大壩填筑施工過程數(shù)字化信息化控制在老撾南俄3水電站的應(yīng)用

白云猛 王俊

摘要：通過大壩填筑施工過程數(shù)字化信息化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對大壩填筑碾壓參數(shù)的實時監(jiān)控，有效地提高了大壩填筑施工管理水平，保證了大壩填筑的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工成本，為項目完美履約創(chuàng)造有利條件，為項目安全運行提供保障。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；信息化；控制；填筑

1工程概況

本工程是老撾南俄河干流梯級開發(fā)的第3級，以發(fā)電為主。工程等別為一等大（1）型，主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、引水系統(tǒng)、地面發(fā)電廠房、230KV輸電線路組成。水庫正常蓄水位723.00m，相應(yīng)庫容14.11億m3，電站裝機容量480MW。工程靜態(tài)投資12.9億美元，于2015年11月26日正式開工，目前在建。

混凝土面板堆石壩壩頂高程729.5m，最大壩高210m，為世界上已建和在建的混凝土面板堆石壩中第3高壩。壩頂長度518.5m，壩頂寬度8m，上游坡1：1.4，下游綜合坡1：1.5，高程700m、670m、635m、600m、565m設(shè)3m寬馬道，高程540m馬道寬6m，馬道間壩坡1：1.4。壩體由上游蓋重區(qū)（1B）、上游粉土鋪蓋區(qū)（1A）、混凝土防滲面板、墊層區(qū)（2A）、墊層小區(qū)（2B）、過渡區(qū)（3A）、主堆石區(qū)（3B）、下游堆石區(qū)（3C）、下游護(hù)坡（3D）組成，總填筑方量為1204萬m3（不含蓋重料）。

2壩體各部位碾壓要求

通過壩料試驗和現(xiàn)場填筑碾壓試驗確定各區(qū)填筑料壓實標(biāo)準(zhǔn)和填筑碾壓參數(shù)見表1、表2。

3大壩填筑施工過程數(shù)字化信息化控制

3.1采用數(shù)字化信息監(jiān)控的必要性

大壩總填筑量1204萬m3，填筑時段為2018年1月～2019年12月，考慮7月～9月雨季影響，施工時段僅有18個月，月平均填筑強度66.8萬m3/月，月高峰填筑強度103萬m3/月。如果以人工旁站的方法來控制填筑碾壓參數(shù)將難以保證壩體填筑質(zhì)量，對壩體變形控制、面板裂縫預(yù)防、大壩滲漏控制等極為不利，亟需一套信息自動化系統(tǒng)代替人工旁站進(jìn)行大壩填筑質(zhì)量控制。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算及定位技術(shù)的發(fā)展，基于國產(chǎn)定位設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)以及云計算技術(shù)的土石壩填筑施工過程實時智能化監(jiān)控系統(tǒng)能夠利用北斗定位系統(tǒng)對壩料攤鋪厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓機械振動情況、碾壓速度、壩料壓實情況等方面進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)實時、歷史數(shù)據(jù)的整理與分析及大壩施工數(shù)字化圖形化展示，為大壩填筑碾壓施工過程高效監(jiān)控管理提供了重要手段。

3.2 數(shù)字化信息化控制系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)采用北斗高精度導(dǎo)航技術(shù)、激振傳感器及無線傳輸網(wǎng)絡(luò)對大壩施工過程中的重要施工控制參數(shù)及控制方法進(jìn)行確定，主要建設(shè)內(nèi)容如下：

（1）建立一套基站，為填筑施工區(qū)域的碾壓設(shè)備的高精度定位提供差分信號。

（2）在大壩填筑碾壓設(shè)備上安裝高精度定位設(shè)備，實時掌握碾壓設(shè)備施工狀態(tài)。高精度定位設(shè)備主要包括M30接收機、工業(yè)平板電腦、振動傳感器、方向傳感器等，以記錄碾壓設(shè)備在壩面上的碾壓遍數(shù)、振動狀態(tài)、行進(jìn)速度，并形成碾壓軌跡展示示意圖，為駕駛員的操作形成參考和引導(dǎo)。

（3）建立大壩碾壓信息實時傳輸無線網(wǎng)絡(luò)，實時傳輸大壩施工過程信息至服務(wù)器。利用超大功率的無線傳輸設(shè)備，進(jìn)行碾壓施工過程信息的實時覆蓋，并通過建立三級大功率網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳輸，實時進(jìn)行網(wǎng)上服務(wù)器的入庫，保證現(xiàn)場施工的實時智能化監(jiān)控。

（4）大壩填筑施工實時智能化監(jiān)控軟件系統(tǒng)的編制與開發(fā)。主要包括兩個部分：一是安裝在每臺碾壓設(shè)備駕駛室內(nèi)的平板電腦上供駕駛員使用的系統(tǒng)，為駕駛員的操作提供參考和引導(dǎo)；二是供施工管理人員使用的系統(tǒng)，可以實時了解大壩施工區(qū)域內(nèi)每臺碾壓設(shè)備的實時施工狀態(tài)，并提供對已施工結(jié)束的碾壓數(shù)據(jù)的查詢與分析。

3.3數(shù)字化、信息化應(yīng)用

結(jié)合本工程施工情況，大壩填筑施工過程中數(shù)字化信息化控制主要功能有：

（1）工程基本信息整理與展示

根據(jù)大壩不同施工單元的劃分與確定，在基礎(chǔ)信息部分中對工程基本信息進(jìn)行維護(hù)，按照單位工程、分部工程、單元工程、施工區(qū)工程信息進(jìn)行整理與維護(hù)，利用這些信息對大壩施工過程中采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行不同區(qū)域的整理與分析，為數(shù)據(jù)管理與質(zhì)量檢測分析提供最重要的基礎(chǔ)信息。

（2）文件上傳與數(shù)據(jù)管理

按照工程劃分的結(jié)果對采集到的碾壓施工過程數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)管理與分析，并通過不同的大壩分區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)查找與查看。對系統(tǒng)中每條數(shù)據(jù)的開始時間與結(jié)束時間及不同的碾壓設(shè)備都進(jìn)行區(qū)分，為工程管理人員施工控制提供了重要的資料。在數(shù)據(jù)文件上傳到系統(tǒng)服務(wù)器時，系統(tǒng)會實時分析數(shù)據(jù)文件，提取重要信息對數(shù)據(jù)文件歸類進(jìn)行判別，將數(shù)據(jù)文件精確地歸到某一個大壩單元中去，便于數(shù)據(jù)管理與分析。

（3）施工過程實時監(jiān)控分析

針對施工過程中不同高程壩面進(jìn)行自動生成平面圖，并在平面圖上對不同部位的樁號及比例尺進(jìn)行展示，再加載該平面上的碾壓設(shè)備及相應(yīng)的駕駛員實時施工過程信息，以便管理人員對大壩碾壓實時施工過程進(jìn)行控制與實時調(diào)度，保證大壩碾壓施工過程有序、高效。

（4）質(zhì)量檢測分析

質(zhì)量檢測分析是大壩施工過程控制系統(tǒng)中最重要的模塊，對一定的施工時間中某施工區(qū)域采集到的碾壓數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，為單元工程質(zhì)量檢測所進(jìn)行的挖坑檢驗提供坑位參考，便于單元工程質(zhì)量檢驗，保證大壩施工質(zhì)量控制。

（5）施工報表

每一個單元工程施工完成后，可由系統(tǒng)自動生成該單元的施工報表，包括報表信息、檢測點位置等信息以及相關(guān)的施工狀態(tài)的圖形等內(nèi)容，為大壩工程施工質(zhì)量檢驗與評價提供重要的參考與支撐資料。

（6）系統(tǒng)管理

對不同用戶權(quán)限、登錄帳號以及密碼等方面進(jìn)行管理，保證不同用戶能夠在各自的權(quán)限內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及相關(guān)管理功能。另外，還對工程中碾壓施工參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，是大壩施工質(zhì)量分析中重要的評價標(biāo)準(zhǔn)。

（7）施工機械碾壓統(tǒng)計分析

該功能可以進(jìn)行單臺碾壓機械某段時間內(nèi)的施工工效統(tǒng)計分析，還可以在該界面的右側(cè)功能框內(nèi)，顯示該臺施工機械的某段時間內(nèi)的施工形象示意圖，為施工機械管理人員對某設(shè)備的統(tǒng)計分析提供了技術(shù)手段。

4 數(shù)字化信息化實施效果

利用大壩填筑施工過程數(shù)字化信息化控制系統(tǒng)主要達(dá)到了以下目的：

（1）動態(tài)監(jiān)控碾壓設(shè)備運行軌跡、速度、激振力等，顯示在施工數(shù)字地圖上；

（2）實時自動計算和統(tǒng)計任意位置的鋪料厚度、碾壓錯距、碾壓遍數(shù)、壓實厚度、壓實后高程，顯示在施工數(shù)字地圖上；

（3）在每層施工結(jié)束后，輸出碾壓質(zhì)量圖形報表作為填筑質(zhì)量驗收輔助材料；

（4）在控制中心對大壩填筑碾壓情況進(jìn)行在線監(jiān)控，實現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場“雙監(jiān)控”。

目前，大壩填筑至600m高程，壩高75m，填筑總方量450萬m3，月高峰強度達(dá)到103萬m3，共取樣3030次，各種壩料取樣合格率100%，最小孔隙率達(dá)到10.5%，滿足設(shè)計要求的孔隙率指標(biāo)，大大降低了大壩沉降變形，目前最大累計沉降37.7cm，保證了大壩填筑施工質(zhì)量，為下一步混凝土面板施工防裂創(chuàng)造了有利條件。

5 結(jié)論

通過大壩填筑施工過程數(shù)字化信息化控制系統(tǒng)，對大壩施工機械的施工狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，實現(xiàn)了對填筑碾壓參數(shù)的實時監(jiān)控，減少了人員投入，提高了施工效率，有效地提高了大壩填筑施工管理水平，使大壩填筑的施工質(zhì)量、施工進(jìn)度和施工成本得到保障，為項目完美履約創(chuàng)造了有利條件，為項目的安全運行提供了保障，同時為以后類似工程施工積累了經(jīng)驗。

作者簡介：白云猛（1985～），男，四川成都人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作。

（作者單位：中國水利水電第十工程局有限公司）