數(shù)字化技術(shù)在豐滿水電站重建工程中的應(yīng)用

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司， 北京 朝陽(yáng) 100024)

數(shù)字化技術(shù)在豐滿水電站重建工程中的應(yīng)用

姚寶永田政

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司， 北京 朝陽(yáng) 100024)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化、智能化技術(shù)不斷應(yīng)用于各類(lèi)工程建設(shè)。本文對(duì)目前數(shù)字化技術(shù)在豐滿水電站全面治理(重建)工程中的應(yīng)用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述，總結(jié)了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行工程管理工作的體會(huì)，以期為類(lèi)似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

豐滿水電站重建工程；數(shù)字化技術(shù)

1 概 述

豐滿水電站全面治理(重建)工程位于第二松花江干流豐滿峽谷口，在原豐滿大壩下游120m處新建一座碾壓混凝土重力壩，并利用原豐滿三期工程。為加強(qiáng)工程施工管理，保障施工質(zhì)量控制，豐滿大壩重建工程集成應(yīng)用了全國(guó)各頂尖科研院校(所)研究成果及應(yīng)用于國(guó)內(nèi)其他水電建設(shè)工程中成熟的自動(dòng)化管理與質(zhì)量控制技術(shù)。

2 數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

豐滿水電站全面治理(重建)工程數(shù)字化技術(shù)以大壩混凝土澆筑為主線，圍繞著大壩混凝土施工各項(xiàng)工序進(jìn)行數(shù)字化管理。目前，已形成以數(shù)字大壩一體化集成系統(tǒng)為平臺(tái)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)，碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)、核子密度儀信息自動(dòng)采集與分析系統(tǒng)、大體積混凝土防裂動(dòng)態(tài)智能溫控系統(tǒng)、混凝土運(yùn)輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)安監(jiān)智能管理平臺(tái)等數(shù)字化技術(shù)為主干的數(shù)字化管理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能，達(dá)到了預(yù)期效果。

2.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

作為施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸通道，無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)各數(shù)字化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)終端有機(jī)結(jié)合在一起，為現(xiàn)場(chǎng)各數(shù)字化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了便利條件。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需利用現(xiàn)場(chǎng)施工區(qū)周邊的建(構(gòu))筑物，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。隨著大壩、發(fā)電廠房及其他附屬建設(shè)物的建設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中使用移動(dòng)終端進(jìn)行各系統(tǒng)操作時(shí)，大壩下游部分現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受到遮擋，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)字化系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸量不斷增大，也對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)無(wú)線終端及網(wǎng)絡(luò)提出更高的需求，需要不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋及傳輸路線，避免數(shù)據(jù)丟失和網(wǎng)絡(luò)連接不暢。

2.1.2 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過(guò)在原豐滿大壩和廠區(qū)內(nèi)設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，豐滿水電站全面治理(重建)工程實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工區(qū)的全面覆蓋，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工情況，對(duì)施工過(guò)程整體掌控。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)具有云臺(tái)控制、預(yù)置點(diǎn)設(shè)置、即時(shí)錄像及回放等功能，通過(guò)云臺(tái)控制，可遠(yuǎn)程調(diào)整實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面的方向、角度和遠(yuǎn)近，使施工管理人員靈活進(jìn)行單點(diǎn)、單倉(cāng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效輔助了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督管理。云臺(tái)控制權(quán)限的設(shè)置極為重要，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)各客戶端均可實(shí)現(xiàn)云臺(tái)控制，極易出現(xiàn)各參建管理人員隨意調(diào)整實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面的方位或多個(gè)管理人員對(duì)同一監(jiān)控畫(huà)面同時(shí)調(diào)整。因此，應(yīng)對(duì)部分監(jiān)控點(diǎn)的云臺(tái)控制進(jìn)行限制或禁止，對(duì)碾壓混凝土澆筑、壓力鋼管吊裝、機(jī)電設(shè)備吊裝、門(mén)塔機(jī)安拆、爆破作業(yè)等重要施工過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)控，留存完整視頻資料，便于后期隨時(shí)查看。

預(yù)置點(diǎn)位是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控畫(huà)面位置的預(yù)定，能夠?qū)崿F(xiàn)施工管理人員調(diào)整監(jiān)控畫(huà)面方位后自動(dòng)返回預(yù)置點(diǎn)，保證了施工現(xiàn)場(chǎng)全面覆蓋、無(wú)死角。對(duì)于重要施工過(guò)程，視頻監(jiān)控管理部門(mén)應(yīng)配置專(zhuān)職管理人員，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，設(shè)定重要施工過(guò)程監(jiān)控的攝像頭預(yù)置點(diǎn)，并限制云臺(tái)控制，確保重要施工過(guò)程視頻監(jiān)控的完整性。

即時(shí)錄像及回放功能是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能之一。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控影像資料通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)永久存儲(chǔ)，施工管理人員可隨時(shí)回放查看，大大提高了工程施工的可追溯性。但如果所有監(jiān)控?cái)z像頭的監(jiān)控影像資料均進(jìn)行永久存儲(chǔ)，那將給服務(wù)器帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)，需增加更多存儲(chǔ)設(shè)施。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)增加了工程監(jiān)督管理的檢查手段，為豐滿水電站全面治理(重建)工程保存了完整的珍貴影像資料。

各類(lèi)數(shù)字化系統(tǒng)不斷應(yīng)用，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需求不斷增大，為保證數(shù)字化管理系統(tǒng)的有效運(yùn)行，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，特別是加強(qiáng)各系統(tǒng)無(wú)線數(shù)據(jù)接收和傳輸終端與現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之間的連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞场?/p>

2.2 碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)

為進(jìn)一步提高碾壓混凝土現(xiàn)場(chǎng)管理水平，豐滿水電站全面治理(重建)工程采用了碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)倉(cāng)面碾壓機(jī)械進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，監(jiān)測(cè)行駛軌跡、速度、振動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算和統(tǒng)計(jì)倉(cāng)面任意位置處的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)碾壓遍數(shù)。當(dāng)相關(guān)參數(shù)不符合要求時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控室內(nèi)的系統(tǒng)客戶端進(jìn)行報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)旁站監(jiān)理工程師和施工質(zhì)檢人員根據(jù)預(yù)警信息要求操作手調(diào)整相關(guān)參數(shù)。通過(guò)系統(tǒng)監(jiān)控，避免了人工統(tǒng)計(jì)碾壓遍數(shù)、碾壓速度等問(wèn)題，在一定程度上提高了工程管理效率。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控室位于碾壓倉(cāng)外，監(jiān)控人員將報(bào)警信息傳遞給現(xiàn)場(chǎng)旁站監(jiān)理和質(zhì)檢員，再轉(zhuǎn)至碾壓機(jī)操作手，這個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致警報(bào)處理存在一定的滯后性，有時(shí)還需監(jiān)控人員帶著筆記本電腦進(jìn)入碾壓機(jī)內(nèi)，指導(dǎo)操作手對(duì)漏碾?yún)^(qū)域進(jìn)行碾壓，對(duì)碾壓施工管理造成一定影響。隨后，要求系統(tǒng)研發(fā)人員在駕駛室內(nèi)設(shè)置了碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)的顯示屏，實(shí)時(shí)向操作手顯示該振動(dòng)碾的工作狀態(tài)，提示操作手主動(dòng)更正。但是，當(dāng)顯示屏電源采用振動(dòng)碾電源時(shí)，碾壓機(jī)頻繁啟動(dòng)會(huì)導(dǎo)致顯示屏故障，進(jìn)而改進(jìn)為獨(dú)立電源。

現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，受碾壓機(jī)械行駛和振動(dòng)的影響，碾壓機(jī)械上安裝的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸終端接頭處偶爾會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)情況，造成碾壓監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)缺失。

當(dāng)碾壓數(shù)據(jù)缺失或局部存在壓實(shí)程度爭(zhēng)議時(shí)，通過(guò)碾壓機(jī)械安裝的GPS設(shè)備準(zhǔn)確定位爭(zhēng)議區(qū)域，參建各方見(jiàn)證試驗(yàn)人員對(duì)該區(qū)域壓實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，確定碾壓壓實(shí)程度，指導(dǎo)下一步對(duì)該區(qū)域補(bǔ)碾或停止碾壓。

工程采用斜層碾壓技術(shù)，目前碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)像平層碾壓施工一樣根據(jù)高程變化自動(dòng)升層，需要監(jiān)控人員每層碾壓完成后手動(dòng)將系統(tǒng)內(nèi)振動(dòng)碾狀態(tài)調(diào)整至下一層。自動(dòng)升層方面還需繼續(xù)改進(jìn)。

總體而言，碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用有效地輔助了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理人員進(jìn)行監(jiān)督管理，減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量，將部分監(jiān)督管理內(nèi)容數(shù)字化，加強(qiáng)了碾壓過(guò)程控制。

2.3 核子密度儀信息自動(dòng)采集與分析系統(tǒng)

核子密度儀信息自動(dòng)采集與分析系統(tǒng)是該工程運(yùn)用的又一種數(shù)字化手段?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)人員通過(guò)手持式終端(手機(jī)PDA)將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的壓實(shí)度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。該系統(tǒng)的運(yùn)用保證了數(shù)據(jù)的真實(shí)性，還可通過(guò)手持式終端將檢測(cè)的濕、密度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓實(shí)度百分比數(shù)據(jù)。但是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析較為簡(jiǎn)單，還需要施工管理人員進(jìn)一步分析，才能最終評(píng)價(jià)該碾壓倉(cāng)或某碾壓層的碾壓質(zhì)量。

2.4 大體積混凝土防裂動(dòng)態(tài)智能溫控系統(tǒng)

豐滿水電站全面治理(重建)工程采用了智能溫控系統(tǒng)，進(jìn)行大體積混凝土冷卻通水過(guò)程智能控制。根據(jù)壩體內(nèi)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集的內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，自動(dòng)控制現(xiàn)場(chǎng)流量控制設(shè)備調(diào)整通水流量、通水時(shí)間及換向時(shí)間，從而自動(dòng)控制混凝土溫升、溫降情況，達(dá)到防裂的目的。另外，通過(guò)手持式溫度記錄儀還可以采集混凝土出機(jī)口、入倉(cāng)和澆筑溫度，從而指導(dǎo)溫控措施調(diào)整。

智能溫控系統(tǒng)能夠真實(shí)地反映混凝土溫度變化情況和通水情況，加強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部溫度的有效控制，避免了人工記錄溫度數(shù)據(jù)弄虛作假的現(xiàn)象。但是，智能溫控系統(tǒng)的正常運(yùn)行依賴于混凝土內(nèi)部溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集，碾壓混凝土施工易對(duì)內(nèi)部溫度傳感器或電纜造成破壞，導(dǎo)致溫度監(jiān)測(cè)缺失，無(wú)法智能控制通水，下一步須進(jìn)一步增加溫度傳感器及電纜的自身強(qiáng)度。

分控站的遷移和維護(hù)也會(huì)對(duì)智能溫控系統(tǒng)造成影響。下游面?zhèn)鋫}(cāng)過(guò)程、臨時(shí)入倉(cāng)道路變化、相鄰標(biāo)段施工、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的人工干預(yù)和壩趾區(qū)域的其他施工均會(huì)對(duì)智能溫控系統(tǒng)分控站造成影響，不但加大了維護(hù)工作量，也會(huì)造成智能通水過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行，進(jìn)而影響混凝土溫度控制。因此，應(yīng)策劃好分控站的位置，協(xié)調(diào)好相鄰標(biāo)段施工，加強(qiáng)內(nèi)部教育，制定合理的應(yīng)急處理措施并準(zhǔn)確落實(shí)，進(jìn)一步精細(xì)化管理。

2.5 混凝土運(yùn)輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)

混凝土運(yùn)輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于大壩混凝土運(yùn)輸環(huán)節(jié)。通過(guò)在混凝土運(yùn)輸車(chē)輛安裝GPS定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)大壩混凝土運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，監(jiān)測(cè)運(yùn)輸車(chē)輛的行駛軌跡、行駛速度等。監(jiān)理工程師可根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中記錄的行駛速度，計(jì)算出混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，從而輔助分析運(yùn)輸過(guò)程中混凝土的溫度變化、VC值或坍落度變化。目前系統(tǒng)存在行駛軌跡與地圖不匹配、車(chē)輛和人員信息顯示異常等問(wèn)題，還須進(jìn)一步改進(jìn)方可投入運(yùn)行。

2.6 移動(dòng)安監(jiān)智能管理平臺(tái)

豐滿水電站全面(治理)重建工程移動(dòng)安監(jiān)智能管理平臺(tái)是以安全生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)中心為依托，綜合利用移動(dòng)管理終端(PDA)，形成了一個(gè)由各參建單位安全監(jiān)督管理人員參與的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了安全交流、現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)督、安全通告、違章曝光、亮點(diǎn)推廣、設(shè)備和人員管理數(shù)據(jù)查詢、安全交底等功能，幫助參建各方隨時(shí)隨地進(jìn)行安全生產(chǎn)管理工作。

2.7 數(shù)字大壩一體化平臺(tái)集成系統(tǒng)

數(shù)字大壩一體化平臺(tái)集成系統(tǒng)通過(guò)集成碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)、核子密度儀信息自動(dòng)采集與分析系統(tǒng)、大體積混凝土防裂動(dòng)態(tài)智能溫控系統(tǒng)等數(shù)字化系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料，對(duì)澆筑施工中的質(zhì)量評(píng)定提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)字大壩一體化平臺(tái)集成系統(tǒng)將倉(cāng)面設(shè)計(jì)審核、建基面驗(yàn)收、鋼筋驗(yàn)收、模板驗(yàn)收、開(kāi)倉(cāng)審批、澆筑過(guò)程驗(yàn)收、單元工程評(píng)定等各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)模塊化管理。現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收過(guò)程中，監(jiān)理人員監(jiān)督施工人員通過(guò)PDA手機(jī)錄入實(shí)際驗(yàn)收數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)拍照資料，提交驗(yàn)收申請(qǐng)，監(jiān)理人員對(duì)施工單位上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)一步校核，通過(guò)PDA手機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)定，保證了質(zhì)量評(píng)定的及時(shí)性、真實(shí)性，提高了質(zhì)量評(píng)定效率。但在后期資料倉(cāng)面設(shè)計(jì)和質(zhì)量評(píng)定等歸檔資料的整理上還存在較多問(wèn)題，系統(tǒng)倉(cāng)面設(shè)計(jì)打印版本還無(wú)法與CAD打印版本一致，而質(zhì)量評(píng)定表還須在打印前調(diào)整格式。因此，在這些功能研發(fā)后應(yīng)與參建各方進(jìn)一步做好測(cè)試工作。

數(shù)字大壩一體化平臺(tái)集成了現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為質(zhì)量評(píng)定提供數(shù)據(jù)支持。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)與數(shù)字大壩一體化平臺(tái)之間的銜接，保證現(xiàn)場(chǎng)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)順暢地傳輸至數(shù)字大壩一體化平臺(tái)。

3 結(jié) 語(yǔ)

水電工程的數(shù)字化、智能化管理，是未來(lái)發(fā)展方向。雖然各項(xiàng)數(shù)字化技術(shù)仍在不斷補(bǔ)充完善，但均有效地提高了豐滿水電站重建工程的管理水平，為工程建設(shè)帶來(lái)了積極變化，極大轉(zhuǎn)變了所有參建人員的工程管理觀念，為豐滿大壩建設(shè)提供了完整而詳實(shí)的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，為大壩運(yùn)行期間的數(shù)字化管理提供了支撐，為中國(guó)水電工程建設(shè)管理積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

ApplicationofdigitaltechnologyinreconstructionofFengmanHydropowerStation

YAO Baoyong, TIAN Zheng

(ChinaWaterResourcesandHydropowerConstructionEngineeringConsultingBeijingCo.,Ltd.,Chaoyang100024,China)

Digital and intelligent technology has been applied to construction of various projects with the continuous development of computer technology. In the paper, the application of current digital technology in comprehensive governance (reconstruction) projects of Fengman Hydropower Station is briefly described. Experience of applying digital technology in engineering management work is summarized in order to accumulate experience for similar projects.

Fengman Hydropower Station reconstruction project; digital technology; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.012.021

TV737

B

1005-4774(2017)012-0087-03