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溪洛渡水電站: 大塊頭更有大“智慧”

2018-06-01 09:07:22 科技日?qǐng)?bào)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
在大型紀(jì)錄片《厲害了,我的國(guó)》里,溪洛渡水電站作為中國(guó)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(wú)疑是個(gè)搶眼的“大塊頭”。

在大型紀(jì)錄片《厲害了,我的國(guó)》里,溪洛渡水電站作為中國(guó)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(wú)疑是個(gè)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(huì)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(jí)高工樊啟祥以該工程為例,向科技日?qǐng)?bào)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(shí)刻了解大壩的“頭疼腦熱”

由三峽集團(tuán)開(kāi)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(jí)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(gè)施工過(guò)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(duì)溪洛渡特高拱壩建設(shè)的難點(diǎn)和特點(diǎn),三峽集團(tuán)開(kāi)展了300米級(jí)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(shí)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(shí)雙向傳輸,構(gòu)建大壩全景信息模型(Dam Information Model,簡(jiǎn)稱(chēng)DIM)。“真實(shí)分析”就是實(shí)時(shí)獲取并分析建設(shè)過(guò)程中的各類(lèi)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(guò)智能設(shè)備和軟件等,可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)和關(guān)鍵工藝過(guò)程的“實(shí)時(shí)控制”。同時(shí)開(kāi)發(fā)了面向拱壩建設(shè)多專(zhuān)業(yè)、多參建方的智能拱壩建設(shè)與運(yùn)行信息化平臺(tái)(Intelligent Dam Analysis Management,簡(jiǎn)稱(chēng)iDam),有效支撐現(xiàn)場(chǎng)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(shí)了解它的‘頭疼腦熱’,及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,讓大壩一直處于健康狀態(tài)。”樊啟祥說(shuō)。

數(shù)字大壩與實(shí)體大壩共“生長(zhǎng)”

“從溪洛渡大壩左岸A區(qū)置換塊第一倉(cāng)混凝土澆筑開(kāi)始,包括倉(cāng)面設(shè)計(jì)、混凝土生產(chǎn)、原材料溫控、混凝土溫度檢測(cè)等在內(nèi)的各種設(shè)計(jì)和施工數(shù)據(jù)被全部記錄到DIM中。”樊啟祥表示,在溪洛渡大壩施工期間,各類(lèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)總量達(dá)9.4Tb(萬(wàn)億字節(jié),1Tb等于1024Gb)。如此龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了2538倉(cāng)混凝土、3496支安全監(jiān)測(cè)儀器、4723支混凝土溫度計(jì)及3.3萬(wàn)米測(cè)溫光纖相關(guān)的過(guò)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(duì)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(dòng)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(xún)、可分析、可追溯的數(shù)字大壩。”憑借這些真實(shí)全面的工程數(shù)據(jù),專(zhuān)家們對(duì)施工全過(guò)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(guò)DIM,大壩施工進(jìn)展和狀態(tài)可以說(shuō)是一覽無(wú)余。

“在DIM基礎(chǔ)上,iDam則構(gòu)建了一個(gè)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(tái),實(shí)現(xiàn)了模型和接口統(tǒng)一,現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程控制協(xié)同。”樊啟祥表示,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(cè)、質(zhì)量管理等8個(gè)專(zhuān)業(yè)模塊,以及綜合查詢(xún)、聯(lián)機(jī)分析、預(yù)報(bào)報(bào)警等6個(gè)管理模塊,為設(shè)計(jì)與科研仿真分析、現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)、項(xiàng)目監(jiān)督管理控制等提供專(zhuān)業(yè)化的集成管理平臺(tái)。

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(guò)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(shí)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(guò)程仿真和預(yù)測(cè)。

“智能化建設(shè)是大型水電工程未來(lái)發(fā)展的方向。如果說(shuō)溪洛渡開(kāi)啟了大型水電智能化的1.0時(shí)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(shí)代邁進(jìn)。”樊啟祥期盼地說(shuō)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(guò)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。”樊啟祥向記者介紹了特高拱壩建設(shè)中的又一個(gè)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(shí)費(fèi)力,施工效果受人為因素影響較大。為實(shí)現(xiàn)通水過(guò)程的動(dòng)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(guò)一體化的通水流量和溫度控制裝置,實(shí)時(shí)采集混凝土溫度數(shù)據(jù)和通水情況,對(duì)溫度異常情況進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警,再通過(guò)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(guò)程和溫度應(yīng)力的全程可控。”樊啟祥說(shuō)。

為應(yīng)對(duì)氣溫驟降、季節(jié)變化等帶來(lái)的挑戰(zhàn)和個(gè)性化的溫控需求,智能溫控系統(tǒng)針對(duì)不同區(qū)域、不同季節(jié)的澆筑倉(cāng)實(shí)行不同的溫度策略,設(shè)計(jì)相應(yīng)的目標(biāo)溫度和控制參數(shù)。同時(shí),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(tái)內(nèi)。

統(tǒng)計(jì)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(guò)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(dòng)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)。科研人員基于實(shí)時(shí)采集的施工過(guò)程數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等,開(kāi)展了施工中基礎(chǔ)處理、橫縫開(kāi)合、懸臂控制等關(guān)鍵變形過(guò)程的精細(xì)仿真和動(dòng)態(tài)調(diào)控。

“在大壩建設(shè)中,對(duì)每一個(gè)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(jì)要求相吻合,二是對(duì)將要施工的部分進(jìn)行預(yù)測(cè)分析和合理調(diào)整,確保安全可控。”樊啟祥強(qiáng)調(diào)。

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