●這是繼三峽工程后又一體現(xiàn)中國水電建設(shè)管理能力的里程碑事件
●技術(shù)代表了世界水工界最復(fù)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(shè)的先河
“這是繼三峽工程后又一體現(xiàn)中國水電建設(shè)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(shè)。”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(shè)中應(yīng)用的 “300米級溪洛渡拱壩智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)”獲2015年國家科技進步二等獎。據(jù)了解，這一技術(shù)以混凝土澆筑、溫控和基礎(chǔ)灌漿為核心解決施工智能控制，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)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(shè)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(jié)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(shè)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(jié)構(gòu)復(fù)雜程度為世界拱壩之最，綜合技術(shù)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(chǔ)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(shè)關(guān)鍵技術(shù)的科研創(chuàng)新。他們提出了溪洛渡“數(shù)字大壩”建設(shè)，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(shù)、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(shè)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(shè)中期，開始注重信息監(jiān)測和控制的結(jié)合；到了后期，在自動采集的基礎(chǔ)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(shè)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(yù)測變化趨勢，來實現(xiàn)各種預(yù)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?qū)崿F(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(shè)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(shù)人員能夠?qū)Σ杉哪繕诉M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(shè)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(yù)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(jié)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(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。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(fù)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(shè)代表了世界水工界最復(fù)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(jié)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(jié)合各個施工任務(wù)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(yīng)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(yīng)用，不僅提高了溪洛渡工程建設(shè)質(zhì)量，還有效地控制了工程建設(shè)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(shè)關(guān)鍵技術(shù)首次創(chuàng)建了特高拱壩智能化建設(shè)理論和體系，攻克了拱壩智能建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)；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(shè)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(shè)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(shè)計要求，混凝土實際溫度變化曲線與設(shè)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(shè)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(shù)的重大創(chuàng)新，居于國際領(lǐng)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(yù)測預(yù)控，從而更好地指導現(xiàn)場施工。”溪洛渡工程建設(shè)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(yù)計，‘智能大壩’將是水電領(lǐng)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(lǐng)了世界高拱壩的發(fā)展方向。”參與溪洛渡拱壩智能化建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)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(wù)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(shè)應(yīng)用現(xiàn)代科技，在數(shù)字建設(shè)、智能化建設(shè)方面有所突破，開創(chuàng)了我國高拱壩智能化建設(shè)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(lǐng)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(shè)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(guān)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(guān)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(shè)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(luò)、與能源系統(tǒng)協(xié)同的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施。
“隨著智能建造模式和工程建設(shè)精益化管理理念的普及發(fā)展，溪洛渡拱壩智能化建設(shè)科技成果的應(yīng)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(shù)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。
