智能建造技術(shù)在白鶴灘大壩工程施工中的應(yīng)用

摘? 要：智能建造技術(shù)的應(yīng)用，使白鶴灘大壩施工管理人員能夠在不同時間、地點隨時掌握工程動態(tài)，實時了解工程進展，對施工過程中的各項數(shù)據(jù)進行分析，從而指導(dǎo)現(xiàn)場施工，使工程施工過程始終處于正常受控狀態(tài)，最終確保工程施工各項目標的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：智能建造;白鶴灘大壩;施工應(yīng)用

中圖分類號：TV642.4? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

1 應(yīng)用背景

智能建造技術(shù)基于物聯(lián)網(wǎng)和信息化技術(shù)，利用先進傳感技術(shù)、控制決策支持系統(tǒng)，按照“統(tǒng)一模型平臺接口，數(shù)據(jù)及時、全面、準確，預(yù)警預(yù)控為主”的原則，實現(xiàn)施工全過程實時、在線、智能監(jiān)控，進而達到高質(zhì)量、高標準、高效率施工要求[1]。為了實現(xiàn)對白鶴灘大壩施工全過程的有效監(jiān)控與管理，保證工程施工質(zhì)量和運行期大壩安全，結(jié)合工程建設(shè)實際，開發(fā)應(yīng)用白鶴灘智能大壩信息管理系統(tǒng)，借助信息化手段，優(yōu)化施工管理模式，實現(xiàn)對大壩施工過程數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、溫控數(shù)據(jù)和科研成果的收集、整理、集成、展示，達到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口、查詢分析與預(yù)報警目的，從而為大壩施工過程控制提供可靠數(shù)據(jù)，實現(xiàn)有效的監(jiān)控、管理與分析，建設(shè)優(yōu)質(zhì)工程。

2 應(yīng)用技術(shù)

傳統(tǒng)工程建設(shè)管理依賴于管理人員的專業(yè)素養(yǎng)及責任，因此效率低、響應(yīng)慢，難以對工程施工過程進行客觀、實時、全面掌控，無法滿足現(xiàn)代精細化的管理需求。白鶴灘大壩是一座300m級特高拱壩，具有壩高、庫大、壩身泄洪量大的特點，智能大壩信息管理系統(tǒng)對混凝土生產(chǎn)、運輸、平倉、振搗、通水冷卻全過程，以及基礎(chǔ)處理等不同專業(yè)，開展精細化實時監(jiān)控，對影響施工的各種關(guān)鍵控制參數(shù)進行跟蹤分析與預(yù)警，及時提醒施工人員及管理人員采取有效措施。為保證智能建造技術(shù)在大壩工程施工中的順利應(yīng)用，更好調(diào)配人力物力資源，保證高效運行，成立專門組織機構(gòu)開展智能建造技術(shù)的具體應(yīng)用工作，工作業(yè)務(wù)范圍包括大壩混凝土澆筑、混凝土溫控、基礎(chǔ)灌漿、四同時結(jié)算、試驗檢測等功能模塊。

2.1 信息管理系統(tǒng)

混凝土信息管理系統(tǒng)是從大壩倉號準備、倉面設(shè)計、備倉設(shè)計、盯倉記錄、溫度控制等方面對大壩施工過程中的各項數(shù)據(jù)進行集中采集、匯總與分析，實現(xiàn)各類報表的自動化分析和匯總。

2.1.1 應(yīng)用模塊介紹

（1）混凝土澆筑模塊是對大壩混凝土基礎(chǔ)信息的管理，從編制進度計劃、原材料質(zhì)量檢測、倉面設(shè)計與配料單生成、混凝土生產(chǎn)、纜機運輸、混凝土澆筑及養(yǎng)護等過程的一條龍數(shù)字化管理。（2）倉面設(shè)計模塊是技術(shù)人員按照倉面設(shè)計程序及施工規(guī)劃規(guī)范輸入相關(guān)設(shè)計信息后，系統(tǒng)將自動生成倉面設(shè)計報告、混凝土倉號料流程表等設(shè)計報表，并可隨時對倉面設(shè)計信息進行任意條件組合查詢。（3）盯倉數(shù)據(jù)模塊是倉面澆筑過程中，盯倉人員使用移動終端及時記錄本倉的“開倉”、“收倉”時間及每一坯層澆筑覆蓋時間，倉面人員、設(shè)備資源投入情況等。在澆筑自檢完成后，現(xiàn)場通過施工管理APP移動終端將自檢結(jié)果錄入到系統(tǒng)中，進行混凝土強度評定后及時將評定結(jié)果錄入系統(tǒng)。

2.1.2 模塊使用流程

混凝土從備倉到澆筑等各工序通過施工管理APP進行，通過該系統(tǒng)對工序驗評資料進行錄入，根據(jù)流程提交各級（初檢→復(fù)檢→三檢→監(jiān)理）審核并簽字確定，最后對通過審核簽字的電子資料進行打印。

（1）混凝土澆筑→倉面定義→備倉設(shè)計→倉面設(shè)計編制→提交審核?；炷翝仓跋到y(tǒng)中完成倉面定義、備倉設(shè)計、編制倉面設(shè)計后通過移動客戶端推送至各級質(zhì)檢人員，實時在線完成倉面設(shè)計審核工作后進入現(xiàn)場驗收。（2）混凝土澆筑→現(xiàn)場工序驗收→提交審核→生成表單?，F(xiàn)場倉面工序進入驗收環(huán)節(jié)，各工序驗收通過后通過移動端提交工序驗收表單實時在線審核評定。（3）混凝土澆筑→混凝土要料信息→提交審核→配合比選定。與此同時，推送混凝土生產(chǎn)信息至拌和樓進入預(yù)備狀態(tài)，現(xiàn)場各項工序驗收通過后進入提交審核環(huán)節(jié)。（4）混凝土澆筑→掃描開倉→盯倉記錄→倉面施工參數(shù)采集。通過移動端掃描監(jiān)理二維碼進行開倉澆筑，同時將開倉信息推送至拌和樓，運輸混凝土至倉面澆筑，進行倉面施工參數(shù)采集。（5）混凝土澆筑→盯倉記錄→倉面施工參數(shù)采集。由各級質(zhì)檢、監(jiān)理按流程操作，通過拍照簽字審核，混凝土生產(chǎn)時根據(jù)要料流程逐級審核完成后自動推送至拌和樓。

2.1.3 綜合查詢功能

混凝土澆筑綜合查詢由混凝土生產(chǎn)信息、纜機運行信息、混凝土澆筑信息三大部分組成。（1）綜合查詢→混凝土生產(chǎn)。通過綜合查詢，可了解混凝土生產(chǎn)，運輸，至現(xiàn)場澆筑倉面施工詳情，支持移動端和PC端實時在線查詢。（2）綜合查詢→纜機運行。通過綜合查詢，根據(jù)對纜機每罐料的重量及運行軌跡分析得出每臺纜機循環(huán)次數(shù)及每罐時長，分析出每臺纜機強度，并根據(jù)影響纜機效率因素提高運行強度。（3）綜合查詢→混凝土澆筑。通過綜合查詢，混凝土澆筑階段各項數(shù)據(jù)匯總形成大壩工程日報、混凝土分析、大壩澆筑綜合信息、綜合情況統(tǒng)計分析、間歇控制成果統(tǒng)計、冷卻水管破損情況統(tǒng)計、收倉數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、壩段收倉高程統(tǒng)計、澆筑強度統(tǒng)計、澆筑間歇期統(tǒng)計、坯層覆蓋時間統(tǒng)計分析、當前澆筑綜合情況統(tǒng)計等表格臺賬。

2.2 智能溫控系統(tǒng)

智能溫控系統(tǒng)是采用光纖和數(shù)字溫度計，進行全壩逐倉溫度感知并實時傳輸?shù)牧髁靠刂葡到y(tǒng)[2]。其在白鶴灘大壩全面推廣應(yīng)用，實現(xiàn)多個壩段多個澆筑倉的實時自動測溫和倉內(nèi)通水實時智能控制，最高溫度、降溫速率控制，實現(xiàn)“慢冷卻、早冷卻、小溫差”的實時在線、個性化溫控，實現(xiàn)混凝土澆筑“三期九階段”溫控過程和拱壩接縫灌漿“五區(qū)”溫度梯度控制的平穩(wěn)、連接、精確，確保氣溫驟降、季節(jié)變化、特殊部位等溫度過程和溫度應(yīng)力的全程可控。通過微信方式可實時查詢溫度、流量及預(yù)控曲線設(shè)置情況，根據(jù)顏色區(qū)分可看出通水完成情況、溫控階段等，可查出溫度、間歇期、懸壁高度、張開度、懸壁高度等。

智能溫控通水系統(tǒng)可實現(xiàn)精細化控溫及小溫差冷卻，突破了傳統(tǒng)通水冷卻人工控制方式和簡單型通水控制方式的制約，對大壩混凝土內(nèi)部溫度發(fā)展情況實時掌握，真正實現(xiàn)溫度可知可控。各期目標溫度均達到設(shè)計封拱值，“三期九階段”降溫速率及變化幅度控制符合率均在98.7%以上，最高溫度控制符合率達到97.5%以上。

2.3 澆筑一條龍及智能振搗系統(tǒng)

澆筑一條龍及智能振搗系統(tǒng)通過先進的衛(wèi)星定位及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對拌和樓混凝土生產(chǎn)、運輸?shù)恼麄€過程進行實時監(jiān)測，白鶴灘大壩對7臺平倉機、6臺振搗臂、7臺纜機安裝衛(wèi)星傳感器等監(jiān)控設(shè)備，實現(xiàn)了對4座拌和樓、16臺自卸車實時智能監(jiān)控。

（1）拌和系統(tǒng)。通過拌和樓攪拌運行數(shù)據(jù)實時采集，實現(xiàn)對大壩混凝土拌和物各項數(shù)據(jù)的跟蹤分析，實時發(fā)布預(yù)警預(yù)報。（2）混凝土運輸。在自卸車上安裝集成設(shè)備，在運輸?shù)缆返闹攸c位置（如拌和樓出機口、卸料平臺進出口）設(shè)備標簽，在纜機吊鉤上安裝傳感器，實時監(jiān)測自卸車和纜機的工作位置、轉(zhuǎn)運和卸載等參數(shù)，實時分析運輸過程中運料工況、排隊時間、運輸效率、運行安全等，超出控制指標及時發(fā)送報警，實現(xiàn)智能反饋控制和預(yù)警。（3）智能振搗。智能振搗控制技術(shù)實時智能感知平倉及振搗澆筑控制參數(shù)，分析判斷坯層厚度、覆蓋時間、振搗深度、振搗時長及振搗間距等數(shù)據(jù)，結(jié)合控制參數(shù)發(fā)送預(yù)警，有效避免混凝土漏振、欠振等質(zhì)量問題。

2.4 灌漿系統(tǒng)

灌漿系統(tǒng)實現(xiàn)對灌漿工程的遠程監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)查詢、資料整理等，并可通過任何一臺移動終端實時查看各類數(shù)據(jù)及報表。固結(jié)/帷幕灌漿模塊分為灌漿計劃、灌漿準備、灌漿設(shè)計、施工過程、質(zhì)量管理及綜合查詢六個部分，接縫灌漿模塊分為灌區(qū)設(shè)計、灌前準備、施工過程管理、質(zhì)量管理四個部分。通過對大壩施工期灌漿數(shù)據(jù)進行集中采集、匯總與分析，系統(tǒng)可以生產(chǎn)灌漿孔成果一覽表、灌漿孔分序統(tǒng)計表、綜合統(tǒng)計表、透水率和注入率分析圖、綜合縱剖面圖等;可對灌漿進度、灌漿日進度、物探檢測成果、施工工序日進度、灌漿完成情況進行實時查詢;數(shù)據(jù)記錄及電子資料可以直接形成，避免竣工資料歸檔時缺失。

2.5 四同時結(jié)算系統(tǒng)

四同時結(jié)算系統(tǒng)是“工程施工、工程質(zhì)量驗評合格、工程結(jié)算完成、工程資料歸檔”四同時項目管理方法，通過以白鶴灘BIM模型為支撐，結(jié)算系統(tǒng)會自動檢索該單元工程涉及的所有資料是否齊全，包括過程質(zhì)量驗評資料、過程變更依據(jù)以及后期計算書紙質(zhì)資料等，保證了工程施工資料的完整性和工程結(jié)算的準確性。與傳統(tǒng)模式相比，實現(xiàn)單元工程完工、驗收、清量結(jié)算、資料整編的同步完成，解決工程管理中“難清量難竣工”的管理頑疾，有利于工程結(jié)算、審計和合同驗收。

2.6 試驗檢測系統(tǒng)

試驗檢測系統(tǒng)具有對樣品實施檢測、管控的功能，配備數(shù)據(jù)自動采集、上傳、監(jiān)控設(shè)備，通過綜合管理系統(tǒng)實現(xiàn)對試驗檢測工作的全程監(jiān)管與控制。比如混凝土試塊，通過對樣品信息的錄入并在試塊上放感應(yīng)芯片，通過掃描芯片獲取該試塊信息，試塊到達齡期后系統(tǒng)將自動提醒，防止誤操作，同時在標準養(yǎng)護其間安裝二維碼，試塊入庫、出庫時通過掃描二維碼可獲取該試塊信息、位置等。

3 應(yīng)用意義

智能建造技術(shù)應(yīng)用于施工管理改變了傳統(tǒng)粗放式的管理模式，規(guī)范了施工組織，提升了管理水平。智能建造技術(shù)使工程施工管理不受時空限制，改變了施工現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)數(shù)據(jù)資料與成果整理、竣工資料整理的流程和方式，實現(xiàn)了高效精確的工作理念，從而節(jié)約大量的管理和一線施工人員投入。

智能建造技術(shù)應(yīng)用可實現(xiàn)大壩澆筑全過程的實時、自動、連續(xù)、高精度控制，消除傳統(tǒng)施工監(jiān)管和記錄的盲區(qū)。信息管理系統(tǒng)混凝土澆筑各模塊通過拍照簽字審核，保證資料真實性，規(guī)范資料完整性，避免資料歸檔時缺失問題，從而減少人力和物力，降低施工成本。智能溫控系統(tǒng)應(yīng)用與人工通水相比，控溫過程更平穩(wěn)，數(shù)據(jù)上傳、顯示、通水控制更及時，同時能實現(xiàn)不同倉、不同部位個性化控溫，比起傳統(tǒng)人工控溫，極大降低了工作量，節(jié)約大量人力，能夠?qū)崿F(xiàn)對各倉階段溫度變化所需水量的精準控制，節(jié)約大量水資源。同時建立一套質(zhì)量和進度動態(tài)實時控制及預(yù)警機制，做到大壩施工信息高效集成和監(jiān)控，保證高質(zhì)量、高強度安全施工，實現(xiàn)對大壩內(nèi)部不可見信息的“可知”、“可控”、“可調(diào)”。

智能建造技術(shù)應(yīng)用大大縮短管理鏈條，提高管理效率，使白鶴灘大壩施工管理人員能夠在不同時間、地點隨時掌握工程實施動態(tài)，實時了解工程進展并對施工管理進行指導(dǎo)，能夠使施工過程中形成的各類資料、數(shù)據(jù)實時匯總、統(tǒng)計、分析和利用，減少人工統(tǒng)計、匯總的難度，降低人為誤差，使數(shù)據(jù)成果更精確、可信度更高。

4 結(jié)語

通過白鶴灘智能建造技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崟r對施工過程中的數(shù)據(jù)進行總結(jié)、分析，通過數(shù)據(jù)的總結(jié)、分析實時發(fā)現(xiàn)施工管理過程中存在的問題和不足并提出預(yù)警，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)警信息快速進行糾正、調(diào)整、閉合，使工程施工過程始終處于正?？煽貭顟B(tài)，最終確保工程施工總體目標的實現(xiàn)，該項技術(shù)的應(yīng)用使我們在后續(xù)水電工程施工管理的整體水平得到大幅度提升。

參考文獻

[1] 劉毅，張國新，王繼敏，等.特高拱壩施工期數(shù)字監(jiān)控方法、系統(tǒng)與工程應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2012（3）：33-37.

[2] 李玥，李松輝，張國新.混凝土壩防裂智能監(jiān)控系統(tǒng)及其工程應(yīng)用[J].水利水電技術(shù)，2016（2）：37-41+57.

收稿日期：2020-08-03

作者簡介：高俊鋒（1983—），男，湖北鄂州人，碩士，高級工程師，研究方向：為水電站施工項目管理、智能建造信息化管理等。