溪洛渡：開啟高拱壩建設(shè)管理新時(shí)代

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

溪洛渡大壩雄姿。

技術(shù)人員查詢各部位混凝土通水降溫情況。

溪洛渡大壩混凝土施工總進(jìn)度計(jì)劃三維展示。

3月6日，經(jīng)過近十年艱苦施工，溪洛渡拱壩壩體全線到頂。這是中國三峽集團(tuán)開發(fā)建設(shè)的首座300米級(jí)高拱壩，它的建設(shè)，將為集團(tuán)公司后續(xù)水電項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)提供重要的技術(shù)、管理和經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備。

遠(yuǎn)眺溪洛渡，巍巍拱壩橫矗金沙，“壩”氣十足，但鮮為人知的是，開工之初，對(duì)于如何保證溪洛渡特高拱壩的建設(shè)質(zhì)量，不少人存有疑慮，業(yè)界也并不看好。正是在這樣的環(huán)境和背景下，中國三峽集團(tuán)依托現(xiàn)代化的信息和管理手段，通過打造“數(shù)字溪洛渡”工程，實(shí)現(xiàn)實(shí)體大壩和數(shù)字大壩同筑，不僅有效解決了高拱壩施工建設(shè)的諸多難題，保證了蓄水、發(fā)電目標(biāo)的順利完成，更促進(jìn)了工程施工效率和管理水平的極大提升，開啟了高拱壩建設(shè)管理的新時(shí)代。

高難度工程需要高水平管理

溪洛渡大壩為混凝土雙曲壩，壩頂高程610米，最大壩高285.5米，為超高薄壁拱壩，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工與質(zhì)量控制難度大。這是中國三峽集團(tuán)開發(fā)建設(shè)的首座300米級(jí)拱壩，在此之前，集團(tuán)公司并沒有同類工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

盡管集團(tuán)公司開發(fā)建設(shè)的世界水電“翹楚”——三峽工程已經(jīng)高質(zhì)量完成主體建設(shè)任務(wù)，并安全高效投入運(yùn)行，但在復(fù)雜的高拱壩施工領(lǐng)域，集團(tuán)公司技術(shù)、管理和經(jīng)驗(yàn)的儲(chǔ)備仍是“白紙一張”。溪洛渡工程規(guī)模巨大，舉國關(guān)注，如何保證工程的建設(shè)質(zhì)量，不僅業(yè)界普遍關(guān)心，更是集團(tuán)公司必須回答的問題。

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(gè)施工過程中，壩體的受力狀況都在不斷調(diào)整。這些特點(diǎn)，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(rèn)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”。

拱壩自身的特點(diǎn)決定了溪洛渡工程的建設(shè)難度之大，而工程自身的實(shí)際情況，讓建設(shè)者身上本就不輕的擔(dān)子又重了幾分。據(jù)溪洛渡工程建設(shè)部副主任周紹武介紹，溪洛渡大壩的自身體積收縮變形、混凝土剛性、徐變等力學(xué)指標(biāo)都不理想，對(duì)大壩抗裂不利。因此，曾有專家斷言：“溪洛渡大壩澆筑之日，就是混凝土裂縫出現(xiàn)之時(shí)”。

混凝土裂縫是水電工程的一大“重癥”。在世界水工界，一直有“無壩不裂”的說法。導(dǎo)致大壩混凝土開裂的原因有很多，其中最主要的原因是混凝土水泥水化熱引起的內(nèi)部溫度變化和溫控措施不當(dāng)。然而，三峽三期工程卻成功創(chuàng)造了混凝土大壩無裂縫的奇跡，被已故水電專家、兩院院士潘家錚譽(yù)為“創(chuàng)造了奇跡”。這說明，只要施工質(zhì)量控制好，大壩混凝土裂縫是可以避免的。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)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)量和大壩的絕對(duì)安全，在工程建設(shè)之初，中國三峽集團(tuán)就提出建設(shè)溪洛渡“數(shù)字大壩”，借助信息化手段與數(shù)字技術(shù)，優(yōu)化施工管理模式。

透視“數(shù)字大壩”

記者在采訪中了解到，溪洛渡工程“數(shù)字大壩”系統(tǒng)是中國三峽集團(tuán)結(jié)合工程建設(shè)實(shí)際，按照建設(shè)“數(shù)字溪洛渡”的目標(biāo)開發(fā)的。其目的是對(duì)混凝土基礎(chǔ)處理、施工、溫度控制的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的收集、整理、分析、展示和共享，為施工管理提供決策、管理依據(jù)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，及時(shí)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析和預(yù)警，從而全面提高施工過程控制水平，保證工程質(zhì)量。不僅如此，系統(tǒng)還能將收集的數(shù)據(jù)及時(shí)反饋到相關(guān)科研單位，由這些單位根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)混凝土應(yīng)力狀態(tài)和開裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面分析，并提出合理的處理措施。

“‘數(shù)字大壩’的作用，歸根結(jié)底就是把施工過程、參數(shù)進(jìn)行收集，并按一定邏輯關(guān)系進(jìn)行處理，最后進(jìn)行評(píng)估、預(yù)警。同時(shí)，提供大量的施工和工程數(shù)據(jù)給科研院所進(jìn)行仿真分析，從而指導(dǎo)生產(chǎn)。”溪洛渡工程建設(shè)部大壩項(xiàng)目部主任陳文夫介紹說。

2008年5月，由溪洛渡工程建設(shè)部主導(dǎo)的溪洛渡“數(shù)字大壩”系統(tǒng)建設(shè)工作啟動(dòng)，同年10月，系統(tǒng)初步上線；2009年9月，一期項(xiàng)目完成終驗(yàn)；截至目前，系統(tǒng)基本建設(shè)完成，初步實(shí)現(xiàn)了大壩施工監(jiān)測(cè)與仿真分析的設(shè)想。該系統(tǒng)作為一個(gè)開放的信息管理平臺(tái)，具有較強(qiáng)的兼容性，為國內(nèi)水利水電工程科研攻關(guān)和創(chuàng)新提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)平臺(tái)。

記者從“數(shù)字大壩”系統(tǒng)開發(fā)商武漢英思公司了解到，通過混凝土澆筑、溫度管理、灌漿、金結(jié)等13個(gè)模塊，系統(tǒng)建立了一個(gè)統(tǒng)一的施工過程綜合數(shù)據(jù)采集與分析平臺(tái)，可以結(jié)合各個(gè)施工任務(wù)的特點(diǎn)與管理要求，有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、管理與分析功能。同時(shí)，將各個(gè)工序的成果進(jìn)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(xì)化施工提供了重要保證。

 海量數(shù)據(jù)為工程質(zhì)量“把脈”

“數(shù)字大壩”建設(shè)為溪洛渡工程帶來的最直接效益，建立在其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和反饋能力上。

 在大壩混凝土澆筑過程管理中，有大量的數(shù)據(jù)來自于生產(chǎn)、施工一線。為了實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)通過建立施工區(qū)的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、采用專用數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式的數(shù)據(jù)采集模式。大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)特別是混凝土溫控的相關(guān)數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、采集后，可快速反饋至后方生產(chǎn)管理部門，以便及時(shí)分析。

 溪洛渡工程規(guī)模大，各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)內(nèi)容龐大，采用傳統(tǒng)的桌面數(shù)據(jù)錄入模式，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還存在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性低、及時(shí)性差等問題。為盡可能有效地采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)針對(duì)各類數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了多模式的數(shù)據(jù)采集手段。在溪洛渡，拌和樓的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、纜機(jī)運(yùn)輸數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采集和導(dǎo)入，這種方法避免了人工干預(yù)與額外操作，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性與及時(shí)性。在大壩澆筑及溫控管理過程中，有大量數(shù)據(jù)需要采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行人工測(cè)量，借助該系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)手持式數(shù)據(jù)采集功能，可以大幅提高人工測(cè)量的工作效率。

 “以混凝土測(cè)溫為例，埋設(shè)在倉面中的大量溫度計(jì)，需要使用專用儀器一一進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。借助在線式手持?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，技術(shù)人員能夠?qū)Σ杉哪繕?biāo)進(jìn)行統(tǒng)一的條碼編碼，實(shí)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(cuò)的可能性。”陳文夫說。

溪洛渡“數(shù)字大壩”系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)主要施工任務(wù)的全覆蓋，還能對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、綜合，以便各方共享和查詢。

“原材料到拌和樓，到水平、垂直運(yùn)輸，再到倉面振搗、溫控，在國內(nèi)外，沒有哪個(gè)大壩像溪洛渡這樣，擁有如此豐富的數(shù)據(jù)。2013年三峽樞紐工程質(zhì)量專家組到溪洛渡檢查指導(dǎo)工作，認(rèn)為：“應(yīng)用現(xiàn)代科技，在溪洛渡拱壩數(shù)字建設(shè)、智能化建設(shè)方面有所突破，開創(chuàng)了我國智能高壩建設(shè)的先河……最大壩高285.5米的高拱壩到目前為止基本無裂縫，這是了不起的成就”。

 這些海量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不僅保證了工程施工的順利進(jìn)行，還能在今后的運(yùn)行中繼續(xù)發(fā)揮作用。通過“數(shù)字大壩”系統(tǒng)，建設(shè)者掌握了工程全生命周期的各類數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將為工程將來長期運(yùn)行提供重要參考。

施工決策的可靠助手

強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力只是“數(shù)字大壩”系統(tǒng)諸多優(yōu)勢(shì)的一個(gè)方面，該系統(tǒng)對(duì)溪洛渡工程建設(shè)的直接保障作用體現(xiàn)在，它能對(duì)采集的各類現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及時(shí)通過科學(xué)、直觀的模式進(jìn)行匯總、分析與展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)綜合查詢，將現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫男畔?，為施工決策提供詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

借助二維圖表與三維可視化相結(jié)合的數(shù)據(jù)查詢與分析模式，系統(tǒng)解決了繁雜的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和分析工作；同時(shí)，使得現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確、完整真實(shí)地反饋到管理層，使各級(jí)管理人員能迅速、準(zhǔn)確地掌握到第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況，并為決策層提供準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)和輔助分析，為有效指導(dǎo)管理施工奠定基礎(chǔ)。

 “‘數(shù)字大壩’建設(shè)是對(duì)人員思維和管理的一大突破，通過它的建設(shè)，我們有效地規(guī)范了現(xiàn)場(chǎng)施工管理的業(yè)務(wù)流程，提高了管理效率，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理的精細(xì)化。”周紹武表示。

“數(shù)字大壩”系統(tǒng)的應(yīng)用，大大減輕了施工和監(jiān)理單位的日常工作壓力，為其管理帶來了便利，贏得了參建各方的廣泛好評(píng)。多年的運(yùn)行實(shí)踐表明，該系統(tǒng)在溪洛渡大壩施工管理過程中充分發(fā)揮了作用，有效地服務(wù)于各級(jí)管理層，應(yīng)用非常成功。

除分析、查詢外，系統(tǒng)還能通過制定各類標(biāo)準(zhǔn)與閥值，根據(jù)擬合參數(shù)預(yù)測(cè)變化趨勢(shì)，來實(shí)現(xiàn)各種預(yù)警功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩混凝土施工的全過程控制，提高現(xiàn)場(chǎng)管理水平。

不僅如此，系統(tǒng)還能借助仿真分析，科學(xué)地指導(dǎo)施工。以往，科研單位需要派專人前往工地收集資料，由于現(xiàn)場(chǎng)資料大都缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理，資料收集難度很大，而且往往存在缺失等現(xiàn)象，這使得科研工作難以在第一時(shí)間展開，從而失去了即時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的目的。溪洛渡“數(shù)字大壩”系統(tǒng)的建設(shè)，解決了傳統(tǒng)科研工作中存在困難和不足，大壩施工期的全部第一手資料均可在第一時(shí)間從系統(tǒng)中獲取。針對(duì)工程中存在的問題，科研單位可以及時(shí)展開跟蹤反演分析，對(duì)各種可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，研究成果能夠及時(shí)用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

從“數(shù)字大壩”到“智能大壩”

縱觀溪洛渡大壩工程現(xiàn)場(chǎng)施工管理水平的發(fā)展脈絡(luò)，可謂一步一個(gè)腳印，探索之路從未停止。

溪洛渡“數(shù)字大壩”建設(shè)初期，系統(tǒng)功能主要以采集和分析為主，以控制為輔；建設(shè)中期，開始注重信息監(jiān)測(cè)和控制的結(jié)合；到了后期，在自動(dòng)采集的基礎(chǔ)上，開發(fā)了以智能控制為主的多項(xiàng)系統(tǒng)，包括混凝土無線測(cè)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(shí)現(xiàn)了“數(shù)字大壩”向“智能大壩”的跨越。

“所謂‘數(shù)字大壩’，主要指的是施工過程中的所有數(shù)據(jù)都能采集，而‘智能大壩’的定義是，我們能對(duì)采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，并進(jìn)行趨勢(shì)判斷和預(yù)測(cè)預(yù)控，從而更好地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。”周紹武這樣介紹二者的特點(diǎn)和區(qū)別。他認(rèn)為，智能大壩的“智能性”主要包括四個(gè)方面——自我感知、數(shù)據(jù)分析、智能判斷和自我調(diào)整。

周紹武向記者演示了系統(tǒng)的智能手機(jī)盯倉功能——這是一個(gè)安裝在智能手機(jī)上的數(shù)據(jù)采集程序，無論是在施工現(xiàn)場(chǎng)還是辦公室，只要有3G或者無線網(wǎng)絡(luò)，就能登錄系統(tǒng)。監(jiān)理在現(xiàn)場(chǎng)通過手機(jī)提交各類數(shù)據(jù)，管理人員在辦公室就能實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)情況和質(zhì)量安全問題。

此外，系統(tǒng)的智能冷卻通水功能也頗具亮點(diǎn)。眾所周知，溫度裂縫是大壩混凝土澆筑的最大風(fēng)險(xiǎn)之一，處理溫度裂縫，需要大量的時(shí)間、人力和資金投入。混凝土出現(xiàn)裂縫的原因有很多，除自身的抗裂性能外，施工中的溫控措施是否得當(dāng)也是關(guān)鍵因素。

以往，水工界往往采取人工冷卻的方式來給混凝土降溫，智能冷卻通水系統(tǒng)則讓這一沿用多年的傳統(tǒng)工序?qū)崿F(xiàn)了前所未有的革新。

據(jù)陳文夫介紹，混凝土的溫度變化有其獨(dú)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(jì)，實(shí)時(shí)掌握各部位混凝土的即時(shí)溫度，系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取這些溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合混凝土冷卻階段，經(jīng)過計(jì)算，自動(dòng)調(diào)節(jié)通水流量，讓混凝土溫度隨著曲線發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了冷卻過程的完全智能化，不需要人工調(diào)整。

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(dá)到91.3%、測(cè)點(diǎn)符合率達(dá)到90.3%，各降溫階段的降溫速率滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土實(shí)際溫度變化曲線與設(shè)計(jì)溫度過程曲線基本重合。

“‘智能化’是一個(gè)發(fā)展中的概念?？梢灶A(yù)計(jì)，‘智能大壩’將是水電領(lǐng)域未來的大趨勢(shì)。目前，我們已經(jīng)在往這個(gè)方向走，可以說，溪洛渡工程引領(lǐng)了世界高拱壩的發(fā)展方向。”周紹武說。

兩壩同筑，造就西部精品

在溪洛渡工區(qū)，“拱壩精品，西部典范”的標(biāo)語分外醒目。這既是中國三峽集團(tuán)孜孜以求的目標(biāo)，也是溪洛渡工程建設(shè)成果的初步顯現(xiàn)。精品、典范何以成就？兩壩同筑便是響亮回答。

如前文所述，高拱壩自身的特點(diǎn)與溪洛渡獨(dú)特的地質(zhì)條件，給工程施工管理和質(zhì)量控制帶來極大挑戰(zhàn)，“數(shù)字大壩”系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，為溪洛渡大壩混凝土澆筑質(zhì)量控制提供了新的手段，提高了現(xiàn)場(chǎng)混凝土施工質(zhì)量和溫控水平，確保了溪洛渡工程質(zhì)量、進(jìn)度受控和工程自身的安全。

“溪洛渡‘數(shù)字大壩’的建設(shè)和應(yīng)用，探索出一套先進(jìn)的施工管理手段。代表了世界水工界最復(fù)雜建筑物管理的最高水平。”陳文夫說。

“數(shù)字大壩”的建設(shè)，開創(chuàng)了“4+1+3”的高拱壩建設(shè)管理新模式，業(yè)主、施工、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、科研等參建各方得以在一個(gè)平臺(tái)上協(xié)同、高效地工作，這是溪洛渡自開工以來，工程建設(shè)得以順利推進(jìn)的重要原因。

溪洛渡“數(shù)字大壩”搭建的綜合性技術(shù)平臺(tái)，將科研單位與工程參建單位緊密集成，以溪洛渡工程建設(shè)部、成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院、二灘國際、水電八局為核心的4家參建單位，以武漢英思公司為代表的平臺(tái)設(shè)計(jì)單位和以清華大學(xué)、水科院、三峽大學(xué)為代表的3家科研單位，共同建立了“4+1+3”的合作構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研的有效結(jié)合，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)體大壩與虛擬大壩的同筑，成為溪洛渡工程優(yōu)質(zhì)高效建設(shè)的堅(jiān)強(qiáng)保障。

溪洛渡“數(shù)字大壩”的建設(shè)，強(qiáng)化了工程施工工藝全過程的管理，改進(jìn)了大型水電工程施工現(xiàn)場(chǎng)長期存在的粗放化管理模式，實(shí)現(xiàn)了全方位的過程進(jìn)度與質(zhì)量控制。這種切實(shí)有效的管理模式及其給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來的顯著變化，得到了專家的高度肯定。

水電泰斗潘家錚曾說：“溪洛渡工程建立了一套科學(xué)的、現(xiàn)代化的管理體系，特別是質(zhì)量保證體系。這套體系使科研、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理在業(yè)主的統(tǒng)籌下分工負(fù)責(zé)，充分利用科技成果，采用新型測(cè)量儀器和設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)代化、信息化的數(shù)據(jù)采集和處理，建立仿真模型，使整個(gè)工程的進(jìn)展和質(zhì)量完全在控，使我國高拱壩的施工管理水平又上了一個(gè)臺(tái)階。”

中國工程院院士譚靖夷評(píng)價(jià)說：“溪洛渡大壩是我所見到的國內(nèi)最好的大壩，是壩工建設(shè)的藝術(shù)品。”

中國工程院院士、中國三峽集團(tuán)原總工程師張超然表示：“溪洛渡大壩的建設(shè)，開創(chuàng)了我國300米級(jí)高拱壩建設(shè)數(shù)字化的先河。”

兩壩同筑，不僅鑄就了溪洛渡工程這一西部精品，也為我國水電開發(fā)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。據(jù)了解，截至目前，向家壩水電站、豐滿水電站、大崗山水電站、瀾滄江公司等國內(nèi)多個(gè)在建和待建水電工程的同行，都先后來溪洛渡學(xué)習(xí)取經(jīng)。中國三峽集團(tuán)在溪洛渡開創(chuàng)的這一高拱壩建設(shè)管理模式，將繼續(xù)為我國水電開發(fā)和能源建設(shè)提供強(qiáng)大動(dòng)力。