●這是繼三峽工程后又一體現(xiàn)中國水電建設管理能力的里程碑事件
●技術代表了世界水工界最復雜建筑物管理的最高水平
●開創(chuàng)了我國高拱壩智能化建設的先河
“這是繼三峽工程后又一體現(xiàn)中國水電建設管理能力的里程碑事件。水電界的元老汪恕誠等專家曾這樣評價溪洛渡拱壩智能化建設。”2月29日，中國長江三峽集團 （簡稱三峽集團）副總經(jīng)理樊啟祥告訴《中國電力報》記者。
近日，三峽集團在溪洛渡水電工程建設中應用的 “300米級溪洛渡拱壩智能化建設關鍵技術”獲2015年國家科技進步二等獎。據(jù)了解，這一技術以混凝土澆筑、溫控和基礎灌漿為核心解決施工智能控制，基于物聯(lián)網(wǎng)技術和大數(shù)據(jù)分析技術等展開系統(tǒng)研究，使高拱壩建造過程的管理具備數(shù)字化、信息化和智能化的“神經(jīng)系統(tǒng)”，實現(xiàn)高拱壩智能管控，時刻知曉大壩的“身體狀態(tài)”，真實把握大壩建設的“脈搏”。
“溪洛渡水電站大壩是世界上最聰明的大壩，一有頭疼腦熱就會及時告訴你。”中國工程院院士、三峽集團原總工程師張超然表示。
產(chǎn)學研結合鑄混凝土“生命體”
在奔流不息的金沙江畔，一座宏偉的大壩巍然屹立在峽谷之中，它不僅僅是一座鋼筋混凝土鑄就的龐然大物，而是被人們譽為一個充滿活力的“生命體”，這就是溪洛渡“智能大壩”。
溪洛渡水電站，位于四川省雷波縣和云南省永善縣的金沙江下游峽谷河段。溪洛渡水電站工程是繼三峽之后，我國第二、世界第三大水電站工程。溪洛渡擋水大壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程610米，最大壩高285.5米，壩頂弧線長681.51米，拱冠頂厚14米，底厚64.04米，是300米級特高拱壩，壩高排名世界第三，為特高薄拱壩。 溪洛渡大壩工程具有窄河谷、高拱壩、大泄量等特點。地震設防標準、壩身泄洪流量及泄洪功率位居世界特高拱壩之首，河床地質(zhì)條件及大壩結構復雜程度為世界拱壩之最，綜合技術難度最大。
針對以上特點和難點，為了實現(xiàn)對溪洛渡大壩基礎處理、混凝土施工與溫控過程的有效監(jiān)控與管理，保證工程的質(zhì)量、保證施工與運行期大壩的絕對安全，由三峽集團牽頭，聯(lián)合成勘院、水電八局、二灘國際、英思公司以及水科院、清華大學、三峽大學等組成科研團隊，進行了溪洛渡高拱壩智能化建設關鍵技術的科研創(chuàng)新。他們提出了溪洛渡“數(shù)字大壩”建設，開發(fā)了溪洛渡拱壩施工過程監(jiān)測與分析信息系統(tǒng)，借助信息化手段與數(shù)字技術、優(yōu)化施工管理模式，實現(xiàn)了大體積混凝土澆筑質(zhì)量、溫度的精細、個性、智能控制。
據(jù)三峽集團科技環(huán)保部副主任戴會超介紹，溪洛渡“數(shù)字大壩”建設初期，系統(tǒng)的主要功能是以采集和分析為主，以控制為輔；建設中期，開始注重信息監(jiān)測和控制的結合；到了后期，在自動采集的基礎上，開發(fā)了以智能控制為主的多項系統(tǒng)，包括混凝土無線測溫系統(tǒng)、混凝土智能通水冷卻控制系統(tǒng)、混凝土智能振搗監(jiān)控系統(tǒng)、人員安全保障管理系統(tǒng)等，初步實現(xiàn)了“數(shù)字大壩”向“智能大壩”的跨越，從而形成了“大壩智能化建設管理系統(tǒng)平臺”。
除分析、查詢外，系統(tǒng)還能通過制定各類標準與閥值，根據(jù)擬合參數(shù)預測變化趨勢，來實現(xiàn)各種預警功能，從而實現(xiàn)對大壩混凝土施工的全過程控制，提高現(xiàn)場管理水平。“這就像是給大壩裝上智能大腦，使施工中的大壩能夠實現(xiàn)智能溫控、智能振搗和智能灌漿等。”戴會超介紹道。
“以混凝土測溫為例，埋設在倉面中的大量溫度計，需要使用專用儀器一一進行數(shù)據(jù)采集。借助在線式手持數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，技術人員能夠對采集的目標進行統(tǒng)一的條碼編碼，實現(xiàn)快速掃描定位和數(shù)據(jù)的快速錄入，并通過規(guī)范約束，盡可能減少出錯的可能性。”參與溪洛渡水電工程建設的大壩項目部負責人陳文夫談道。
據(jù)陳文夫介紹，混凝土的溫度變化有其獨特的過程曲線，只有讓冷卻溫度按照這條曲線發(fā)展，才能保證混凝土的施工質(zhì)量。在業(yè)界，一般采用人工控制水量、水溫的方式來保證溫度曲線正常發(fā)展。智能冷卻通水系統(tǒng)則通過預埋在混凝土里的溫度計，實時掌握各部位混凝土的即時溫度，系統(tǒng)實時讀取這些溫度數(shù)據(jù)，結合混凝土冷卻階段，經(jīng)過計算，自動調(diào)節(jié)通水流量，讓混凝土溫度隨著曲線發(fā)展，實現(xiàn)了冷卻過程的完全智能化，不需要人工調(diào)整。
記者在采訪中了解到，與重力壩相比，拱壩特別是高拱壩的結構、受力情況極為復雜，整個施工過程中，壩體的受力狀況都在不斷調(diào)整。這些特點給拱壩的施工質(zhì)量控制帶來很大挑戰(zhàn)，因此，拱壩也被認為是水工界最復雜的建筑物。中國工程院院士陸佑楣曾經(jīng)表示：“拱壩是真正培養(yǎng)工程師的地方。”溪洛渡拱壩智能化建設代表了世界水工界最復雜建筑物管理的最高水平。
“智能大壩”將是水電未來大趨勢
記者從“數(shù)字大壩”系統(tǒng)開發(fā)商了解到，通過混凝土澆筑、溫度管理、灌漿、金結等13個模塊，系統(tǒng)建立了一個統(tǒng)一的施工過程綜合數(shù)據(jù)采集與分析平臺，可以結合各個施工任務的特點與管理要求，有針對性地實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、管理與分析功能。同時，將各個工序的成果進行集成分析與應用。該系統(tǒng)覆蓋了溪洛渡大壩施工的全部范圍，為溪洛渡工程精細化施工提供了重要保證。
據(jù)三峽集團新聞發(fā)言人楊駿介紹，“數(shù)字大壩智能管理系統(tǒng)”的研發(fā)和應用，不僅提高了溪洛渡工程建設質(zhì)量，還有效地控制了工程建設成本，僅大壩冷卻用水一項就節(jié)約3000多萬立方米，節(jié)約投資約5000多萬元。
溪洛渡拱壩智能化建設關鍵技術首次創(chuàng)建了特高拱壩智能化建設理論和體系，攻克了拱壩智能建設的關鍵技術；首次建立了特高拱壩施工進度與真實工作性態(tài)的動態(tài)耦合仿真分析模型與方法，實現(xiàn)了大壩建設全過程實時工作性態(tài)的動態(tài)可控；首次創(chuàng)建了全生命周期拱壩全景信息模型，并研發(fā)了拱壩智能建設與運行信息化平臺。
數(shù)據(jù)顯示，截至今年3月，溪洛渡拱壩壩體混凝土最高溫度的倉次符合率達到91.3%、測點符合率達到90.3%，各降溫階段的降溫速率滿足設計要求，混凝土實際溫度變化曲線與設計溫度過程曲線基本重合。目前，溪洛渡拱壩已經(jīng)歷了3年的蓄水運行，原型監(jiān)測成果表明，各項指標均在設計允許范圍之內(nèi)。鑒定委員會認為：“該成果是混凝土拱壩筑壩技術的重大創(chuàng)新，居于國際領先水平。”
“智能大壩就是說我們能對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理，并進行趨勢判斷和預測預控，從而更好地指導現(xiàn)場施工。”溪洛渡工程建設部副主任周紹武這樣介紹。他認為，智能大壩的“智能性”主要包括4個方面──自我感知、數(shù)據(jù)分析、智能判斷和自我調(diào)整。
“‘智能化’是一個發(fā)展中的概念?？梢灶A計，‘智能大壩’將是水電領域未來的大趨勢。目前，我們已經(jīng)在往這個方向走，可以說，溪洛渡水電工程引領了世界高拱壩的發(fā)展方向。”參與溪洛渡拱壩智能化建設關鍵技術研究的清華大學水利水電工程系教授林鵬向《中國電力報》記者分析道。
國務院三峽樞紐工程質(zhì)量專家組的專家認為，溪洛渡拱壩智能化建設應用現(xiàn)代科技，在數(shù)字建設、智能化建設方面有所突破，開創(chuàng)了我國高拱壩智能化建設的先河。
據(jù)了解，“智能大壩”被國家自然科學基金委員會和中國科學院“十三五”學科發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃確定為未來5年優(yōu)先發(fā)展領域，目前已在向家壩、白鶴灘、烏東德、藏木等水電工程開始推廣，解決了大型水電工程建設高質(zhì)、高效、精細化施工難題，直接經(jīng)濟效益約243億元，在社會上受到廣泛關注，在行業(yè)內(nèi)產(chǎn)生了良好的示范作用。
記者注意到，日前剛剛發(fā)布的《關于推進 “互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導意見》中提出，建設能源生產(chǎn)消費的智能化體系、多功能協(xié)同綜合能源網(wǎng)絡、與能源系統(tǒng)協(xié)同的信息通信基礎設施。
“隨著智能建造模式和工程建設精益化管理理念的普及發(fā)展，溪洛渡拱壩智能化建設科技成果的應用將逐步拓展至拱壩水電站整體、其他壩型水電工程乃至其他行業(yè)，實現(xiàn)行業(yè)級工程全生命周期信息化協(xié)同管理與智能建造。”樊啟祥向記者表示，三峽集團在貫徹國家“走出去”戰(zhàn)略進程中，將會把在國內(nèi)大型水電開發(fā)中形成的先進技術成果，向其他國家和地區(qū)全面推廣，在國際上樹立起中國水電的良好形象。
