自动控制技术在水利工程中的应用

第３０卷第２期　２０１６年０４月　工程管理学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｖｂ１．３０　ＮＯ．２　Ａｐｒ．２０１６　

ＢＩＭ技术在水利工程中的应用研究　

孙少楠，张慧君　

（华北水利水电大学水利学院，河南郑州４５００４５，Ｅ—ｍａｉｌ：１０４２１９３００２＠ｑｑ．ｃｏｍ）　

摘要：水利工程具有地形条件复杂、设计选型独特、涉及专业广等特点，存在图纸信息繁冗、工程枢纽布置复杂、土方量　计算不精确的问题，针对这些问题提出构建水利工程信息模型的方法，通过绘制水利工程的地形以及水工建筑物ＢＩＭ模型，　完整实现水利工程仿真信息的数字化查询，并结合多款ＢＩＭ软件协同完成水利工程的枢纽布置、土方量计算。以洪都拉斯　帕图卡Ⅲ水电站项目工程为例，介绍了ＢＩＭ技术在该水利工程中的应用点，可为水利工程建设管理提供参考。　关键词：ＢＩＭ技术；水利工程；信息模型构建；土方量计算；ＢＩＭ模型应用　中图分类号：ＴＵ１７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—８８５９（２０１６）０２—１０３—０６　ＤＯｈ１０．１３９９１￣．ｃｎｋｉ．ｊｅｍ．２０１６．０２．０２０　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　０ｆ　ＢＩＭ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　

Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｐｒｏｊ　ｅｃｔ　

ＳＵＮ　Ｓｈａｏ—ｎａｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｕｉ－ｊｕｎ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＷａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＷａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５００４５，Ｃｈｉｎａ，　

Ｅ—ｍａｉｌ：１　０４２　１　９３００２＠ｑｑ．ｃｏｍ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｔｅｒｒａｉｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｕｎｉｑｕｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ａ　ｗｉｄｅ　ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ，ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｌａｙｏｕｔ　ａｎｄ　ｉｎａｃｃｕｒａｔｅ　ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ＢＩＭ　ｍｏｄｅｌ　ｂｙ　ｄｒａｗｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ　ａｎｄ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｔｏ　ｈａｖｅ　ａ　ｆｕｌｌ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｅａｒｃｈ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｓ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ＢＩＭ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｔｏ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｈｕｂ　ｌａｙｏｕｔ　ａｎｄ　ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　ｏｆ　Ｐａｔｕｃａ　ＩＩＩ　ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｎ　Ｈｏｎｄｕｒａｓ，ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＢＩＭ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢＩＭ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｏｊｅｃｔ：ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ；ｅａｒｔｈｗｏｒｋ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　０ｆ　ＢＩＭ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　

国内外水利自动化发展现状研究报告

水利自动化是利用现代电子技术、计算机技术和自动控制技术，对水利工程进行远程监控、自动控制和智能化管理的一种技术手段。随着全球经济的快速发展，水资源的需求不断增加，水利自动化技术在国内外得到了广泛应用。本文将对国内外水利自动化发展现状进行分析。

一、国外水利自动化发展现状

1. 美国

美国在水利自动化领域具有很高的技术水平。美国水资源管理主要依靠现代化的水利信息系统，通过卫星遥感、地理信息系统、自动监测和远程传输等技术，实现了对水资源、水质、水利工程等的实时监控和管理。此外，美国还广泛应用智能化控制系统，如智能阀门、智能泵站等，提高了水利工程的运行效率和安全性。

2. 欧洲国家

欧洲国家在水利自动化方面也有很高的水平。例如，荷兰在防洪减灾方面取得了显著成果，其水利自动化系统可以对洪水进行实时监测和预报，并通过自动控制系统调节水利设施，有效减轻洪水灾害。德国在污水处理自动化方面具有先进技术，其智能化的污水处理系统可以自动调节设备运行状态，提高污水处理效率。

3. 日本

日本在水利自动化方面也有较高的技术水平。日本地处地震多发区，为了确保水利工程的安全运行，日本采用了大量的自动监测和控制系统。例如，日本的水库自动化系统可以实时监测水库水位、泄洪流量等数据，并通过自动控制系统调节泄洪闸门，确保水库安全。此外，日本还广泛应用智能化农业水利系统，实现了对农田灌溉的自动控制。

二、国内水利自动化发展现状

1. 自动化监测系统

我国在水利自动化领域取得了显著成果。目前，我国已建立了大量的自动化监测系统，如水文自动测报系统、水库自动监测系统、水质自动监测系统等。这些系统可以实时监测水位、流量、雨量、水质等数据，并通过远程传输技术将数据传输到管理中心，为水利工程的管理和调度提供了重要依据。

2. 自动化控制系统

我国在水利工程自动化控制方面也取得了较大进展。例如，我国已成功研制了多种类型的自动化控制系统，如智能泵站控制系统、智能阀门控制系统、农田灌溉自动化系统等。这些系统可以根据实际需求自动调节设备运行状态，提高水利工程的运行效率和安全性。

３Ｓ　程中的应用　

（山东省潍坊市寒亭区水利局２６１１００）　

１、概述　

Ｒｓ（遥感技术）是指从远距离高空及外层空间的各种平台上利用光学　或者电子光学（称为遥感器或波探测仪器）通过接收地面反射或接收的电　

磁波信号，并以图象胶片或数据磁带形式记录下来，传送到地面，经过信息　

处理、判读分析与野外实地验证，最终服务与资源勘测、环境动态监测与有　

关部门的规划决策。通过摄影或扫描、信息响应、传输和处理，研究地面物　

体的形状、大小、位置及其与环境的相关关系等宏观规律的现代科学技术。　

广泛应用与农业、林业、地质、地理、海洋、水文、气象、环境监测、地球资源　

勘探及军事侦察等各个领域，７０年代开始用于水利。　ＧＩＳ（地理信息系统）是近年发展起来的一种在计算机软硬件技术支　

持下对信息进行采集、存贮、查询、综合分析和输出，并为用户提供决策支　

持的综合性技术的空间信息管理信息计算机系统，是分析与处理海量地理　

数据等地理环境有关问题的通用技术。　

６ＰＳ是一种可以定时与测距的空问交汇的导航系统，通过接收卫星信　

息来给出地球上任意地点的三维坐标以及载体的运行速度，同时它还可给　出准确的时间信息，具有记录地物属性的功能。因其提供全天候实时、高精　

度三维位置、速度及精密的时间信息，已经被广泛应用于大地测量、工程测　

量、运载工具导航与管理，９０年代后始应用与水利行业。　

ＲＳ是数据获取与更新基础；坐标定位、局部监测是ＧＰＳ的主要功能：　数据存储、管理、分析、可视化是ＧＩＳ的基本功能；计算机技术是３ｓ技术的　

根基；网络是３Ｓ的翅膀：水利应用科学技术是３ｓ发展的动力。　２、　３ｓ　Ｅ术在水利方面的应用　

３ｓ技术就像一座多功能水库，对信息起着集中、调节和净化的作用，　

它兼容并蓄各种来源的信息，按地理空间坐标进行数据管理、查询和检索，　

通过地学分析、空间分析、相关分析、模拟和预测等手段进行科学加工与决　

策，提供多层次和多功能的信息服务。因此３ｓ技术在水利信息化也就是水　利现代化中起着并将继续起着至关重要的作用。３ｓ是水利水电工程选址、　

第２９卷第６期　２００７年６月　水利电力机械　ＷＡＴＥＲ　ＣＯＮＳＥＲＶＡＮＣＹ＆ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰＯＷＥＲ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．２００７　

自动化控制系统在防洪泵站水闸中的应用　

Ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｆｌｏｏｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｕｍｐ　ｓｔａｔｉｏｎ　

金卓　（深圳市深水水务咨询有限公司，广东深圳５１８０３６）　摘要：详细介绍了泵站水闸综合自动化控制信息系统的构成、自动化运行流程以及具体的控制模式，该系　统的建成，极大地提高了泵站的整体运作水平。　关键词：ＰＬＣ可编程序控制器；测控系统；自动化；远程操作　中图分类号：ＴＰ２７１　．４　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００６—６４４６（２００７）０６—００５７—０２　

０　引言　水利作为传统行业，是国民经济的基础设施，而　日益突出的水资源问题，已严重制约了社会发展。　水利信息化是实现防汛抗洪科学指挥，实现水资源　统一管理和优化配置，提高水资源利用效率，实现水　利现代化的基础和前提。　水利现代化和智能化建设是提高防治洪涝干旱　灾害、提高水资源管理决策水平的需要。水利现代化　和智能化系统的建立，将大大提高雨情、水情、工情、　旱情和灾隋信息采集的准确性及传输的时效性，对其　发展趋势做出及时、准确的预测和预报，制定防洪抗　旱调度方案，为决策部门的决策提供科学依据，充分　发挥已建工程设施的效能。信息化系统建成后，减少　了数据冗余，提高了信息的可靠性和科学性。　泵站水闸综合自动化控制信息系统是一个跨流　域、跨地区的大型分布式系统，该系统的特点是软硬　件环境复杂、多种网络协议共存、多种数据资源共　享、用户界面一致、易于和其他系统互联以及足够的　开放性等。　ｌ　系统构成　１．１整体系统　整个系统分成主站控制级和现地控制单元２　层。主控制级负责完成泵站机组、工作闸门　供配电　设备、公用设备和水闸等的监视和控制；各现地控制　单元能通过高性能、高可靠性的ＰＬＣ和Ｓｅｐａｍ　１０００＋及Ｓｅｐａｍ２０００对所管辖的生产过程实行监　控。并通过输入、输出接口与生产过程相连。现地控　制单元对主控制层具有相对独立性，能脱离主控制　层直接完成生产过程实时数据的采集和预处理，具　有各设备状态监视、调整和控制等功能。现地测控　单元与站级计算机通过ＭｏｄＢｕｓ　ＰＬＵＳ现场总线通　信，现地测控单元可以脱离站级计算机独立运行；站　级计算机、工程师工作站以及其他计算机通过以太　网连接。　系统采用双网络，系统内所有计算机构成１００Ｍ　快速以太网，现场控制设备构成ＭｏｄＢｕｓ工业控制网　络，二者在网络拓扑上是独立的，可独立运行；另外，　双网络又相互联系，现地控制的ＰＬＣ与上位监控的计　算机可高速通讯，即以太局域网相应级别的计算机可　直接与ＭｏｄＢｕｓ　ＰＬＵＳ网中的ＰＬＣ等现地控制单元通　讯，存取其信息、控制其动作。这种结构使得系统更　可靠，即使计算机部分有故障，也不影响现地控制单　元的操作。网络主干部分采用单模光纤，凡是远距离　传输（１００　１１３．以上）的数据信号、ＭｏｄＢｕｓ　ＰＬＵＳ现场总　线信号和视频信号均通过单模光纤传输，１００　ＩＴＩ以内　的信号传输采用超五类非屏蔽双绞线。　测控系统上位机以ＴＲＡＣＥＭＯＤＥ为软件平台，　实现对整个测控系统的控制。该测控系统与上位机　收稿日期：２Ｏｏ７—０４—１０