溪洛渡：智慧感知大壩“頭疼腦熱”

“溪洛渡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?！敝袊こ淘涸菏?、三峽集團(tuán)原總工程師張超然如此說道。

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，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。

高難度催生數(shù)字管理

拱壩一直被認(rèn)為是水工界最復(fù)雜的建筑物。而溪洛渡大壩作為混凝土雙曲拱壩，這樣的設(shè)計，雖然由當(dāng)?shù)厮?、地質(zhì)條件綜合決定，卻帶來諸多世界級難題。

溪洛渡大壩建于長江干流，兼具高拱壩、高地震區(qū)、高水頭、大泄流量等特點。其地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、壩身泄洪流量、泄洪功率均位居世界特高拱壩之首，河床水文地質(zhì)條件和大壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度亦為世界拱壩之最，僅水推力一項，就達(dá)1400萬噸。同時，它還是世界唯一采用地下洞室開挖料作為全壩粗骨料的特高拱壩，混凝土本體材料抗裂特性偏弱。由此，施工中面臨混凝土溫控防裂、河床壩段弱卸荷下限巖體基礎(chǔ)處理、擴(kuò)大基礎(chǔ)壩體結(jié)構(gòu)整體安全、工程安全度汛等一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。

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)量和大壩的絕對安全，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。

“數(shù)字大壩”建設(shè)應(yīng)運而生

“數(shù)字大壩”系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢、分析、反饋和直觀展示，從而為現(xiàn)場參建各方提供信息交流和現(xiàn)場監(jiān)控的高效平臺。通過登錄“數(shù)字大壩”系統(tǒng)，建設(shè)者可以直觀了解整個現(xiàn)場的施工情況，對大壩施工全程監(jiān)控，并根據(jù)現(xiàn)場存在的問題采取相應(yīng)的施工措施，促進(jìn)各單位協(xié)同工作、快速反應(yīng)。

為全方位實時感知大壩各部位溫度，壩體分布了2000多個倉，每倉埋有兩支溫度計。與此類似，壩體里還“埋伏”有2000多臺其他各類監(jiān)測儀器，如多點位移計、應(yīng)力計等。那些裸露的線頭相當(dāng)于負(fù)責(zé)肌體感應(yīng)的神經(jīng)元“突觸”，把溫度等要害數(shù)據(jù)實時傳送到電腦終端，構(gòu)成“數(shù)字大壩”的神經(jīng)系統(tǒng)。

同時，為盡可能有效地采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)針對各類數(shù)據(jù)的特點，實現(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)運輸數(shù)據(jù)已經(jīng)實現(xiàn)了自動采集和導(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)行人工測量，借助該系統(tǒng)的現(xiàn)場手持式數(shù)據(jù)采集功能，可以大幅提高人工測量的工作效率。

“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(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?！?溪洛渡工程建設(shè)部大壩項目部主任陳文夫說。

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。

溪洛渡“數(shù)字大壩”系統(tǒng)的建設(shè)，解決了傳統(tǒng)科研工作中存在的困難和不足，大壩施工期的全部第一手資料均可在第一時間從系統(tǒng)中獲取。針對工程中存在的問題，科研單位可以及時展開跟蹤反演分析，對各種可能的風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測，研究成果能夠及時用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

從數(shù)字到智能的跨越

“‘?dāng)?shù)字大壩，主要是指施工過程中的所有數(shù)據(jù)都能采集；而‘智能大壩則是能對采集到的數(shù)據(jù)作分析、處理，并進(jìn)行趨勢判斷和預(yù)測預(yù)控?！毕宥晒こ探ㄔO(shè)部大壩項目部副主任周紹武如此概括這座“聰明”大壩的智力進(jìn)步。他認(rèn)為，“智能大壩”的智能性主要包括四個方面——自我感知、數(shù)據(jù)分析、智能判斷和自我調(diào)整。

周紹武介紹，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)，形成了以智能拱壩建設(shè)與運行信息化平臺（iDam）為智能化平臺，以智能溫控、智能振搗和數(shù)字灌漿等成套設(shè)備為智能控制核心裝置的大壩智能化建設(shè)管理系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了“數(shù)字大壩”向“智能大壩”的跨越。

其中，“iDam”是一個集網(wǎng)絡(luò)、硬件、軟件、項目合同各方和專家團(tuán)隊為一體的綜合性人機(jī)交互系統(tǒng)，需要在壩體內(nèi)埋設(shè)成千上萬只溫度計、多點位移計、應(yīng)力計等監(jiān)測儀器；需要研發(fā)混凝土施工、溫度控制、仿真分析、預(yù)警預(yù)控等14個功能模塊。此外，還需要布置一個龐大的覆蓋全壩的信息網(wǎng)絡(luò)。

另外，周紹武還介紹道：“智能手機(jī)盯倉功能——是一個安裝在智能手機(jī)上的數(shù)據(jù)采集程序，無論是在施工現(xiàn)場還是辦公室，只要有網(wǎng)絡(luò)，就能登錄系統(tǒng)。監(jiān)理在現(xiàn)場通過手機(jī)提交各類數(shù)據(jù)，管理人員在辦公室就能實時了解現(xiàn)場的作業(yè)情況和質(zhì)量安全問題。”

不僅如此，系統(tǒng)的智能冷卻通水功能也頗具亮點。智能冷卻通水系統(tǒng)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。

溪洛渡大壩“聰明”之處就在于，建設(shè)和管理大壩的技術(shù)人員能預(yù)知它的“頭疼腦熱”，能及時調(diào)整它的狀態(tài)，讓它始終處于健康狀態(tài)。

溪洛渡拱壩智能化建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新，引領(lǐng)水電行業(yè)由傳統(tǒng)走向現(xiàn)代化、智能化。從實體大壩到數(shù)字大壩，再到智能大壩，借助現(xiàn)代化的信息和管理手段，溪洛渡工程建設(shè)實現(xiàn)了大壩建設(shè)的全方位控制與管理，在世界高拱壩建設(shè)領(lǐng)域居領(lǐng)先地位。