一項(xiàng)高科技成果在三峽工程中的應(yīng)用

史振寰　胡興娥

摘 要 三峽二期大壩混凝土施工摸擬系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合二期工程施工實(shí)際情況和技術(shù)要求，并融入以往混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)三峽二期大壩混凝土施工過(guò)程進(jìn)行模擬。此模擬對(duì)混凝土澆筑過(guò)程進(jìn)行計(jì)算和記錄，從對(duì)壩體每一天的澆筑情況到周、月、季、年計(jì)劃直至大壩建成進(jìn)行模擬，可對(duì)大壩建設(shè)任何時(shí)段的形象進(jìn)度、澆筑量等進(jìn)行快速查詢(xún)。其模擬采用二維、三維動(dòng)態(tài)顯示，是一個(gè)很形象的施工過(guò)程，這個(gè)系統(tǒng)據(jù)推斷比過(guò)去人工來(lái)做可提高效率上千倍，對(duì)混凝土施工指導(dǎo)的決策具有重大的意義。

關(guān)鍵詞 三峽二期工程 混凝土澆筑 計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)

1、概述

三峽二期工程大壩混凝土澆筑，無(wú)論總量還是施工強(qiáng)度在國(guó)內(nèi)外水電歷史上都是空前的。巴西伊泰普水電站混凝土最大年澆筑強(qiáng)度達(dá)303萬(wàn)m²，創(chuàng)造了水電歷史最高記錄；我國(guó)葛洲壩水電站，最大年澆筑強(qiáng)度達(dá)203萬(wàn)m²。三峽二期大壩混凝土澆筑總量達(dá)1238萬(wàn)m³，年澆筑強(qiáng)度達(dá)410萬(wàn)m³，月最高澆筑強(qiáng)度近45萬(wàn)m³，40萬(wàn)m³/月以上高強(qiáng)度澆筑時(shí)間持續(xù)9～10個(gè)月。所以二期工程混凝土施工作為三峽工程又一創(chuàng)世界記錄的難題，多年來(lái)為國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家所關(guān)注。二期大壩結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，大壩一般分兩條縱縫，泄洪壩段設(shè)22個(gè)溢流表孔，23個(gè)泄洪深孔，22個(gè)臨時(shí)導(dǎo)流底孔；左岸廠(chǎng)房壩段有14個(gè)鋼管；另外，還有3個(gè)排砂孔，2個(gè)排漂孔。二期大壩混凝土施工設(shè)備種類(lèi)多，干擾大，有塔帶機(jī)、門(mén)機(jī)、纜機(jī)、混凝土施工除平面上有交叉外，空間上也相互制約和干擾。二期混凝土施工期，自1999年年初全面清基交面到2002年10月全線(xiàn)到達(dá)185m，施工期僅46個(gè)月。二期混凝土的施工還受到夏季高溫、雨季、霧天等自然因素的影響。二期大壩混凝土施工量大、工期緊、質(zhì)量要求高，施工難度大。為確保2003年10月首批機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，二期大壩混凝土施工必須精心組織，嚴(yán)格施工，采用先進(jìn)的手段指導(dǎo)施工。

做好混凝土施工計(jì)劃十分重要，以往水電工程大壩混凝土施工計(jì)劃都要耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，還要隨著施工進(jìn)展不斷調(diào)整，而且容易產(chǎn)生差錯(cuò)。三峽二期混凝土澆筑塊數(shù)以萬(wàn)計(jì)，各種施工條件又十分復(fù)雜，施工計(jì)劃的編制調(diào)整如果用人來(lái)做，將是相當(dāng)困難的。

二期混凝土施工模擬系統(tǒng)就是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合二期工程施工實(shí)際情況和技術(shù)要求，并融入以往混凝土施工的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)二期大壩混凝土施工過(guò)程進(jìn)行模擬。此模擬對(duì)混凝土每塊澆筑的過(guò)程進(jìn)行計(jì)算和記錄，從而對(duì)壩體一天的澆筑情況到周、月、季、年計(jì)劃直至大壩建成，可對(duì)大壩建設(shè)任何時(shí)段的形象進(jìn)度、澆筑量等進(jìn)行快速查詢(xún)。其模擬采用二維、三維動(dòng)態(tài)顯示，是一個(gè)可以看得見(jiàn)的施工過(guò)程。這個(gè)系統(tǒng)比用人來(lái)做，提高效率上千倍，對(duì)混凝土施工指揮和決策具有重大意義。

2、二期大壩混凝土施工模擬系統(tǒng)介紹

二期大壩混凝土施工模擬系統(tǒng)對(duì)二期工程泄洪壩段、左岸廠(chǎng)房壩段混凝土施工過(guò)程進(jìn)行了模擬，系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)輸入、計(jì)算、查詢(xún)和計(jì)劃四部分。

2.1 數(shù)據(jù)輸入

數(shù)據(jù)輸入就是對(duì)混凝土澆筑邊界條件的輸入，如施工設(shè)備及混凝土拌合系統(tǒng)的控制范圍和時(shí)段、施工設(shè)備性能、大壩的體型尺寸、施工程序及混凝土澆筑有關(guān)技術(shù)參數(shù)。其中有些不變條件在程序中處理，如大壩體型等；有些可變條件做成表格的形式，可以根據(jù)不同方案需要進(jìn)行修改，如技術(shù)參數(shù)中的混凝土澆筑間歇期、澆筑層厚、倉(cāng)面準(zhǔn)備情況等。對(duì)已澆筑塊的資料也需輸人系統(tǒng)，作為計(jì)算的基礎(chǔ)依據(jù)，如開(kāi)倉(cāng)時(shí)間、入

倉(cāng)時(shí)間、高程、混凝土量及性質(zhì)、所用澆筑設(shè)備等。數(shù)據(jù)輸入還包括已施工的灌漿、排水資料的輸入。

二期大壩混凝土拌合系統(tǒng)有▽79m、▽90m、▽120m和▽82m共四個(gè)系統(tǒng)，施工設(shè)備有6臺(tái)塔帶機(jī)、2臺(tái)纜機(jī)，另外還有胎帶機(jī)和門(mén)機(jī)。在本系統(tǒng)中，混凝土開(kāi)倉(cāng)澆筑除滿(mǎn)足倉(cāng)面準(zhǔn)備等條件外，還要同時(shí)滿(mǎn)足相應(yīng)部位設(shè)備要求和拌合樓生產(chǎn)能力的要求，而且冬季和夏季的生產(chǎn)能力也不同。

輸入的數(shù)據(jù)是系統(tǒng)正確、合理運(yùn)行的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)又是施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。所以科學(xué)的、符合工程實(shí)際施工情況的數(shù)據(jù)對(duì)本系統(tǒng)尤為重要。已澆筑塊資料是下步計(jì)算的基礎(chǔ)條件，只有準(zhǔn)確的錄人才能計(jì)算出最近工程實(shí)際的進(jìn)度，同時(shí)，壩體完工后，可獲得一份寶貴的歷史記錄資料。

2.2 計(jì)算

壩體澆筑模擬計(jì)算數(shù)學(xué)模型，以狀態(tài)變量和決策變量與約束條件間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系來(lái)定量描述。主題程序通過(guò)狀態(tài)變量和決策變量的不斷改變，按照既定的澆筑規(guī)律和約束條件對(duì)大壩混凝土進(jìn)行施工過(guò)程的模擬。狀態(tài)變量是能反映大壩混凝土施工形象面貌的變量，包括：各壩段混凝土澆筑高程、方量和時(shí)間；決策變量是根據(jù)混凝土澆筑的規(guī)律要求隨時(shí)判斷將要進(jìn)行的澆筑的壩塊和所用的澆筑機(jī)械；約束條件，指大壩混凝土施工中應(yīng)遵守的一般規(guī)律和制約混凝土施工的各種因素：主要包括混凝土施工過(guò)程中的一般規(guī)律、合同文件、技術(shù)規(guī)范要求以及三峽工程特定的結(jié)構(gòu)形式和特定的施工條件下的各種要求等，如壩體層間間歇時(shí)間、混凝土初凝終凝時(shí)間、相鄰壩塊高差、立模拆模要求、基礎(chǔ)處理、倉(cāng)面清理、大壩上升速度和施工期允許應(yīng)力等。大壩混凝土施工模擬，就是選擇滿(mǎn)足約束條件的決策變量，并根據(jù)決策變量的變化，計(jì)算出一組新的大壩混凝土狀態(tài)變量；然后在新的狀態(tài)下，進(jìn)行新的決策變量判斷；通過(guò)大壩混凝土狀態(tài)變量的不斷改變，大壩混凝土也就從低到高地進(jìn)行著模擬澆筑。

模擬系統(tǒng)在計(jì)算的同時(shí)，進(jìn)行二維和三維的動(dòng)態(tài)顯示。二維按壩體縱縫分三塊顯示，三維既可以對(duì)整體、又可以對(duì)局部顯示，觀(guān)察方向可隨意選擇，在顯示時(shí)，正在動(dòng)態(tài)澆筑的塊體以不同的顏色加以表示，可以清楚形象地看出壩體施工的過(guò)程，同時(shí)可以動(dòng)態(tài)顯示出正在澆筑塊體的澆筑時(shí)間、澆筑部位、澆筑機(jī)械、澆筑方量、澆筑順序等，整個(gè)大壩澆筑過(guò)程真實(shí)地展現(xiàn)在眼前，全部施工狀態(tài)盡收眼底。

2.3 查詢(xún)

查詢(xún)分為圖形查詢(xún)、工程質(zhì)量查詢(xún)和報(bào)表查詢(xún)。

2.3.1 圖形查詢(xún)

三維圖查詢(xún)：可以整體、分壩段、分時(shí)段、以不同的縮寫(xiě)比例查詢(xún)，還可以從上游左側(cè)、上游右側(cè)、下游左側(cè)、下游右側(cè)四個(gè)方位查詢(xún)。

立視圖查詢(xún)：可以分時(shí)段查詢(xún)?nèi)齻€(gè)柱塊，同時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)段不同壩段的高程及頂塊澆筑時(shí)間、分標(biāo)段混凝土量和混凝土總量。見(jiàn)附圖1。

剖面圖查詢(xún)：顯示某一壩段剖面，并在圖上標(biāo)明已澆筑部位及當(dāng)前澆筑部位，在圖形旁邊標(biāo)明相應(yīng)部位不同壩塊混凝土塊澆筑信息，如柱塊號(hào)、澆筑時(shí)間、每一塊澆筑量，使用設(shè)備情況等。

逐月澆筑強(qiáng)度圖：以柱狀圖的形式全過(guò)程顯示每月澆筑強(qiáng)度及混凝土澆筑累計(jì)總量。見(jiàn)附圖2。

2.3.2 工程量查詢(xún)

分時(shí)間、分高程、分不同壩段范圍、分柱塊顯示已澆筑混凝土量、剩余混凝土量、混凝土總量。

2.3.3 報(bào)表查詢(xún)

現(xiàn)供查詢(xún)的表格共11種，可根據(jù)需要查詢(xún)：混凝土澆筑月報(bào)表，混凝土澆筑順序表，混凝土澆筑量統(tǒng)計(jì)表，混凝土高程進(jìn)度表，混凝土方量計(jì)劃表，混凝土層數(shù)進(jìn)展表，澆筑機(jī)械月報(bào)表，不同部位澆筑強(qiáng)度表，

不同部位高程表，不同部位澆筑塊厚度，各月高程表。

2.4 計(jì)劃

分全程計(jì)劃和分時(shí)段計(jì)劃。全程計(jì)劃即以當(dāng)前面貌為起點(diǎn)，作以后整個(gè)施工過(guò)程的計(jì)劃；分時(shí)段計(jì)劃即

根據(jù)輸入的起止時(shí)間作計(jì)劃，可作年計(jì)劃、月計(jì)劃、周計(jì)劃、天計(jì)劃。

3、二期大壩混凝土澆筑模擬系統(tǒng)的特點(diǎn)

二期大壩混凝土澆筑模擬系統(tǒng)不是一般的演示系統(tǒng)，而是一個(gè)在真實(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的、功能很強(qiáng)的實(shí)用系統(tǒng)。它具有以下特點(diǎn)：

3.1 幫助業(yè)主和監(jiān)理工程師快速評(píng)價(jià)和評(píng)審承包商提交的施工總進(jìn)度計(jì)劃。

業(yè)主和監(jiān)理可以利用此系統(tǒng)，預(yù)先對(duì)工程的總進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)總進(jìn)度進(jìn)行分解，作出短期或長(zhǎng)期的時(shí)段計(jì)劃，做到對(duì)整個(gè)工程情況心中有數(shù)，為評(píng)審承包商施工總進(jìn)度計(jì)劃提供有力的手段。

3.2 對(duì)加快施工進(jìn)度和技術(shù)措施進(jìn)行定量分析，提供決策依據(jù)

本系統(tǒng)可以分別改變某些混凝土澆筑邊界條件,分別計(jì)算出對(duì)進(jìn)度計(jì)劃的影響程度。如局部或全部改變澆筑層厚對(duì)混凝土澆筑的影響，改變間歇期對(duì)混凝土澆筑的影響，改變?cè)O(shè)備布置情況對(duì)混凝土澆筑的影響；或同時(shí)改變某幾個(gè)邊界條件組合因素對(duì)混凝土澆筑情況的影響等。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析比較，找出對(duì)工期最有利的影響因素，并采取相應(yīng)的措施指導(dǎo)施工。

3.3 快速對(duì)混凝土澆筑方案進(jìn)行多方案比較

以前人工挑塊進(jìn)行混凝土進(jìn)度計(jì)劃編制，一般要組織一個(gè)班子，計(jì)算一個(gè)方案少則半個(gè)月，多則幾個(gè)月。如需改變某個(gè)參數(shù)時(shí)，還得重復(fù)上述過(guò)程。因此，如需要適應(yīng)工程進(jìn)展情況或進(jìn)行多方案比較，頻繁改變一些參數(shù)編制詳細(xì)進(jìn)度計(jì)劃很難實(shí)現(xiàn)。

有了這個(gè)系統(tǒng)后，情況就大不一樣了，計(jì)算好幾個(gè)方案也只要幾天時(shí)間。如在1998年12月份排后期總進(jìn)度計(jì)劃和1999年年進(jìn)度計(jì)劃時(shí)，共算5個(gè)方案也只化了三天時(shí)間。有了這樣一個(gè)工具，可以使決策人員在很短的時(shí)間內(nèi)就對(duì)不同條件下的施工情況有充分的認(rèn)識(shí)，加快決策進(jìn)程。

3.4 對(duì)混凝土施工進(jìn)行各種因素敏感性分析

隨著工程的進(jìn)展，施工情況和計(jì)劃情況難免有很多不吻合的地方，有時(shí)也可能因某種特殊的原因，造成工期延誤情況。為了使工程按期完成，就要加快施工進(jìn)度。但是到底采用哪些措施能加快進(jìn)度呢?哪些措施對(duì)加快進(jìn)度影響較大、是關(guān)鍵性措施呢?只要我們找出可能的影響因素，然后針對(duì)不同的影響因素的組合計(jì)算不同的施工方案，就可以在比較后得出明確結(jié)論。

3.5 及時(shí)地對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理

在工程施工過(guò)程中，每一天的施工情況都在改變，特別是工程形象面貌，每澆一塊混凝土就引起變化。本系統(tǒng)能按已形成的形象面貌為基礎(chǔ)，及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整計(jì)劃，如作出年計(jì)劃、月計(jì)劃、周計(jì)劃，并把這些結(jié)果與總進(jìn)度計(jì)劃比較，對(duì)當(dāng)前施工進(jìn)度進(jìn)行快速、合理的評(píng)價(jià)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)與總進(jìn)度計(jì)劃的偏差，并找出影響因素，避免偏差積累到一定程度而無(wú)法彌補(bǔ)。根據(jù)當(dāng)天的施工情況也可計(jì)算出第二天澆筑哪幾塊混凝土及具體時(shí)間安排，用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

3.6 對(duì)三峽大壩二期混凝土澆筑的過(guò)程以三維立體的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示

以三維立體的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，使人看起來(lái)更直觀(guān)、更形象，整個(gè)施工面貌在計(jì)算機(jī)前就能看得見(jiàn)，足不出戶(hù)能知施工現(xiàn)場(chǎng)事。使領(lǐng)導(dǎo)和施工人員不用到現(xiàn)場(chǎng)也能有依據(jù)決策。

4、結(jié)語(yǔ)

目前三峽二期大壩混凝土澆筑模擬系統(tǒng)已投入試運(yùn)行，三峽總公司已用此系統(tǒng)輔助安排了1999年施工計(jì)劃，并提供了施工單位修改計(jì)劃的依據(jù)，此系統(tǒng)受到了甲方、各施工單位、各監(jiān)理單位的歡迎。在應(yīng)用過(guò)程中，功能還會(huì)不斷地改進(jìn)、完善和加強(qiáng)。

* 三峽二期工程大壩混凝土澆筑模擬系統(tǒng)是中國(guó)長(zhǎng)江三峽工程開(kāi)發(fā)總公司和成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，針對(duì)三峽工程的特點(diǎn)研制出的大型混凝土澆筑模擬仿真系統(tǒng)。