杨 诚

传统的质量管理依赖于从业人员专业素养与责任，从近些年发现的大坝建设中出现的诸如混凝土裂缝、混凝土碾压不密实、灌浆不合格等质量问题时，其中一个很重要的原因就是信息不畅导致措施与管理不到位，信息获取“四不”不及时、不准确、不真实、不系统。三河口水利枢纽大坝为高碾压混凝土双曲拱坝，受技术难度、地质条件及施工技术水平的限制，大坝混凝土碾压、温控、灌浆等施工方面容易出现质量控制盲区。研发并建立全面感知、真实分析、实时控制的大坝智能化监控系统，采用信息化、数字化、智能化手段对施工质量进行全面监控，实现智能温控、数字大坝、数字灌浆等质量管理目标，确保监测、控制与预警信息的及时、准确、真实、系统，以监控管理的智能化促进施工的精细化，从而确保大坝整体安全。

1 水利工程智能化监控系统建立的必要性

三河口水利枢纽大坝为碾压混凝土拱坝，最大坝高141.5 m，正常蓄水位643 m，水库总库容为7.1亿m3；枢纽主要由包括拦河大坝、泄洪放空系统、供水系统和连接洞等组成。如何采取有效的手段确保工程的施工质量一直是工程建设的主要任务。作为我国少见的几个高碾压混凝土拱坝之一，大坝建设过程中将面临如下不利因素：

（1）枢纽地处高山峡谷区，地形、地质条件复杂，水推力大，工程整体防裂要求高、控制难度大；

（2）大坝工程建设规模居国内拟建同类坝型前茅，工程规模大，建设周期长，施工过程受自然环境、结构型式、工艺要求、组织方式以及浇筑机械与建筑材料等诸多因素影响，质量控制难度较大；

（3）左右岸坝肩断层发育，蓄水后坝肩稳定问题突出；

（4）碾压混凝土抗裂能力相对常态混凝土偏弱，尤其是层间结合质量控制难度大，层面防渗、抗裂能力较差；

（5）坝址所在地区，1月多年平均温度为1.2℃，7月多年平均温度为24.2℃，年温差大，温控条件较恶劣，防裂难度明显大于同类已建工程。

上述不利因素给工程建设的施工质量管理带来重大挑战。如何实现对大坝混凝土施工质量的有效监控，确保大坝现场施工质量的有效评价，对现场各种可能发生的风险事故预防与预警显得尤为重要。通过研发并建立智能化监控系统，实现对大坝建设施工质量温度控制、碾压质量、浇筑信息、灌浆和变形监测等信息的智能采集、统一集成、实时分析与智能监控，可有效确保大坝施工质量。

2 水利工程智能化监控系统的设计

三河口水利枢纽施工期智能化监控系统是由项目法人结合工程实际设计开发的一套智能化监控系统，进行辅助质量管理，其核心是在一个智能化控制管理平台下，以BIM图形信息为纽带，统一协调6个施工质量管理子系统以及包含了人员车辆定位、施工安全视频监控、施工进度仿真管理等4个其他子系统。6个子系统包括大坝混凝土温度智能监控管理、大坝混凝土碾压质量监控管理、混凝土加浆振捣监控管理、大坝施工质量综合监控管理、灌浆质量自动化监控管理、大坝坝踵变形自动化监测管理，框架见图1。

图1 三河口水利枢纽施工期智能化监控系统框图

2.1 大坝混凝土温度智能监控管理

结合三河口水利枢纽工程的特点及大体积混凝土温控防裂要求，建立三河口水利枢纽工程碾压混凝土拱坝施工期温控防裂智能监控系统。该系统应运用自动化监测技术、GPS定位技术、无线传输技术、网络与数据库技术、信息挖掘技术、数值仿真技术、自动控制技术，实现温控信息实时采集、温控信息实时传输、温控信息自动管理、温控信息自动评价、温度应力自动分析、开裂风险实时预警、温控防裂实时反馈控制。子系统功能划分见图2。

图2 混凝土防裂动态智能温控系统框图

2.2 大坝混凝土碾压质量监控管理

通过在碾压车辆上安装集成高精度的GPS接收机的监测设备装置，基于GPS、GPRS和PDA技术，实现了碾压遍数、碾压轨迹、行车速度、激振力、压实厚度等碾压参数的全过程、在线实时监控，采用适合于连续碾压质量控制要求的压实质量实时评估指标值，动态监测和评估大坝压实效果，并根据坝料压实情况，自适应的调整碾压机械运行特征，实现远程监控和反馈指导施工。子系统功能划分见图3。

图3 碾压质量监控管理系统框图

2.3 混凝土加浆振捣监控管理

为有效监控加浆振捣质量，研发完成混凝土振捣加浆监控系统，实现对混凝土振捣位置、加浆量、加浆浓度等智能监控，该系统运用自动化监测技术、GPS定位技术、无线传输技术、网络与数据库技术、信息挖掘技术、数值仿真技术、自动控制技术开发完成综合评价子系统数据，逐层生成图形报告与数据报表。根据需求分析，子系统功能划分见图4。

图4 混凝土振捣加浆智能控制系统框图

2.4 大坝施工质量综合监控管理

结合三河口水利枢纽工程的特点及混凝土施工质量要求，建立三河口水利枢纽工程碾压混凝土拱坝施工期混凝土施工质量管理系统，实现以施工单元（浇筑仓）为核心的大坝建设过程中重要业务数据的监控与采集、实时分析、反馈与共享，通过数字化的方式实现混凝土试验检测、仓面设计、开仓计划、配合比等施工流程的电子化管理，提供直观、人性的业务界面，数据采集全部依托日常业务开展，相关的成果全部通过系统自动生成。子系统功能划分见图5。

图5 大坝施工质量综合监控管理系统框图

2.5 灌浆质量自动化监控管理

灌浆管理信息系统是以电子信息技术、数据库技术、无线网络技术为基础，形成所需要的数据库系统，具有现场数据收集，数据远程传输，数据融合分析一体化功能，为设计管理、施工过程管理、质量管理到成果管理在内的施工全生命周期的灌浆监控系统，提供数据支撑。它的应用能提高工程管理人员在灌浆管理过程中的实时性和成工作效率，及时发现灌浆过程中出现的异常情况，从而提高灌浆工程质量管理水平。子系统功能划分见图6。

2.6 大坝坝踵变形自动化监测管理

为了弥补传统监测方式的不足，解决施工期变形漏测问题，开发完成施工期大坝变形智能监测系统，实时捕捉施工期坝体的变形，获取第一手资料，为后期大坝工作动态分析提供依据。项目主要内容为施工期变形自动监测系统，包括变形监测信息实时自动采集与存储模块、海量变形数据实时传输、变形风险实时预警、坝踵变形监测系统。子系统功能划分见图7。

图7 大坝坝踵变形自动监测系统框图

3 结论

通过本项目的建设，实现了对大坝建设全过程混凝土浇筑信息、碾压质量、温度控制和变形监测等信息的智能采集、统一集成、实时分析与智能监控。

（1）实现海量施工质量等各类监控数据的自动获取，确保数据的“实时、有效、准确和完整”，有效地解决现场监控模式的四不问题（不及时、不准确、不真实、不系统）；

（2）实现混凝土大坝施工的自动管理与评价，确保混凝土施工全过程的可知、可控、可调，达到防止危害性裂缝发生的目的；

（3）实现混凝土施工全环节的智能化监控，提高工程管理效率，为施工质量提供可靠保障；

（4）为现场应急决策提供可操作、可展示的智能化监控平台，实现施工现场各类资料的直观展现，为建设决策提供依据；

（5）为工程的资料管理和验收提供数字化档案服务。

系统的全方位应用还将实现水利工程的创新化管理，既为打造优质精品样板工程提供有力保障，又为枢纽工程的安全鉴定、竣工验收以及今后的长期运行安全管理提供支撑平台。目前该系统已成为项目法人实施质量智能化管理不可或缺的好帮手。

目前正是三河口水利枢纽大坝建设的高峰期，由于系统刚投入使用，系统运行、人员培训、报告报表等相关工作仍需进一步补充、完善，后续更好地服务于工程质量管理。