預(yù)制裝配式技術(shù)在魚道建設(shè)中的應(yīng)用

羅 揚，徐錦皓，王曉遠(yuǎn)

(浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

隨著我國水利事業(yè)的高速發(fā)展，現(xiàn)代水利水電工程必須貫徹與生態(tài)環(huán)境和諧共存的可持續(xù)性發(fā)展理念，因此魚道是一項十分重要的協(xié)調(diào)水資源工程建設(shè)與生物保護(hù)關(guān)系的生態(tài)補(bǔ)償工程[1-2].我國建筑業(yè)的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，正處于由傳統(tǒng)建筑工業(yè)化向新型建筑工業(yè)化升級轉(zhuǎn)變的進(jìn)程中.然而，我國魚道存在著建設(shè)和研究歷史短、建設(shè)資料和經(jīng)驗累積缺乏等問題，并且現(xiàn)有魚道數(shù)量有限且運行效果不好.

為了減小建筑業(yè)對與環(huán)境的影響、資源能源的消耗，將低碳環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的理念融入到工程建設(shè)中，我國正在大力推廣和發(fā)展預(yù)制裝配式這種能解決傳統(tǒng)工程建設(shè)中諸多弊端的技術(shù).由于預(yù)制裝配式技術(shù)的優(yōu)點明顯且現(xiàn)有魚道建設(shè)的問題突出，因此預(yù)制裝配式技術(shù)在魚道建設(shè)中有著非常大的應(yīng)用前景，能夠在魚道工程的設(shè)計規(guī)劃、建造施工、監(jiān)測記錄、維護(hù)管理等方面帶來改變，讓魚道建設(shè)系統(tǒng)化.

1 我國魚道建設(shè)存在的問題

國外魚道建設(shè)和研究歷史長，有許多成功的案例，如美國哥倫比亞河流及其支流魚道、巴西伊泰水利樞紐魚道及“萊茵河鮭魚2000計劃”魚道等.我國魚道建設(shè)和研究歷史較短，從1958年首次提到魚道的富春江七里瀧水電站至今，在模型試驗、魚道建設(shè)、運行觀測及過魚效果等方面具有代表性的只有1980年建成于湖南衡東的洋塘水電站水閘魚道.據(jù)不完全統(tǒng)計，我國各類水利工程已建魚道40～60座，因為魚道本身建設(shè)缺陷和管理不當(dāng)?shù)仍?，至今正常運行的魚道寥寥無幾，絕大部分魚道已經(jīng)廢棄[3].

我國魚道建設(shè)的問題主要有以下幾點：(1)缺乏正確的思想指導(dǎo)和系統(tǒng)的理論方法，對魚道的作用和地位認(rèn)識不統(tǒng)一、不明確，對魚道的規(guī)劃設(shè)計還比較粗略，沒有完善的統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn).(2)魚道設(shè)計目標(biāo)單一且結(jié)構(gòu)設(shè)計上存在各種缺陷.(3)魚道的建設(shè)缺乏基礎(chǔ)研究和資料累積.(4)魚道設(shè)計方式落后、施工周期長、施工材料以及施工方式不環(huán)保[4].首先魚道的建設(shè)涉及到多個學(xué)科的交叉應(yīng)用，不同領(lǐng)域雖然已經(jīng)有對魚類極限游速等水生物特性、水流狀況等水力特性的研究[5]，但是各領(lǐng)域?qū)I(yè)人士相互之間交流較少，研究工作大都還處在各自為營的境界.其次絕大多數(shù)的魚道采用砌石或混凝土作為建筑材料，建設(shè)周期長，從開始建設(shè)到投入使用往往耗時多年，不僅影響河流的生態(tài)系統(tǒng)而且還影響水利樞紐的正常工作[6-7].(5)魚道后期運行缺乏規(guī)范的管理.

2 預(yù)制裝配式技術(shù)

17世紀(jì)英法等國家開始了建筑工業(yè)化道路的最初探索，20世紀(jì)50年代二戰(zhàn)客觀上促進(jìn)了歐洲國家建筑工業(yè)化的大力發(fā)展，積累了大量的實踐經(jīng)驗，并針對預(yù)制裝配技術(shù)研制了成熟的行業(yè)規(guī)范和技術(shù)準(zhǔn)則.我國開展工業(yè)化建筑的探索從20世紀(jì)70年代初起，預(yù)制混凝土構(gòu)件生產(chǎn)經(jīng)歷了大發(fā)展時期.據(jù)不完全統(tǒng)計，到1985年全國預(yù)制裝配式建筑比例已占所有建筑量的35%.

建筑工業(yè)化是以構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)、裝配式施工為生產(chǎn)方式，以設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品化、施工機(jī)械化為特征，能夠整合設(shè)計、生產(chǎn)、施工等整個產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)建筑產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、全生命周期價值最大化的可持續(xù)發(fā)展的新型建筑生產(chǎn)方式.在工程實際建設(shè)中預(yù)制裝配式技術(shù)已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用(見圖1).預(yù)制裝配技術(shù)是建筑工業(yè)化的核心，其建筑工業(yè)化特點：建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、部品尺寸模數(shù)化、構(gòu)配件生產(chǎn)工業(yè)化、施工機(jī)械裝配化、結(jié)構(gòu)裝修一體化、拆除廢件資源化和生產(chǎn)管理信息化.

圖1 預(yù)制裝配式技術(shù)的應(yīng)用

近年來，預(yù)制構(gòu)件的優(yōu)化和新型預(yù)制構(gòu)件的研究一直在穩(wěn)步進(jìn)行，隨著我國新型城鎮(zhèn)化的逐步推進(jìn)、“一帶一路”的戰(zhàn)略實施，同時在國家和地方政府大力提倡節(jié)能減排的環(huán)境保護(hù)政策感召下[8]，我國建筑業(yè)開始邁向“新型建筑工業(yè)化”的轉(zhuǎn)型升級之路，預(yù)制裝配式技術(shù)將會充分發(fā)揮出優(yōu)勢.

3 預(yù)制裝配式技術(shù)在魚道建設(shè)中的應(yīng)用

我國魚道的建設(shè)和研究起步晚、發(fā)展慢、問題多、需求大.近年來，我國水利事業(yè)發(fā)展迅速，大力建設(shè)開發(fā)水力資源，建造了許多水利樞紐，魚道的研究和建設(shè)刻不容緩.為了克服魚道建設(shè)的現(xiàn)有問題，將建筑工業(yè)化的理念和體系應(yīng)用在魚道建設(shè)中，從而形成一套完整系統(tǒng)的、集數(shù)據(jù)采集—模擬實驗—結(jié)構(gòu)設(shè)計—建造施工—管理維護(hù)為一體的魚道建設(shè)體系[9-10].

3.1 建立一套魚道模數(shù)協(xié)調(diào)體系

建筑模數(shù)是指在建筑設(shè)計中，統(tǒng)一選定的協(xié)調(diào)建筑尺度的增至單位.目前世界上統(tǒng)一采用的基本模數(shù)數(shù)值用M表示，1M=1 000 mm，在它的基礎(chǔ)上又分為擴(kuò)大模數(shù)和分模數(shù).而要實現(xiàn)魚道建設(shè)的工廠預(yù)制、現(xiàn)場裝配，建立一套魚道部品模數(shù)協(xié)調(diào)體系是必要的.魚道的凈寬、池室尺寸、內(nèi)部隔板尺寸、休息室尺寸和觀察室尺寸等都是根據(jù)水生物特性和水力特性的測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)來設(shè)計[11]，有規(guī)可循.所以，建立一套魚道模數(shù)協(xié)調(diào)體系對魚道部件的生產(chǎn)、定位和安裝、后期維護(hù)和管理，乃至魚道部件拆除后的再利用都有重要作用.

3.2 研究魚道結(jié)構(gòu)體系、優(yōu)化魚道設(shè)計

根據(jù)世界各國魚道過魚效果的調(diào)查來看，集溢流堰式、潛孔式和豎縫式魚道一體的組合型魚道效果最好，適合的地形和魚類最廣.采用預(yù)制裝配式技術(shù)的思路，可以根據(jù)已知的生物特性、水力學(xué)參數(shù)[12]、魚道的設(shè)計條件來研究出符合魚道建造要求的預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)體系(見圖2).比如槽式魚道的截面多是矩形或者梯形[13]，可以設(shè)計一些矩形或者梯形截面的結(jié)構(gòu)，再通過多種不同結(jié)構(gòu)體系的搭配來完成魚道結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大地優(yōu)化了魚道的設(shè)計，更便于設(shè)計出不同的組合型魚道，應(yīng)用到不同的環(huán)境中去.魚道的設(shè)計應(yīng)該獨立于水利工程的設(shè)計成為一類專業(yè)化的設(shè)計.

圖2 槽式魚道過魚段結(jié)構(gòu)部件

現(xiàn)有的絕大多數(shù)魚道采用砌石或混凝土作為建筑材料，建設(shè)周期長，從開始建設(shè)到投入使用往往耗時多年[14].現(xiàn)場裝配作業(yè)可以直接將設(shè)計完成的預(yù)制的魚道各構(gòu)件拿到現(xiàn)場安裝搭建，且魚道已經(jīng)被構(gòu)件化，所以現(xiàn)場不需要大量的現(xiàn)澆作業(yè)，只有少數(shù)的地方需要澆筑，能夠縮短30%～70%的工期.這樣既簡化施工流程、縮短建設(shè)周期，還能減小施工對周圍生態(tài)系統(tǒng)、對水利樞紐產(chǎn)生的影響.

3.3 健全魚道的觀測記錄和管理維護(hù)體系

魚道的正常運行離不開良好的管理和及時的維護(hù).我國現(xiàn)有魚道中正常運行數(shù)量少、廢棄損壞多的原因就在于沒有一個完整統(tǒng)一的管理體系.預(yù)制裝配式技術(shù)的應(yīng)用可以讓后期的維護(hù)管理變得簡單而有序.因為整個魚道的設(shè)計、施工階段被簡化，魚道的各構(gòu)件也是按照規(guī)范制造的，可以在裝配式部件的基礎(chǔ)上安裝或者加設(shè)出口水位流量控制調(diào)節(jié)設(shè)施[15]、補(bǔ)水設(shè)施、誘魚集魚設(shè)施、觀測記錄裝置[16]、攔污檢修設(shè)備等等設(shè)施，讓魚道更好地達(dá)到使用功能.在檢修的時候不需要整條魚道修復(fù)，只需要將損壞的部位拆除修復(fù).整條魚道各部品構(gòu)件還可以根據(jù)不同的對象、不同的情況隨時調(diào)整.

魚道往往作為水利樞紐的附屬部分，管理權(quán)屬于水利樞紐，因此漁業(yè)部門和環(huán)境部門的管理要求不能落實到魚道的運行上.應(yīng)該將魚道的管理權(quán)限劃入漁業(yè)部門、環(huán)境部門或者專門設(shè)立的部門，并結(jié)合預(yù)制裝配式技術(shù)制定一套完整的、系統(tǒng)的，集數(shù)據(jù)采集—模擬實驗—結(jié)構(gòu)設(shè)計—建造施工—管理維護(hù)為一體的魚道建設(shè)流程(見圖3).

圖3 結(jié)合預(yù)制裝配式技術(shù)的魚道建設(shè)流程

4 結(jié) 論

隨著我國建筑工業(yè)化的普及發(fā)展和新型建筑工業(yè)化的提出，傳統(tǒng)建筑業(yè)重獲新生，這給我國魚道的研究和建設(shè)提供了許多可能和參考.雖然我國由建筑工業(yè)化向新型建筑工業(yè)化的轉(zhuǎn)變還有很長的路要走，但針對我國沒有完整統(tǒng)一的魚道研究、建設(shè)體系，也沒有規(guī)范系統(tǒng)的維護(hù)、管理體系的特點，應(yīng)用預(yù)制裝配式技術(shù)在魚道的研究和建設(shè)上是極具前景的.這為加快我國魚道的研究和建設(shè)，提供一條全新的發(fā)展思路.

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