刘娟兰

江西瑞希建设工程有限公司

浅谈大型水利水电工程施工智能控制技术应用

刘娟兰

江西瑞希建设工程有限公司

传统质量管理依赖于从业人员专业素养与责任，无法满足精细化控制要求。基于全面感知、真实分析、实时控制的闭环控制的拱坝智能化建设理念，攻克了拱坝智能化建设关键技术—智能温控、智能振捣、数字灌浆；研发了成套装置和控制系统，突破传统人工质量粗放管理模式，实现混凝土坝施工过程精细化、个性化控制，并依托工程数据集成模型DIM 以及建设各方业务协同平台iDam， 通过数据在项目各方间的有效交流， 实现拱坝智能化建设的感知、分析与控制的有效运转， 为高坝真实工作性态的过程仿真和预测、施工方案的动态优化奠定了基础， 确保了大坝整体安全。

水电工程；智能温控；智能振捣；协同工作平台iDam；大坝全景信息模型DIM

一、研究背景

目前，国内水电工程信息化控制主要集中在土石坝和碾压混凝土坝，水布垭面板堆石坝、糯扎渡心墙堆石坝、官地碾压混凝土坝等通过在碾压施工机械上安装传感器感知施工状态、通过无线通信网络将施工机械和监控中心连接进行数据交流、通过网络远端服务器分析处理实现反馈控制。

虽然物联移动技术已逐步应用于水利水电工程，但对大体积混凝土通水冷却和常态混凝土浇筑质量智能控制理论和方法还没有系统的探讨和研究。

二、大体积混凝土智能控制关键技术

物联网技术具有3个显著的特征：一是全面感知；二是可靠传递；三是智能处理。智能化建坝，就是基于物联网，利用先进的传感技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统，按照“统一模型、平台和接口，数据准确、全面、及时、共享，直接面向生产需求，重在预测、预报、预警、预控，应用操作简单、直观、逼真、智能”的原则，实现大体积混凝土坝施工全过程在线、实时、智能监控，进而实现其高标准、高质量、高速度建设。

⑴大体积混凝土通水冷却智能控制关键技术。将现代控制思想与经典控制原理相结合，设计出具有模糊特性的PID 控制系统。通过通水边界、温度和温度偏差及温度变化率等计算出应通流量后，把其传送给控制箱中的控制器，控制器采用PID调节法对调节阀进行控制，稳定控制流量，进而控制混凝土温度。通水冷却智能温度控制平台管理软件， 可实时、自动监测大坝混凝土温度， 通水进出口水温、流量， 流态等信息， 为不同浇筑仓提供个性化的温度控制策略， 是实现监测分析一体化的基础平台。

⑵大体积混凝土浇筑质量智能控制技术

①混凝土运输全过程智能监控技术。在侧卸车上安装集成物联设备， 在运输道路的重点关注位置设置RFID 标签，在缆机吊钩上安装传感器，实时监测侧卸车和缆机的工作位置、转运与卸载等参数，实时分析运输过程中运料属性、排队时间、运输耗时、物料匹配、运行安全、运输效率等，并通过客户端实时图形化显示、历史数据查询、报表输出等方式完成运输过程质量的数据实时分析；同时，结合运输过程关键的控制指标，对实时监测到的数据进行智能判断，发现超出控制指标时发送报警和建议措施，实现智能反馈控制与预警。

②混凝土仓面作业振捣质量智能控制技术。基于物联网的智能控制终端，实时智能感知平仓、振捣等浇筑质量控制关键参数，智能分析判断坯层厚度、坯层覆盖时间、振捣深度、振捣时长等，并通过客户端的实时图形化显示、历史数据查询、报表输出等方式实现平仓、振捣的数据分析功能；同时，结合振捣施工关键参数的控制指标，对智能感知与分析的数据进行智能判断，发现超出控制指标，自动发送报警和建议措施，实现智能反馈控制与预警，有效避免了漏振、欠振、过振等混凝土施工质量问题。

⑶基础处理数字灌浆监控技术。利用先进的无线传输、网络、信息技术，通过具有无线传输功能的灌浆自动记录仪进行数据采集和记录，利用设在灌浆工程现场施工面的监控中心，接收各施工面的灌浆数据，实时监控灌浆现场，自动检测记录仪是否处在在线状态；实现对大范围分散施工的集中化监控和实时管理，解决了灌浆工程监理人少监控分散难题，保证了数据安全和工程质量。

三、数据集成模型与智能化协同平台搭建

⑴数据集成模型-大坝全景信息模型DIM。DIM是智能大坝的数据中心，在全面继承大坝BIM 设计信息的基础上，以工程结构物分解(PBS)、结构物(地质)三维模型为核心，工程建造过程中动态集成工程设计信息、施工过程信息、安全监测信息等与大坝工程相关的所有信息，重点实现面向大坝建造过程及工程全生命周期的建筑物综合信息管理。模型利用参数化增量建模与剖切建模等技术，实现施工期结构模型的动态更新、施工过程信息动态叠加等问题，支持现场数据驱动下的模型同步更新、支持动态形象展现与信息共享、实现物料的实时跟踪，支持实时的工程量统计与工程质量跟踪与评价。

⑵智能化建设业务协同工作平台iDam。平台(Intelligent Dam Management)，采用企业级分布式应用架构， 基于MS.Net2.0 平台、可视化VTK 平台、工业数据接口以及标准数据格式(TICI)等技术构架。业务处理与数据采集层，主要应用手持式数据采集、生产数据自动采集、业务工作流等技术手段，实现操作层的日常业务功能；数据查询与单据输出层，主要应用自定义单据组件、动态报表组件、二维图表及数据输入输出接口技术，实现对现场采集的各类原始数据直观展示与查询；综合查询与分析对比层，应用三维可视化技术、二维图形、商业智能等技术，实现三维视景交互漫游，动态搜索与查询各部位的相关计划、进度、温度、质量等信息，以及施工方案对比、计划与进度对比、原材料检测与试验符合率与变化趋势等分析； 关键指标评价与预报警层，服务于工程综合管理与决策，应用数字仪表盘、预报警平台等技术手段，实现关键绩效指标的综合评价与动态展现，以及关键技术指标的综合评价与预报警，并以在线消息、手机短信方式，实现快速反馈、实时控制与问题纠正。

结论

随着科学技术的发展，筑坝技术得到了不断进步。大型水电工程建设和运行面临更加复杂的自然环境和社会环境，需要运用数字化、信息化、智能控制技术，落实精细化管理措施，从而保证施工质量和工程全寿命周期的安全可靠运行。

[1]马洪琪.等.重大水利水电工程施工实时控制关键技术及其工程应用[J].水力发电学报，2011，13(12)：20-27.

[2]钟桂良，尹习双，等.高拱坝混凝土运输过程智能控制技术研究[J].水力发电学报，2015，41(2)：55-58.