鄧國(guó)民

[上海浦東路橋（集團(tuán)）有限公司，上海市 201206]

0 引言

大數(shù)據(jù)（big data），也稱海量資料，指的是所涉及資料數(shù)量規(guī)模大到無(wú)法通過(guò)常規(guī)主流軟件工具掘取、管理、處理和整理成輔助企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策的有效信息或資料[1]。大數(shù)據(jù)已被廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)、傳媒、金融、交通通行、電信、安防、醫(yī)療等領(lǐng)域[2-4]，為相關(guān)行業(yè)決策提供重要參考。然而相比前述行業(yè)，整體而言，大數(shù)據(jù)在房屋建筑、公路、市政公用、園林綠化、軌道交通等工程建設(shè)行業(yè)的應(yīng)用，還處于初級(jí)階段或局限于某一方面[5-6]，而且以構(gòu)建工程建設(shè)項(xiàng)目信息化管理大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為主，存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)占主導(dǎo)功能，計(jì)算和服務(wù)功能相對(duì)偏弱。

因此，本文以大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用成果相對(duì)較多的水利工程為例，在概要性闡述大數(shù)據(jù)概念及水利工程大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)要探討與分析了基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系構(gòu)建，以及基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系應(yīng)用。希望不僅讓工程行業(yè)人員了解大數(shù)據(jù)在水利工程領(lǐng)域的應(yīng)用情況與所存在的各種不足，而且有利于從業(yè)人員觸類旁通，積極主動(dòng)開展大數(shù)據(jù)在各個(gè)工程領(lǐng)域的研究與應(yīng)用工作。

1 大數(shù)據(jù)與水利工程領(lǐng)域大數(shù)據(jù)特點(diǎn)概述

1.1 大數(shù)據(jù)概述

不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)表現(xiàn)出數(shù)據(jù)量大、類型多樣、流轉(zhuǎn)速度快、價(jià)值密度低、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)變化性強(qiáng)等鮮明特點(diǎn)（詳見表1），而且基于大數(shù)據(jù)所篩選出的有價(jià)值信息可為決策、預(yù)測(cè)和優(yōu)化流程等提供重要參考依據(jù)。

表1 大數(shù)據(jù)主要特點(diǎn)及具體表現(xiàn)[7]

1.2 水利工程領(lǐng)域大數(shù)據(jù)

伴隨著傳感網(wǎng)絡(luò)、射頻、遙感等技術(shù)手段不斷發(fā)展，水利工程行業(yè)數(shù)據(jù)信息也不可避免地呈現(xiàn)出爆炸式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，大數(shù)據(jù)技術(shù)逐步被應(yīng)用于水利工程領(lǐng)域，并呈現(xiàn)出收集手段多樣化、形式多元化、應(yīng)用價(jià)值量增加等特征，詳見表2。

表2 水利工程領(lǐng)域大數(shù)據(jù)主要特點(diǎn)及具體表現(xiàn)

2 基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系構(gòu)建

2.1 需求分析

需求是構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系的根本原因。目前基于大數(shù)據(jù)的水利工程監(jiān)管體系尚未形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一的定義或概念。在通常情況下，客戶會(huì)根據(jù)實(shí)際需求打造能夠充分利用大數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)的智能化、信息化平臺(tái)[8-9]，且實(shí)際需求基本上以監(jiān)管為主。對(duì)于水利工程監(jiān)管需求，主要圍繞人員、物資、安全、質(zhì)量、進(jìn)度等要素在管理功能模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)、開發(fā)與構(gòu)建。

（1）考核管理人員。系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)相關(guān)信息，并根據(jù)信息梳理情況，依據(jù)有關(guān)考核規(guī)則，給出每個(gè)人員的考核情況。

（2）管理物資。系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠在線進(jìn)行材料、設(shè)備等物資采購(gòu)、租賃、使用等方面的審批程序。

（3）開展安全、質(zhì)量、進(jìn)度、資金、運(yùn)維等方面的管理。例如，一方面統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)度，完成數(shù)量與完成率等；另一方面依據(jù)進(jìn)度計(jì)劃，通過(guò)收集的進(jìn)度監(jiān)控、資源消耗等信息，構(gòu)建工程進(jìn)度數(shù)字圖，并識(shí)別進(jìn)度滯后部分，讓管理人員實(shí)時(shí)精準(zhǔn)掌握工程進(jìn)度狀態(tài)，提醒相關(guān)參與人員有效控制進(jìn)度。又如，既融合安全管理、監(jiān)督、教育、隱患、監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用相關(guān)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建出工程實(shí)時(shí)安全狀態(tài)的數(shù)字模型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管控工程安全風(fēng)險(xiǎn)目的，又要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)隱患跟蹤復(fù)查功能，確保安全隱患排查效率與效果。再如，融合安全監(jiān)測(cè)、水量水質(zhì)、檢修、調(diào)度等信息，利用工程運(yùn)維大數(shù)據(jù)算法，評(píng)估工程水工建筑物、機(jī)電設(shè)備等的健康狀態(tài)，為工程安全運(yùn)行提供保障。

此外，為了保障前述各種業(yè)務(wù)功能需求高效、高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)，智能監(jiān)管系統(tǒng)還得滿足一些性能需要，如系統(tǒng)計(jì)算能力強(qiáng)、受眾面廣、擴(kuò)展性好、穩(wěn)定可靠性高等。

2.2 體系構(gòu)建

根據(jù)各種需求設(shè)計(jì)模塊構(gòu)建水利大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系，且水利大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系仍然遵循大數(shù)據(jù)的邏輯框架體系，即一般由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層5 個(gè)層級(jí)構(gòu)成。

（1）基礎(chǔ)層?；A(chǔ)層也稱為感知層，由水利工程項(xiàng)目基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和傳感感知系統(tǒng)組成?；A(chǔ)層是系統(tǒng)運(yùn)行的核心，負(fù)責(zé)收集與處理數(shù)據(jù)信息，如數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗與數(shù)據(jù)融合。

（2）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)與管理數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)共享服務(wù)。數(shù)據(jù)[10]包括工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、水利項(xiàng)目基礎(chǔ)地理與遙感影像等空間數(shù)據(jù)、BIM 數(shù)據(jù)[11]、工程管理數(shù)據(jù)（包括安全管理、進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、投資管理、生態(tài)監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、智慧工地等）、工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（包括工程安全監(jiān)測(cè)、智慧工地監(jiān)測(cè)、質(zhì)量檢測(cè)、施工環(huán)境監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)）、調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)（包括調(diào)度運(yùn)行與評(píng)價(jià)方案、指令、會(huì)商成果等數(shù)據(jù)）和過(guò)程多媒體數(shù)據(jù)（建設(shè)與運(yùn)行過(guò)程中的各類文檔、圖片、視屏等）。

（3）支撐層。支撐層又稱為控制層，包括用戶登錄云平臺(tái)身份認(rèn)證系統(tǒng)、GIS 技術(shù)[12]、業(yè)務(wù)流程管理等。該層是所有管理功能和用戶指令實(shí)現(xiàn)層，系統(tǒng)發(fā)布用戶指令后，傳遞到?jīng)Q策分析系統(tǒng)，并經(jīng)分析確認(rèn)后反饋至應(yīng)用層。

（4）業(yè)務(wù)層。業(yè)務(wù)層由防控、安全、質(zhì)量、進(jìn)度、資金、合同等項(xiàng)目管理各種模塊組成。例如，防控管理以視屏、指紋或人臉識(shí)別等為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)安防和人員考勤目標(biāo)。又如，安全管理是針對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的隱患排查、重大危險(xiǎn)源、安全實(shí)施情況、安全制度等進(jìn)行管理。再如，監(jiān)督管理以動(dòng)態(tài)化檢測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)所建設(shè)的項(xiàng)目進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)監(jiān)督、分析和管理。

（5）應(yīng)用層。應(yīng)用層指工程各參與方，即系統(tǒng)應(yīng)用與服務(wù)的權(quán)益方，如建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、供應(yīng)商等，對(duì)所收到的各類有價(jià)值信息進(jìn)行分析，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、科學(xué)決策和精細(xì)管理的終極目標(biāo)。

3 基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系應(yīng)用

根據(jù)工程項(xiàng)目建設(shè)周期，在水利工程建設(shè)的全壽命周期過(guò)程中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以按以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)篩查與提取歷史數(shù)據(jù)中的有效數(shù)據(jù)信息、地面測(cè)站數(shù)據(jù)，為工程決策人員了解工程項(xiàng)目所在位置的水文地質(zhì)、地形地貌、氣象、水流水量等提供參考。與此同時(shí)，結(jié)合遙感、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星等現(xiàn)代技術(shù)手段，進(jìn)一步細(xì)化與豐富相關(guān)數(shù)據(jù)信息，為項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)工程規(guī)模、布置、費(fèi)用估算、效益評(píng)估、環(huán)境影響等提供支持。

（2）施工階段，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)與開發(fā)的監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)工程準(zhǔn)備、開工和施工全過(guò)程中的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、合同、資金、防控等進(jìn)行全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)管，不僅實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析人員、設(shè)備、周圍環(huán)境與工程本身的安全、質(zhì)量和進(jìn)度狀態(tài)，還第一時(shí)間對(duì)安全隱患、質(zhì)量隱患等做出預(yù)警，不僅有效保障建設(shè)質(zhì)量與安全，還減少施工階段各種管理問(wèn)題[13]。

（3）運(yùn)營(yíng)階段，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)制訂管理方案與目標(biāo)。與此同時(shí)，優(yōu)化管理流程，減少資源消耗，提高對(duì)大壩、水閘、河道、渠道等水利工程水資源調(diào)節(jié)與分配，提高管理人員的工作效率，實(shí)現(xiàn)資源的集約化、合理化和科學(xué)化應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

就水利工程而言，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)所構(gòu)建的監(jiān)管系統(tǒng)，不僅其數(shù)據(jù)來(lái)源類型、框架結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)方等浩大，而且繁復(fù)無(wú)序。通過(guò)對(duì)水利工程中大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系構(gòu)建與應(yīng)用進(jìn)行梳理與分析，可知基于大數(shù)據(jù)的水利工程監(jiān)管體系框架結(jié)構(gòu)與應(yīng)用還比較宏觀、抽象，或側(cè)重于某一方面具體需求，如質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管控[14]尚不夠全面、系統(tǒng)和完善。此外，基于大數(shù)據(jù)所構(gòu)建的水利監(jiān)管體系偏向于被動(dòng)型信息化管理。

因此，從業(yè)人員后續(xù)仍然需要開展大量關(guān)于基于大數(shù)據(jù)水利工程監(jiān)管體系的研究與應(yīng)用工作，不斷增設(shè)與完善監(jiān)管系統(tǒng)的功能模塊，使大數(shù)據(jù)監(jiān)管體系更加全面、跨時(shí)空、多維度與精細(xì)化。而且，未來(lái)還應(yīng)借助更多人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提升監(jiān)管體系主動(dòng)介入能力，而非一味被動(dòng)式“防守”與應(yīng)對(duì)。