光明网：世界上“最聪明”的大坝

——溪洛渡拱坝智能化建设开创水电建设新纪元

  光明网（记者 温源 通讯员 王连生 邬昆 杨宁）在奔流不息的金沙江畔，一座宏伟的大坝巍然屹立在峡谷之中，它不仅仅是一座钢筋混凝土铸就的庞然大物，而是被人们誉为一个充满活力的“生命体”，他就是溪洛渡“智能大坝”。
  溪洛渡水电站工程是继三峡之后，我国第二、世界第三大水电站工程，也是世界已建成的三座300米级特高双曲拱坝之一，大坝坝高285.5米。
  2009年3月27日，溪洛渡大坝开始浇筑第一仓混凝土，2014年3月6日，溪洛渡拱坝坝体全线浇筑到610米设计高程，9月28日，溪洛渡水电站顺利蓄水至600米最高水位，电站开始全面发挥其防洪、发电和改善下游航运条件等巨大的社会、经济效益。
  溪洛渡水电站，位于四川省雷波县和云南省永善县的金沙江下游峡谷河段。溪洛渡大坝工程具有窄河谷、高拱坝、大泄量等特点。地震设防标准、坝身泄洪流量及泄洪功率位居世界特高拱坝之首，综合技术难度最大。
  为解决这一世界难题，三峡集团牵头组织的科研团队，将业主、设计、科研、监理、生产紧密集成，攻克了拱坝智能化建设关键技术，解决了拱坝在设计、实施、初期运行阶段的关键技术问题，实现了大体积混凝土浇筑质量、温控的精细、个性化、智能控制，确保了溪洛渡大坝的安全高效建设，开创了我国智能高拱坝建设的先河。
  迎难而上 不辱历史使命
  溪洛渡双曲拱坝是中国三峡集团建设的第一座拱坝，尽管三峡人在三峡工程建设中创造了辉煌的业绩，但在如此复杂的特高拱坝的建设领域，三峡人仍将面临着技术、管理和经验欠缺的挑战。
溪洛渡挡水大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程610米，最大坝高285.5米，坝顶弧线长681.51米，拱冠顶厚14米，底厚64.04米，是300米级特高拱坝，坝高排名世界第三，为特高薄拱坝。
  拱坝与重力坝不同，重力坝主要是依靠自身重量支撑着上游水面的压力，而拱坝是利用拱面向两岸山体传递能量，支撑上游水面的压力。因此，拱坝特别是高拱坝的结构、受力情况极为复杂，整个施工过程中，坝体的受力状况都在不断调整。这些特点，给拱坝的施工质量控制带来巨大的挑战，拱坝也被认为是水工界结构最复杂的建筑物。
  结合绿色环保理念，溪洛渡大坝是世界上唯一全坝粗骨料采取了地下洞室开挖料的特高拱坝，混凝土本体材料抗裂特性偏弱，而且河床水文地质条件极为复杂。施工期面临着“混凝土温控防裂、河床坝段弱卸荷下限岩体基础处理、扩大基础坝体结构整体安全和工程安全度汛”等关键技术难题。
面对困难，中国三峡集团提出了创拱坝精品，树西部典范的奋斗目标。由中国三峡集团牵头，联合成勘院、水电八局、二滩国际、英思公司以及水科院、清华大学、三峡大学等组成的科研团队，进行了溪洛渡拱坝智能化建设关键技术的科研创新。为了保证工程的质量、保证施工与运行期的大坝的绝对安全，科研团队提出了溪洛渡“数字大坝”建设，开发了溪洛渡拱坝施工过程监测与分析信息系统，借助信息化手段与数字技术、优化施工管理模式，实现了大体积混凝土浇筑质量，温度的精细、个性、智能控制。
  科技创新 引领技术变革
  溪洛渡双曲拱坝是空间壳体结构，受力复杂，质量要求高，施工难度大，传统的数据记录和分析管理方法，不利于现场实时掌控和快速反应。
  溪洛渡“数字大坝”建设初期，系统的主要功能是以采集和分析为主，以控制为辅；建设中期，开始注重信息监测和控制的结合；到了后期，在自动采集的基础上，开发了以智能控制为主的多项系统，包括混凝土无线测温系统、混凝土智能通水冷却控制系统、混凝土智能振捣监控系统、人员安全保障管理系统等，初步实现了“数字大坝”向“智能大坝”的跨越，从而形成了“大坝智能化建设管理系统平台”（iDam）。这就像是给大坝装上智能大脑，使施工中的大坝能够实现智能温控、智能振捣和智能灌浆等。
  “iDam”是一个集网络、硬件、软件、项目合同各方和专家团队为一体的综合性人机交互系统，需要在坝体内埋设成千上万只温度计、多点位移计、应力计等监测仪器；需要研发混凝土施工、温度控制、仿真分析、预警预控等14个功能模块；除此之外，还需要布置一个庞大的覆盖全坝的信息网络。这些设备敷设就像人体的毛细血管和神经系统，将触角伸向坝体的各个部位，从混凝土内部温度感知和实时自动计算、分析和比较，实现了“最高温度、降温速率、异常温度“的预报、预警与智能温度控制。
  “iDam”作为一个开放的信息管理平台，具有较强的兼容性，为国内水利水电工程科研攻关和创新提供了一个良好的基础平台。在施工过程中，通过混凝土浇筑、温度管理、灌浆、金结等模块，系统建立了一个统一的施工过程综合数据采集与分析平台，可以结合各个施工任务的特点与管理要求，有针对性地实现数据采集、管理与分析功能。同时，将各个工序的成果进行集成分析与应用。该系统覆盖了溪洛渡大坝施工的全部范围，为溪洛渡工程精细化施工提供了重要保证。
  总体而言，平台实现了三个方面的创新：一是首次创建了拱坝智能化建设理论，攻克了拱坝智能化建设关键技术，研发了成套装备及控制系统。二是建立了特高拱坝施工进度与真实工作性态的耦合仿真分析模型与方法，实现了全坝、全过程实时工作性态的动态可控。三是首次创建了大坝全景信息模型，研发了拱坝智能化建设与运行信息化平台，实现拱坝智能化建设的感知、分析与控制的有效运转。
  实时监控 提升质量空间
  溪洛渡“iDam”在拱坝建设过程中，有效解决了系统集成与应用、数据采集与传输、综合查询与统一图形平台、智能控制等关键技术。通过覆盖拱坝施工各专业、各环节的精细化管理模块，基于及时、真实、准确、全面、有效和预见性的施工数据，为落实各项施工管理措施、促进精细化施工管理提供了可能。
  在混凝土浇筑过程中，为了实现有效的数据采集，系统通过建立施工区的无线网络覆盖、采用专用数据采集设备，实现了移动式的数据采集模式。大量来自施工一线的数据，特别是混凝土生产、运输、浇筑、硬化工程中的温度控制等相关数据，在现场测量、采集后，可迅速反馈至后方生产管理部门，以便及时分析、处置。
  溪洛渡拱坝施工场面规模宏大，全线共分31个坝段，各类生产数据量大，内容繁杂。按照传统的数据录入模式，不仅费时费力，还存在数据准确性低、及时性差等问题。为有效地进行采集数据，系统针对各类数据的特点，实现了多模式的数据采集手段。其中，混凝土拌和楼的生产数据、缆机运输数据等，都已经实现了自动采集和导入，减少了误差率，保证了数据采集的准确性与及时性。在浇筑现场，有大量数据还需要采用传统方法进行人工测量，利用该系统的现场手持式数据采集设备，可以大幅提高人工测量的工作效率。
  溪洛渡大坝混凝土浇筑，实现了从原材料到拌和楼，到车辆和缆机吊罐运输，再到仓面振捣、温控等全过程的数据集成掌控，这在国内外水电建设史上是史无先例的。这些海量的监测数据不仅保证了工程施工的顺利进行，还能在今后的大坝运行过程中继续发挥重要的作用。
  拥有强大的海量数据采集能力，只是溪洛渡“iDam”功能之一。如何将现场传回的各类数据，通过汇总、仿真分析、预报预警、智能控制、及时展示有用信息以及实现综合查询，为施工决策提供详实可靠的依据，才是该系统的核心。
  “iDam”的数据查询与分析模式，解决了繁杂的数据采集、统计和分析工作。同时，真实的现场生产数据以及全部第一手资料均可在第一时间从系统中获取并及时准确地反馈到管理层，使得各级管理人员能迅速、准确地掌握到第一手数据资料，及时了解现场生产情况，并为决策层提供准确、及时的数据和辅助分析。该系统在溪洛渡大坝施工管理过程中发挥了巨大的作用，大大减轻了施工和监理人员的日常工作压力，为管理工作带来了便利，赢得了参建各方的广泛好评。
  坚守奉献  铸就拱坝精品
  溪洛渡“iDam”的建设，不仅开创了我国智能高坝建设的先河，为今后大坝工程建设积累了经验，同时，为业主、设计、监理、施工及科研团队培养了一批专业技术人才。
  溪洛渡大坝工程自2006年6月坝肩槽正式开挖，到2014年3月6日，大坝坝体全线浇筑至610米设计高程，历时八年，溪洛渡工程建设者走出了一条不断探索、创新之路。他们跨越挑战、稳扎稳打、一步一个脚印，面对前所未有的困难，他们如临深渊、如履薄冰。
  按照中国三峡集团“创拱坝精品 树西部典范”的目标要求，溪洛渡工程建设者以科学、严谨、求实的工作作风不断的开拓创新。
  在坝肩槽开挖工程中，创造了“建基面”开挖的精品工程，开挖质量达到世界领先水平，受到了质量检查专家组和建基面验收专家组的高度肯定，并获得“中国岩石力学与工程学会科学技术”一等奖和“中国工程爆破协会科技进步”特等奖。
  2007年，在金沙江截流过程中，面临着“大流量、高流速、大落差、吃水深”等水力学指标均为世界前列的挑战。时任大坝项目部副主任周绍武，带领设计、施工和监理单位进行了缜密的现场查验和试验。在综合国内外大江截流相关经验的基础上，结合实际研究，他们创新性的提出了“上挑分流、下挑压脚、交叉挑脚、中间跟进”的方法，实现了安全、高效、有序截流的目标，该项目的创新获得中国电力科学技术一等奖。
  “数字大坝智能管理系统”的研发和应用，不仅提高了溪洛渡工程建设质量，还有效地控制了工程建设成本，仅大坝冷却用水一项就节约3000多万方，节约投资约5000多万元。
  成绩的背后，是溪洛渡筑坝人的忘我工作、顽强拼搏。拼命三郎杨宁，参加工作以来从未回家过年，每年都主动要求留守工地；清华博士邬昆，在孩子出生后，便将母亲接到工地长期帮助照料；青年员工汪红宇，在爱人生孩子时，都没能陪伴在身边，这样的故事很多、很多……。只有这么一群专心致志人的付出，才能成就一个伟大的工程。洛渡特高拱坝顺利完建，培养了一批专业技术人才，提高了我国在水电建设领域的核心竞争力。正如陆佑楣院士所说：拱坝建设是真正培养工程师的地方。
  两坝同筑 逐梦金沙水电
  溪洛渡“iDam”以混凝土浇筑、温控和基础灌浆为核心解决施工智能控制，基于物联网技术和大数据分析技术等展开系统研究，使高拱坝建造过程的管理具备数字化、信息化和智能化的“神经系统”，实现高拱坝施工的智能管控。从而实现了时刻知晓大坝的身体状态，真实把握大坝建设的脉搏。
  该系统的开发和应用，为溪洛渡大坝混凝土浇筑质量控制提供了新的手段，提高了现场混凝土施工质量和温控水平，确保了溪洛渡工程质量、进度和安全。同时，探索出一套先进的施工管理手段。代表了世界水工界最复杂建筑物管理的最高水平。
  溪洛渡拱坝共浇筑680万立方米的混凝土未发现温度裂缝、常态混凝土取芯20.59米的世界纪录。工程院院士谭靖夷评价说：“溪洛渡大坝是我所见到的国内最好的大坝，是坝工建设的艺术品”。
该成果经鉴定委员会认为：“是混凝土拱坝筑坝技术的重大创新，居于国际领先水平”。两院院士潘家铮曾说：“溪洛渡工程建立了一套科学的、现代化的管理体系，特别是质量保证体系。这套体系使科研、设计、施工、监理在业主的统筹下分工负责，充分利用科技成果，采用新型测量仪器和设备，进行现代化、信息化的数据采集和处理，建立仿真模型，使整个工程的进展和质量完全在控，使我国高拱坝的施工管理水平又上了一个台阶。”中国工程院陈厚群、郑守仁等院士专家，向国务院提交的调研报告认为：溪洛渡开创了我国智能高拱坝建设的先河；潘家铮、马洪琪、张楚汉、张超然等院士专家，对本成果予以高度肯定和评价；国际大坝委员会名誉主席Luis Berga教授认为，溪洛渡拱坝智能化建设已居世界领先地位。
  目前，围绕“iDam”建设，相关成果已获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步特等奖2项、一等奖1项，国家级工法1项、省部级工法4项，授权发明专利12项、实用新型专利18项、软件著作权17项，发表学术论文215篇。
  溪洛渡水电站工程不仅实现实体大坝和“数字大坝”同筑，实现了创拱坝精品，树西部典范的目标，同时也提高了我国水电工程的核心竞争力。目前，“智能大坝”被“国家自然基金委”和“中国科学院”十三五学科发展战略规划，确定为未来5年优先发展领域，已在向家坝、白鹤滩、乌东德、藏木等工程应用推广，“大坝智能化建设管理系统平台”开创了水电事业的新纪元。

发布日期：2016年04月13日