摘 要：随着社会的不断发展，数字化技术在各个领域都得到了广泛应用。针对水利工程全生命周期各阶段存在的管理难题以及工程交付过程数据复杂，数据格式较多，数据规范参差不齐等实际情况。开发研究水利工程数字化治理平台显得尤为必要，对于水利工程数字化交付和工程全生命周期管理具有重要意义。文章主要探讨研究了水利工程数字化治理平台系统框架、主要功能等关键技术，推进水利工程数字化治理平台在实际项目中的应用，可为后续类似工程提供经验和重要支撑。
关键词：水利工程；全生命周期；工程交付；数字化治理；数字化
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）14-0130-06
Research and Application of Digital Governance Platform for
Water Conservancy Engineering
WANG Leili1， HUO Jianwei1，2， ZHANG Junhui1，2， HU Yi1，2
（1.Yunhe （Henan） Information Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China;
2.Yellow River Engineering Consulting Co.， Ltd.， Zhengzhou 450003， China）
Abstract： With the continuous development of society， digital technology has been widely applied in various fields. In response to the management difficulties in various stages of the full lifecycle of water conservancy engineering， as well as the complex process data of engineering delivery， multiple data formats， and uneven data specifications. It is particularly necessary to develop and research a digital governance platform for water conservancy engineering. The digital delivery and full lifecycle management of water conservancy engineering are of great significance. This paper mainly explores and researches the key technologies such as the system framework and main functions of the digital governance platform for water conservancy engineering， and promotes the application of the digital governance platform for water conservancy engineering in practical projects， which can provide experience and important support for similar projects in the future.
Keywords： water conservancy engineering; full lifecycle; engineering delivery; digital governance; digitization
DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.14.027
0 引 言
近年来随着科学技术的快速发展，水利工程项目的完工交付逐渐走向了数字化。水利工程数字化治理指以工程对象为中心，对于工程项目建设期间产生的静态信息进行数字化创建到移交的工作过程[1]。涵盖信息交付策略制定、交付基础制定、信息交付方案制定、信息整合与校验、信息移交和信息验收[2]。21世纪初期，开始出现数字化交付且初见成效。部分大型工程设计企业在管道设计工作中引入管道3D模型软件[3]。通过提高软件智能化水平，整合工程中其他专业的内容，在一个平台完成设计工作，由此提出了数字化交付的概念。文章结合某引调水工程的实例，从构件编码标准化，竣工BIM模型化、模型轻量化处理、结构信息数据库等方面推进建设工程数字化治理平台；该平台以工程编码为纽带，工艺系统、设备、材料等为基本单元，实现工程资产信息的全生命周期管理，同时结合水利工程信息化建设需求，提出了水利工程数字化治理平台建设的总体目标和框架，探讨了系统的建设内容，以期为水利工程数字化治理平台设计和建设提供思路和参考。
通过规则和编码有机关联各相关数据、图纸、资料和三维模型等工程内容，建立起伴随项目建设过程的工程数据仓库，完善与实体工程完全一致的数据底座。同时应用数字孪生、大数据分析、云计算等新一代信息技术，以水利工程项目为对象，探索水利工程资产全生命周期数字化服务体系，最终构建基于工程设计、工程采购、工程施工以及项目管理的综合数字化集成平台，对应物理意义上工厂的数字化体现，能同时具备工厂属性和工程属性的综合智能数字化系统[4]。
1 平台架构
水利工程数字化治理平台服务于工程全生命周期，打通设计、建设、交付、运维环节的信息孤岛，提供全生命周期资产信息管理服务，系统架构分为三层：外部数据创建层、数据集成层、数据使用层，如图1所示。
1.1 外部数据创建层
外部数据创建层主要是建设期的设计、采购、安装、调试、运行数据，以及运维期的维修维护等数据。
水利工程数据源主要包括：三维模型、二维图纸和工程建设数据等。其中三维模型，来源于大坝和隧洞设计的三维软件或者厂房和机电设备的三维设计软件，例如：E3D、Revit、Catia、Solidworks等；二维图纸，来源于二维设计的AUTOCAD、AVEVA Diagram等；工程建设管理系统的数据，包括工程的投资、进度、质量信息等；以及各种格式的文档、图表等。
1.2 数据集成层
数据集成层包括各种数据集成接口Gateway、三维可视化引擎、数据转换、权限管理、数据校验、集成开放接口等，能将不同来源的数据导入系统，并进行基于位号的自动热点化关联，建立三维模型、二维图纸、属性、文档之间的互相关联关系，如图2所示。
1.3 应用层
应用层包括：信息分类管理、可视化报表、三维可视化浏览、信息自定义查询、4D施工、采购进度可视化、维修维护信息可视化等。
2 平台主要研究内容
2.1 模型管理
工程数字化治理平台中的三维模型，不论其来自哪里、原格式如何，均可以直接在网页浏览器（IE、Firefox、Google Chrome等）中浏览，而不依赖源系统（软件）的可视化功能。在工程数字化治理平台可以完成三维模型的旋转、缩放、剖切、隔离、测量、标注等基本可视化操作，以3D为基础的平面剖图、系统图、详图等，确保了各行业内部平面剖图、系统图、详图等之间的协调和及时避免了专业之间的不协调和不对称[5]。且其三维模型与设计软件中的模型分解结构完全一致，如图3所示。
用户能够对三维模型进行标注，使用二维、三维的可视化标注工具，进行云线段、自由线段、规则图形、文字等不同形式的标注。还可以使用支点到点、法向距离、最短距离、角度、直径等多种测量工具，将测量值作为标注添加在模型上。同时还可将标注的信息保存并分发给其他用户查看。
2.2 类库及信息标准管理
工程数字化治理平台能够依据EPC发布的项目类库，来定义系统的数据模型，包括工厂对象类、属性、文档类型、各类对象间的关联关系等，并使用特定工具来管理类库。同时，系统的数据模型可以根据实际需要，随时进行灵活地调整类库内容，使之能够满足数据交付需要。在从各来源提取信息时，依据项目类库进行配置，以确保多来源、多格式数据信息的一致性。
2.2.1 信息浏览
工程数字化治理平台采用行业领先的流文件技术实现异地分布式流畅浏览三维模型及二维图纸，提高浏览速度以及增强数据安全性，可通过互联网完全在桌面实现对三维模型的旋转、缩放、剖切、隔离、测量、标注、协同等操作，支持可视化设计评审等。
在平台上实现可控的数字化工程设计信息的移交管理，包括但不限于：超过两百多种的文件，包括三维模型、二维图纸、文档、数据等，都可以脱离专有应用程序的浏览，如图4所示。
2.2.2 信息分解结构
三维模型、图纸、文档、数据等信息发布进入工程数字化治理平台之后，可以按照用户使用习惯、用途灵活地进行组织，形成多种项目信息树状分解结构，满足不同的导航要求。
根据文档的属性信息以及其他信息（专业、装置、承包商等），终端用户可以自定义文档分解结构目录树。由于已经在工程数字化治理平台中建立了文档位号的关联关系，所以可直接从文档跳转至关联的位号，可供用户进行点击，以便查看此位号相关的详细信息。为了加快浏览响应，便于管理，通常会将数据、文档和三维模型的格式转换为平台读取和显示的首选格式，而对于三维模型还需要进行颜色批量修改[7]。因此平台应提供可对多种常用格式进行格式转换的高效工具。
工程数字化治理平台还具备文档版本管理功能，可以为文档设置版本号。打开文档时默认打开最新版本，同时可以选择查看文档的历史版本。另外支持对文档下载、打印等相关操作按照用户权限进行控制。
2.3 数据管理
对于不同来源的数据，工程数字化治理平台可以通过不同分组方式，组织、展示设备、管线等的属性数据，能够在关系型数据库中对数据进行集中存储，并且能够快速将平台数据以Excel或Xml格式导出，如图5所示。导出内容可由用户自定义。
2.3.1 图纸管理
用户能够在使用工程数字化治理平台的可视化功能，在网页浏览器（IE、Firefox、Google Chrome等）中直接浏览不同来源、不同格式的二维图纸（如DWG、PDF格式等），且不依赖源系统或其他软件的可视化功能。
经过处理后，原格式为DWG的图纸也是包含热点的，如图6所示，用户可以点击图纸上热点化的位号，即可打开位号的信息卡片，查看此位号相关的详细信息。
用户能够不影响原图纸文件内容的条件下，使用云线段、自由线段、规则图形、文字等不同形式的标注工具，对图纸进行标注。同时用户还能够将标注保存下来，分享给其他用户用于讨论。
2.3.2 位号管理
工程数字化治理平台能够全面管理设备、部件、仪表的位号、位号与相关图纸、工单、电子图档等信息之间的关联关系，建立以位号为中心的信息网，能够有效解决位号来源于多个不同单位的多编码匹配问题。通过三维模型、2D图纸、文件中的热点，或搜索等方式，来查看位号的相关详细信息。对机电产品进行了机械和电子产品的零部件代码编写，并将其作为独特的识别标志，以便后续的建模、映射和传承。并将各个行业的机械部件代码编目归档，并将其用作机械装备的资料词典。组件代码包括18个位数，分为五个等级[8]。任何一个位号，均可以在一个界面中查看与之相关的所有信息，包括属性、P&ID、三维模型、布置图、数据表等。
该平台提供了位号信息的综合展示界面，通过此界面用户可以在一个界面中查看与某个设备、仪表、管线等的位号相关的所有信息：属性、图文档、三维模型、查询表单、工单、数据表等。如图7所示，展示了设备“E-9001“的图纸、模型对比浏览，如果有多个图文档和模型，亦可以进行切换，在切换完成后自动缩放到当前查看的位号并高亮显示。
2.3.3 普通文档管理
发布到工程数字化治理平台的图文档，可以直接通过网页浏览器查看文件内容，不依赖源系统（软件）。对于Office文档、非扫描文字版PDF文档等文件，经过处理后可以根据编码规则形成带位号热点的文档，用户通过点击位号热点即可快速查看其相关的详细信息。
2.3.4 文档位号关联清单
使用平台各种数据集成接口Gateway，利用其内置的全文检索、正则表达式匹配等技术，能够完成对各种源格式文档（AutoCAD、Excel、Word等）的数据分析、提取、整理，并自动生成所处理的文档与从其中提取出的位号的关联关系清单。之后通过加载此清单，就可以在系统内自动建立文档与位号的关联关系。
2.4 信息导出和打印
工程数字化治理平台支持平台内的数据、文档、三维模型的导出和打印。系统提供了默认的基础导出模板，用户还可以根据需要自定义的导出模板。
2.5 报表管理
工程数字化治理平台能够提供包括SSRS报表、可视化报表在内的多种报表形式。这些类型的报表都支持通过配置或二次开发的方式，定制满足设计、施工、运维数据的表格、图表等不同展示形式的统计分析报表。
2.6 施工可视化管理
工程数字化治理平台能够结合三维模型设计进度及施工信息维护，实现施工进度可视化。同时还能够结合施工信息，实现施工质量可视化。可视化显示实际施工的质量和设计的差异。
2.7 信息搜索
工程数字化治理平台能够提供多种方式对信息进行查询，用户可以根据名称、编号、属性值等信息，查询设备、各类图纸、文件等内容。而且，所有搜索结果均是经过用户权限过滤的，用户只能搜索出符合自己浏览权限的内容。
3 平台应用
水利工程数字化治理平台目前已在实际项目中得到应用。通过使用本平台，可快速了解工程的整个全生命周期的相关过程资料，可快速获取该项目设计阶段、建设阶段、调试运行等各阶段的图纸、文档、报告等数据清单，甚至可以细化到整个全线工程的某一个点位上的关键设备相关资料信息，极大地提高了工作效率和管理水平。
通过使用本平台研究开发成果，用户不仅得到一座物理工厂，而且移交了一座数字工厂。数字化交付内容为交付物和交付物之间的关联信息，交付物包括数据、文档和三维模型，其中数据是指项目建设阶段关于工厂对象的结构化数据和非结构化数据，文档是指与项目交工件[9]相对应一致的电子文档，三维模型是指项目竣工图阶段形成的3D模型。水利工程数字化治理平台的成功应用，可以协助业主建立资产信息门户，方便维修维护资产改造时的数据查询和数据复用，提升了数据的复用性、数据的标准化、数据的完整性。为整个工程提供了准确高效的信息支撑，为工程的各级领导和决策者提供了可靠的决策依据。
本平台研究紧密结合工程交付管理需要，能够完成工程全生命周期中各类资料的数字化管理及可视化浏览查阅，与传统的纸质材料为主体的交付方式相比，数字化交付的方式视觉方面更为直观，更为方便快捷，具有较高的技术水平和科技含量；具有较好的市场推广和应用前景[10]。
4 结 论
水利工程数字化治理平台的研究目前已在某引调水工程中得到应用，并发挥了相应的作用，平台的成功应用提高了客户的工作效率和管理水平。主要为客户提供一个完整的工程信息模型、一个信息查询与复用的基础数据平台。同时，该平台易于与工程生产、运营、管理、档案等系统进行信息交互。通用的移交平台将应运而生，渐成主流，以数字化接收平台的共性而建，兼顾多种个性化配置，少量将以定制开发满足市场的特别需求。平台研究开发过程中积累了很好的经验和行之有效的方法，比如具有针对性的设备编码规则、多源异构数据兼容、可配置的数据模型；内置数据模型、灵活的数据存储结构、解决不同种类数据存储；面向对象详细设计方法和独立测试过程等。这些都将为国内外后续类似项目建设提供很好的工作方向和项目经验。
参考文献：
[1] 住房和城乡建设部.石油化工工程数字化交付标准：GB/T 51296-2018 [S].北京：中国计划出版社，2018.
[2] 住房和城乡建设部.石油化工工程数字化交付标准：英文版：GB/T 51296—2018E [S].北京：中国计划出版社，2018.
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[7] 叶锋，蒋波，庞修海.镇海沸腾床渣油加氢装置数字化交付探索与实践 [J].炼油技术与工程，2019，49（6）：46-49.
[8] 杨文广，张茜.浅析基于工程数字化的新一代管理信息化理论建构及实践展望 [J].土木建筑工程信息技术，2021，13（1）：113-121.
[9] 中华人民共和国工业和信息化部.石油化工建设工程项目交工件规定：SH/T 3503—2017 [S].北京：中国石化出版社，2017.
[10] 李珍.基于工程项目数字化交付的文档管理 [J].现代企业，2019（3）：22+11.
作者简介：王磊力（1987—），男，汉族，河南睢县人，本科，研究方向：系统集成、水利信息化。
收稿日期：2024-01-09
