实意义。

二、水利水电工程智能化施工的发展背景与应用现状

（一）发展背景

从行业需求看，一方面，水利水电工程规模不断扩大，如高坝、跨流域调水工程等，对施工精度（如坝体浇筑平整度、基础处理深度）与效率要求显著提升，传统人工施工难以满足；另一方面，行业面临 “用工荒” 与安全压力，高风险作业（如高空索道运输、水下基础开挖）需减少人工参与，智能化装备成为替代方案。

从技术支撑看，物联网传感器精度提升（如位移传感器精度达 0.1mm ）、5G 通信技术普及、人工智能算法优化，为施工过程实时监测、数据传输、智能决策提供技术保障；同时，国家出台政策鼓励水利工程数字化转型，明确要求大型水利项目优先应用智能化施工技术，为行业发展提供政策引导。

（二）应用现状

当前，水利水电工程智能化施工已在部分环节实现突破：在智能装备方面，混凝土智能平仓振捣机器人、坝体填筑碾压智能设备等逐步应用，可自动控制作业参数（如振捣频率、碾压遍数），提升施工均匀性；在数字技术方面，BIM 技术用于施工方案模拟，提前优化高边坡支护、导流洞开挖等复杂工序流程；在智能监测方面，部分工程安装物联网监测系统，实时采集施工区域水文、地质、设备运行数据，辅助风险预判。

但仍存在不足：一是应用范围局限，智能化技术多集中于混凝土浇筑、坝体施工等单一环节，缺乏全流程集成应用；二是技术适配性不足，部分智能装备（如水下施工机器人）在复杂水文环境下稳定性差，难以持续作业；三是数据协同不畅，施工、监测、管理等系统数据标准不统一，形成 “数据孤岛”，无法实现协同决策；四是中小工程应用滞后，受成本、技术储备限制，中小水利项目智能化施工普及率低，仍以传统模式为主。

三、智能化施工在水利水电工程中的核心应用方向

（一）智能装备与自动化作业

智能装备是智能化施工的核心载体，重点应用于高风险、高强度作业环节：一是土方与基础施工装备，如智能挖装机、深基坑支护自动化设备，通过激光定位与自动控制技术，精准控制开挖深度、支护结构安装精度，减少人工测量误差；二是混凝土施工装备，混凝土智能布料机结合 BIM 模型自动规划布料路径，避免漏浇、重浇；智能养护设备根据环境温湿度自动调节养护时间与喷淋量，确保混凝土强度发展；三是水下作业装备，水下清淤机器人、水下基础检测机器人，可替代人工在深水环境下完成清淤、裂缝检测等作业，降低安全风险；四是物料运输装备，智能索道运输机、无人运输车，通过路径规划算法自动完成砂石、水泥等物料运输，提升运输效率并减少人为操作失误。

（二）数字孪生与施工模拟

数字孪生技术通过构建工程 “物理实体 - 数字模型” 映射关系，实现施工全流程可视化与智能化管控：在施工准备阶段，基于数字孪生模型模拟导流方案、施工总布置，优化场地分区（如材料堆放区、加工区）与施工顺序，减少场地冲突；在施工过程中，将现场实测数据（如坝体沉降、混凝土温度）实时传入数字模型，对比分析施工偏差，自动预警超差问题（如坝体浇筑高程偏差超 5cm）；在工序衔接阶段，通过模型模拟前道工序（如地基处理）对后道工序（如坝体填筑）的影响，提前调整施工参数，确保工序协同；竣工后，数字孪生模型可转化为运维阶段的基础数据，实现“施工 - 运维” 数据衔接。

四、推进水利水电工程智能化施工的保障策略

（一）完善技术标准与规范

行业主管部门需制定智能化施工技术标准，明确智能装备性能要求（如作业精度、环境适应性）、数据接口标准（如监测数据格式、模型交互协议）、质量验收规范，确保技术应用标准化；同时，编制智能化施工指南，针对不同工程类型（如水库、水电站、输水工程）提供技术选型建议，指导企业科学应用。

（二）降低技术应用成本

一方面，鼓励企业与科研机构合作研发低成本智能装备（如中小型混凝土智能振捣设备），针对中小工程需求优化技术方案；另一方面，地方政府可出台补贴政策，对采用智能化施工技术的项目给予资金支持，或在项目招投标中对智能化施工企业给予加分，提升企业应用积极性。

五、结论

智能化施工是水利水电工程转型升级的必然趋势，其通过智能装备、数字孪生、智能监测等技术应用，可有效解决传统施工精度低、风险高、效率差等问题，对提升工程质量与安全、推动行业绿色低碳发展具有重要意义。当前，行业虽已实现部分技术突破，但仍面临应用局限、适配性不足、协同性差等挑战，需通过完善标准、降低成本、培养人才、协同创新逐步解决。

未来，随着 5G、人工智能、量子计算等技术的发展，水利水电工程智能化施工将向 “全流程无人化、决策自主化、协同一体化” 方向迈进。需注意，技术应用需结合工程实际工况（如水文环境、工程规模），避免盲目追求技术先进性而忽视实用性；同时，需平衡技术创新与成本控制，确保行业可持续发展。总之，持续推进智能化施工技术研发与应用，是实现水利水电工程高质量建设、助力水利现代化的关键支撑。

参考文献

[1] 吕和平. 智能化技术在水利水电工程施工管理中的应用探索[J]. 工程建设与技术,2025,3(4).

[2] 赵正海. 三臂凿岩台车在水电水利工程洞室开挖施工中的应用研究[J]. 四川水利,2023,44(z1):27-30,68.

[3] 姬宏,高依旻. 物联网在水利工程施工安全管理中的应用研究[C]//第十六届海峡两岸水利科技交流研讨会论文集. 2012:397-399.