在大型紀(jì)錄片《厲害了，我的國》里，溪洛渡水電站作為中國水電的代表精彩亮相。鏡頭里，矗立在高山峽谷間的溪洛渡大壩無疑是個搶眼的“大塊頭”。
事實(shí)上，它不僅有大塊頭，更有大“智慧”。日前，在三峽工程管理研討會上，曾主持溪洛渡水電站工程建設(shè)的華能集團(tuán)副總、教授級高工樊啟祥以該工程為例，向科技日報記者介紹了多種智能化技術(shù)在特高拱壩建設(shè)管理中的應(yīng)用。
時刻了解大壩的“頭疼腦熱”
由三峽集團(tuán)開發(fā)建設(shè)的溪洛渡水電站，最大壩高285．5米，壩頂高程610米，是世界上已建成的3座300米級特高雙曲拱壩之一。
和以三峽大壩為代表的重力壩相比，拱壩特別是高拱壩的結(jié)構(gòu)、受力情況極為復(fù)雜，整個施工過程中，壩體的受力狀況都在不斷調(diào)整。因此，拱壩也被認(rèn)為是水工界最復(fù)雜的建筑物。
樊啟祥介紹，針對溪洛渡特高拱壩建設(shè)的難點(diǎn)和特點(diǎn)，三峽集團(tuán)開展了300米級特高拱壩智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究和應(yīng)用，提出了“全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時控制”的閉環(huán)智能控制原理。
“全面感知”即采用先進(jìn)的傳感與采集技術(shù)，獲取大量的工程相關(guān)數(shù)據(jù)，并依靠通訊技術(shù)實(shí)時雙向傳輸，構(gòu)建大壩全景信息模型（Dam Information Model，簡稱DIM）。“真實(shí)分析”就是實(shí)時獲取并分析建設(shè)過程中的各類信息和數(shù)據(jù)，確保工程結(jié)構(gòu)安全和工作性態(tài)的可知可控。通過智能設(shè)備和軟件等，可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)和關(guān)鍵工藝過程的“實(shí)時控制”。同時開發(fā)了面向拱壩建設(shè)多專業(yè)、多參建方的智能拱壩建設(shè)與運(yùn)行信息化平臺（Intelligent Dam Analysis Management，簡稱iDam），有效支撐現(xiàn)場生產(chǎn)管理。
“得益于上述智能化技術(shù)的應(yīng)用，溪洛渡有了顆智慧‘大腦’，建設(shè)和管理大壩的技術(shù)人員可隨時了解它的‘頭疼腦熱’，及時進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，讓大壩一直處于健康狀態(tài)。”樊啟祥說。
數(shù)字大壩與實(shí)體大壩共“生長”
“從溪洛渡大壩左岸A區(qū)置換塊第一倉混凝土澆筑開始，包括倉面設(shè)計、混凝土生產(chǎn)、原材料溫控、混凝土溫度檢測等在內(nèi)的各種設(shè)計和施工數(shù)據(jù)被全部記錄到DIM中?！狈畣⑾楸硎荆谙宥纱髩问┕て陂g，各類數(shù)據(jù)存儲總量達(dá)9．4Tb（萬億字節(jié)，1Tb等于1024Gb）。如此龐大的數(shù)據(jù)庫涵蓋了2538倉混凝土、3496支安全監(jiān)測儀器、4723支混凝土溫度計及3．3萬米測溫光纖相關(guān)的過程信息。而這些盡在DIM的“掌控”之中。
樊啟祥介紹：“DIM實(shí)現(xiàn)了對施工進(jìn)度、施工工藝及完成情況等的跟蹤和信息集成。隨著施工的進(jìn)展，動態(tài)地豐富和完善大壩的信息模型，讓我們可以構(gòu)建起可查詢、可分析、可追溯的數(shù)字大壩?！睉{借這些真實(shí)全面的工程數(shù)據(jù)，專家們對施工全過程可以進(jìn)行精細(xì)研究，從微觀上進(jìn)一步保障了拱壩整體的質(zhì)量和安全。透過DIM，大壩施工進(jìn)展和狀態(tài)可以說是一覽無余。
“在DIM基礎(chǔ)上，iDam則構(gòu)建了一個參建各方信息共享、協(xié)同、交互的統(tǒng)一業(yè)務(wù)工作平臺，實(shí)現(xiàn)了模型和接口統(tǒng)一，現(xiàn)場與遠(yuǎn)程控制協(xié)同?！狈畣⑾楸硎?，溪洛渡水電站iDam包含了混凝土施工、混凝土溫控、安全監(jiān)測、質(zhì)量管理等8個專業(yè)模塊，以及綜合查詢、聯(lián)機(jī)分析、預(yù)報報警等6個管理模塊，為設(shè)計與科研仿真分析、現(xiàn)場施工生產(chǎn)、項(xiàng)目監(jiān)督管理控制等提供專業(yè)化的集成管理平臺。
樊啟祥還指出了iDam更深層次的優(yōu)點(diǎn)：iDam為大壩工程項(xiàng)目智能化管理提供了先進(jìn)的信息共享和協(xié)同管理工具，通過數(shù)據(jù)在項(xiàng)目各方之間的有效交流，確保全面感知、真實(shí)分析和實(shí)時控制的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了特高拱壩真實(shí)工作性態(tài)的過程仿真和預(yù)測。
“智能化建設(shè)是大型水電工程未來發(fā)展的方向。如果說溪洛渡開啟了大型水電智能化的1．0時代，正在建設(shè)中的烏東德、白鶴灘水電站則更進(jìn)一步向水電智能化2．0時代邁進(jìn)。”樊啟祥期盼地說道。
智能通水減少大壩溫度裂縫
“大體積混凝土溫控防裂一直是特高拱壩建設(shè)面臨的世界難題。拱壩混凝土在澆筑硬化過程中產(chǎn)生大量的熱量，由于混凝土體積較大，使得內(nèi)外熱脹冷縮的程度不同，容易形成溫度裂縫?！狈畣⑾橄蛴浾呓榻B了特高拱壩建設(shè)中的又一個難題。
通水冷卻是混凝土溫控防裂的關(guān)鍵。傳統(tǒng)通水冷卻主要靠人工完成，耗時費(fèi)力，施工效果受人為因素影響較大。為實(shí)現(xiàn)通水過程的動態(tài)反饋和精細(xì)化控制，三峽集團(tuán)在溪洛渡大壩智能化建設(shè)中研發(fā)應(yīng)用了智能通水溫度控制系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備及軟件。
“通過一體化的通水流量和溫度控制裝置，實(shí)時采集混凝土溫度數(shù)據(jù)和通水情況，對溫度異常情況進(jìn)行預(yù)警、報警，再通過電磁閥遠(yuǎn)程控制和調(diào)整通水的流量和溫度，確保溫度過程和溫度應(yīng)力的全程可控?！狈畣⑾檎f。
為應(yīng)對氣溫驟降、季節(jié)變化等帶來的挑戰(zhàn)和個性化的溫控需求，智能溫控系統(tǒng)針對不同區(qū)域、不同季節(jié)的澆筑倉實(shí)行不同的溫度策略，設(shè)計相應(yīng)的目標(biāo)溫度和控制參數(shù)。同時，將冬季和夏季、約束區(qū)和非約束區(qū)控溫曲線預(yù)存在智能溫控控制平臺內(nèi)。
統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，采用智能通水系統(tǒng)，溪洛渡大壩最高溫度、降溫速率控制符合率分別高達(dá)90．12％和96．12％，實(shí)現(xiàn)了混凝土澆筑全過程溫度控制的連續(xù)、平穩(wěn)和精確。該系統(tǒng)有效防范了拱壩混凝土溫度裂縫，還節(jié)約了25％的制冷用水。
智能通水之外，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全性態(tài)的動態(tài)調(diào)控是大壩智能化建設(shè)中突破的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)?？蒲腥藛T基于實(shí)時采集的施工過程數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等，開展了施工中基礎(chǔ)處理、橫縫開合、懸臂控制等關(guān)鍵變形過程的精細(xì)仿真和動態(tài)調(diào)控。
“在大壩建設(shè)中，對每一個澆筑塊、每一層接縫和每一次結(jié)構(gòu)體系的變化等，我們都要做到兩點(diǎn)，一是已完成的施工要與設(shè)計要求相吻合，二是對將要施工的部分進(jìn)行預(yù)測分析和合理調(diào)整，確保安全可控?！狈畣⑾閺?qiáng)調(diào)。
