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1“數(shù)字化大崗山”工作開展情況

1．1大壩施工管理數(shù)字化

1．1．1安全管理(1)纜機防碰撞系統(tǒng)。大崗山水電站大壩主體工程施工需用混凝土量322萬m3，鋼筋制安量3．5萬t，模板周轉(zhuǎn)量1．5萬t，其他輔助材料4．3萬t。壩體施工的主要吊裝設(shè)備為4臺平移式纜索起重機和4臺塔式起重機等設(shè)備。這些設(shè)備布置在狹窄的施工場地上，工作范圍彼此重疊，為了防止大壩施工現(xiàn)場施工設(shè)備的碰撞，避免由此產(chǎn)生的事故對人員、設(shè)備的傷害及施工進度的影響，大崗山公司于2013年5月開發(fā)建設(shè)完成一套大壩施工設(shè)備防碰撞預警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實時地自動檢測各施工設(shè)備及其相關(guān)部件(如臂架、塔架及吊鉤等)的位置、運動方向和速度，將采集到的信息通過無線網(wǎng)絡傳輸給基站;在基站經(jīng)過防碰撞算法的分析和計算，得到各施工設(shè)備的空間位置(包括臂架、塔架和吊鉤等)及其運動趨勢，若設(shè)備間相互距離過近并存在碰撞的可能時，基站通過無線網(wǎng)絡將相應碰撞信息發(fā)送給相關(guān)設(shè)備;碰撞信息通過安裝在各設(shè)備操作室的工業(yè)用平板電腦實時顯示，提醒可能發(fā)生碰撞設(shè)備的操作人員采取相應措施提前避讓，避免碰撞事故的發(fā)生。大崗山大壩施工設(shè)備防碰撞預警系統(tǒng)自投入運行以來，報警準確及時，系統(tǒng)涵蓋的設(shè)備之間從未發(fā)生過碰撞事件。(2)纜機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。為采用最快捷的方式對纜機設(shè)備進行維護，減少維護時間，縮短故障停機時間，大崗山公司與杭州國電大力機電工程有限公司于2012年4月開發(fā)建設(shè)完成纜機遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡將4臺纜機運行的所有參數(shù)實時傳輸?shù)胶贾輫姶罅C電工程有限公司，工作人員在辦公室就能實時了解4臺纜機的位置、起吊重量、運動方向、速度和電氣等運行狀態(tài)。當發(fā)生電氣系統(tǒng)故障時，系統(tǒng)可通過檢閱故障代碼作出判斷，在系統(tǒng)恢復時直接對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置進行調(diào)整。廠家技術(shù)人員通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)可及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生問題的原因，彌補纜機現(xiàn)場維護專業(yè)技術(shù)力量的不足，通過電話指導將故障設(shè)備的處理方案及時通知現(xiàn)場維護單位，從而極大地縮短設(shè)備維護和故障檢修停機時間，提高了設(shè)備工作效率。1．1．2質(zhì)量管理(1)拱壩施工期溫控決策支持系統(tǒng)。大崗山水電站大壩混凝土標號高，水泥水化熱大。澆筑倉達1700多個，設(shè)計埋設(shè)傳感器2000多支。根據(jù)拱壩的結(jié)構(gòu)要求，橫縫須接縫灌漿，以形成拱圈受力，拱壩溫度控制的難點和重點是控制最高溫升和降至封拱溫度，需要一期冷卻、中期冷卻和二期冷卻3個過程才能降至接縫灌漿溫度。整個溫控過程歷時120d，且日降溫速率都有嚴格的要求，一旦超標極有可能產(chǎn)生溫度裂縫，所以，大壩混凝土溫控工作難度大，工作量大，過程控制風險大。由于傳統(tǒng)的測溫方法采集效率低、數(shù)據(jù)的實時性差、人為干擾因素多，因此無法滿足大崗山水電站精細化的溫控管理需求。拱壩施工期溫控決策支持系統(tǒng)由武漢大學于2011年5月研發(fā)投用。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在數(shù)據(jù)采集中應用數(shù)字化方法，提高數(shù)據(jù)采集的效率、及時性與準確性，避免了傳統(tǒng)作業(yè)方式帶來的弊端。系統(tǒng)中應用的數(shù)字溫度計+數(shù)字溫度采集器+數(shù)字化溫控管理平臺的組合方案，實現(xiàn)了大壩混凝土數(shù)字測溫。該溫控決策支持系統(tǒng)能夠記錄混凝土從生產(chǎn)、入倉、澆筑乃至后期養(yǎng)護全過程中的溫度數(shù)據(jù)，形成每一倉的溫度檢測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括出機口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、最高溫度、環(huán)境溫度等。該決策支持系統(tǒng)能夠展示每組數(shù)據(jù)平均值、最大值和最小值，通過對比標準，計算出合格率，也可以記錄各倉各支溫度計的實時溫度信息，繪制各倉平均溫度變化曲線及單支溫度計變化曲線，還可以記錄每天的氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)，統(tǒng)計每日監(jiān)測次數(shù)、平均溫度、最高與最低氣溫及最大溫差，并在圖表中繪制氣溫曲線，包括日平均溫度曲線和日最大溫差曲線。(2)拌和樓運行監(jiān)控平臺。拌和樓運行監(jiān)控系統(tǒng)由武漢英思科技公司于2013年4月研發(fā)投用。該監(jiān)控系統(tǒng)通過與拌和樓生產(chǎn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，可以實時采集拌和樓生產(chǎn)數(shù)據(jù)和配合比信息，主要內(nèi)容包括:拌和樓編號、生產(chǎn)時間、總方量、使用部位、設(shè)計配合比、生產(chǎn)配合比、操作員等。通過對拌和樓信息的采集，可以實時跟蹤了解每一盤混凝土的拌和生產(chǎn)情況，分析其配合比水平;從拌和設(shè)備的維度分析拌和樓的出力情況;從時間維度分析拌和樓的生產(chǎn)強度(可間接分析出澆筑強度);從施工部位溫度統(tǒng)計混凝土的方量。1．1．3進度管理(1)大壩混凝土澆筑施工進度仿真系統(tǒng)。大崗山大壩混凝土月最高澆筑強度為13．5萬m3，工期緊、施工強度高、制約因素多，譬如，相鄰壩段高差不能超過12m，最大高差不能超過30m，壩段懸臂高度孔口以下部分不能超過60m，孔口以上部分不能超過45m，另外，深孔壩段結(jié)構(gòu)異常復雜，鋼筋制安量非常大，異型結(jié)構(gòu)多，備倉進度慢。為了解決上述施工管理過程中遇到的各種問題，協(xié)調(diào)各個施工部位合理施工，緊密銜接各種工序，保證大壩各壩段連續(xù)、均衡上升，大崗山公司委托天津大學開發(fā)了大壩施工進度仿真系統(tǒng)(DGS－DamSim)，并于2012年6月投入使用。該子系統(tǒng)主要包括九大模塊，即施工參數(shù)模塊、仿真計算模塊、對比分析模塊、圖形顯示模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、實際進度模塊、信息查詢模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊及幫助模塊。該系統(tǒng)支持壩體動態(tài)分層分塊、大壩施工過程動態(tài)跟蹤、實時仿真計算、施工進度預測分析與預警、大壩澆筑進度計劃制訂等功能。結(jié)合“數(shù)字化大崗山”集成平臺，系統(tǒng)可提供大壩基礎(chǔ)定義及現(xiàn)場的實際施工進度數(shù)據(jù)，并依此來綜合仿真分析大壩的施工進度計劃(澆筑、接縫灌漿等)，提供并驗證綜合施工計劃方案，指導長、中、短期施工計劃的制訂。最終將大壩施工進度仿真計劃在系統(tǒng)中予以，為工程管理決策以及施工提供了有力支持。(2)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)由四川能信科技有限公司研發(fā)，已于2012年6月投用。該系統(tǒng)總共布置10個監(jiān)控點位，各監(jiān)控點將監(jiān)控到的圖像信息通過光纖網(wǎng)絡遠程傳入數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后，形成的圖像信息可在辦公室內(nèi)安裝有客戶端的計算機上供有關(guān)人員瀏覽及查詢。

1．2灌漿施工管理數(shù)字化

大崗山水電站基礎(chǔ)灌漿工程中固結(jié)灌漿工程量約22萬m，帷幕灌漿工程量約48萬m，工程量大;河床壩段發(fā)育輝綠巖脈和承壓熱水，地質(zhì)條件復雜，施工難度大，質(zhì)量要求高，管理控制復雜?！皵?shù)字化大崗山”通過搭建大壩基礎(chǔ)灌漿過程管理系統(tǒng)，包括灌漿過程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及灌漿綜合管理平臺，實現(xiàn)了與灌漿施工相關(guān)的勘測、設(shè)計、計劃、施工過程、質(zhì)量與成果的全面管理，提升了灌漿施工的質(zhì)量與進度控制水平。

1．3安全管理數(shù)字化

(1)安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)。安全監(jiān)測綜合查詢系統(tǒng)于2011年1月投入使用。該系統(tǒng)可對安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行規(guī)范的綜合統(tǒng)計、分析和展示，以便相關(guān)工作人員從整體的角度對大壩工程施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行掌控與分析。綜合查詢系統(tǒng)對安全監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行分析、整理后，可在監(jiān)測結(jié)果查詢頁面中以成果曲線圖和統(tǒng)計報表的形式展現(xiàn)出來。通過成果曲線圖，有關(guān)人員可以掌握大壩施工過程中溫度、開合度、應力、應變、位移、穩(wěn)定、滲流、滲壓、裂縫等參數(shù)的變化趨勢。通過安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，各類監(jiān)測埋沒儀器信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)與成果全部進入數(shù)據(jù)庫管理，為監(jiān)測信息的使用和管理提供了有力手段。

2“數(shù)字化大崗山”的工程應用成果

數(shù)字化集成平臺投用后，整合了各個專項系統(tǒng)資源，充分發(fā)揮了作用，實現(xiàn)了安全、質(zhì)量、進度、計量等的全面有效管理。(1)大壩施工溫控管理。目前，大壩混凝土施工期溫控決策支持系統(tǒng)已在業(yè)主、設(shè)計、長江委大崗山大壩工程監(jiān)理部、葛洲壩大壩項目部、中水八局大壩項目部等單位安裝運行，且系統(tǒng)運行正常，每日溫控數(shù)據(jù)按照規(guī)定時限錄入，對已澆筑的1000多倉大壩混凝土，錄入各倉21項關(guān)鍵溫控數(shù)據(jù)共400余萬條，發(fā)送溫控預警短信近2400次，提供各類仿真分析報告360余份?；炷恋臐仓囟群细衤?、最高溫度合格率與日降溫合格率從一開始的不足85%提升到95%以上，有效地防止了大壩危害性裂縫的產(chǎn)生。(2)大壩施工進度管理。大崗山水電站大壩施工總進度仿真計算及年、月度計劃進度編制全部借助大壩施工進度仿真系統(tǒng)進行，編制效率提高了50%以上，編制過程充分考慮了季節(jié)、資源、工序之間的干擾與制約等因素，計劃編制的科學性大大提高，實際澆筑情況與計劃的符合率在90%～110%之間。大崗山水電站大壩工程開工以來，每年均圓滿地完成了上級單位設(shè)定的進度節(jié)點考核目標，這與大壩施工進度仿真系統(tǒng)的開發(fā)與應用密不可分。(3)灌漿管理。固結(jié)灌漿和帷幕灌漿涉及的所有廊道、單元、孔、段的設(shè)計信息及相關(guān)工序記錄及成果全部納入到系統(tǒng)平臺中管理，實現(xiàn)了施工各個工序的實時跟蹤記錄。大崗山公司、監(jiān)理單位可以及時有效地對整個施工過程進行實時監(jiān)控、瀏覽、查詢，實時完成資料匯總、統(tǒng)計、分析、整理和成果輸出，完全滿足竣工資料成果整理的要求，相關(guān)工作量減少80%以上。系統(tǒng)可實時掌握施工過程中出現(xiàn)的異常情況，并通過預警設(shè)置，將灌漿參數(shù)或設(shè)備異常等信息以短信形式發(fā)送至用戶手機，有效降低了過程質(zhì)量風險;統(tǒng)籌管理了灌漿各個過程，包括材料核銷、物探監(jiān)測、灌漿進度及成果的三維形象化展示和成果評審，保證了帷幕灌漿施工的質(zhì)量、進度與計量的準確性。(4)安全監(jiān)測信息管理。截至2014年2月，大崗山水電站工區(qū)安全監(jiān)測工程共安裝監(jiān)測儀器2305支(套)，儀器完好率為96．70%。大崗山公司、安全監(jiān)測中心、監(jiān)理及各監(jiān)測施工單位等可通過安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)對安全監(jiān)測數(shù)據(jù)進行查詢、對比分析、變化趨勢研判、整編匯總、觀測過程線繪制等方面的操作，大幅度提高了工作效率。(5)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在大壩混凝土施工管理中，數(shù)字監(jiān)控圖像信息采集系統(tǒng)可實現(xiàn)澆筑過程的實時監(jiān)控和影像記錄，管理人員通過網(wǎng)絡即可在線了解現(xiàn)場澆筑倉的設(shè)備、人員、材料布置、施工、異常情況，為實時管理提供支持。同時，相關(guān)管理人員可通過數(shù)字化集成平臺進行錄像回放、定時錄像(工程管理員可以設(shè)定時間段對監(jiān)控前端的某個攝像機的圖像進行定時錄制)、備份等操作。通過對視頻錄像的截取以及后期剪輯，為每個倉面的澆筑過程生成一個影像視頻檔案，統(tǒng)一存放，可隨時調(diào)閱，為歷史過程分析提供支持。(6)纜機監(jiān)控系統(tǒng)。纜機監(jiān)控系統(tǒng)包括纜機遠程監(jiān)控系統(tǒng)、纜機防碰撞系統(tǒng)。防碰撞系統(tǒng)通過實時計算出各設(shè)備固定及運動部件(如塔架、臂架和吊罐等)的相互位置關(guān)系，根據(jù)各設(shè)備有可能發(fā)生碰撞的距離，綜合考慮設(shè)備的制動距離和安全裕度，判定是否需要發(fā)出警示及警示的級別，并存儲較長時間內(nèi)的警示指令和位置信息備查，同時提供相應的歷史狀態(tài)回放和事故分析等功能，有效防止安全事故發(fā)生，提高生產(chǎn)效率。遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過無線通訊網(wǎng)絡對纜機進行遠程診斷和監(jiān)控，實現(xiàn)與現(xiàn)場完全同步、實時的圖像效果，可使廠家技術(shù)人員實時了解纜機運行狀態(tài)，當電氣系統(tǒng)發(fā)生故障時可通過檢閱故障代碼作出判斷，通過電話對現(xiàn)場進行指導，一般電氣故障可在10min內(nèi)將問題處理完畢，在系統(tǒng)恢復時可直接對系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置進行調(diào)整，從而極大地縮短設(shè)備維護和故障檢修停機時間。

3結(jié)語

按照中國國電集團公司“精細化、專業(yè)化、標準化、數(shù)字化”的要求和國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司“夯實基礎(chǔ)、彌補短板、打造亮點、創(chuàng)建標桿”的管理提升路徑，充分吸取國內(nèi)大型水電工程數(shù)字化管理方面的先進經(jīng)驗，大崗山水電開發(fā)有限公司建成了大崗山水電站大壩混凝土拌和運行監(jiān)控系統(tǒng)、大壩混凝土溫控仿真決策支持系統(tǒng)、大壩施工進度仿真系統(tǒng)、大壩纜機遠程監(jiān)控系統(tǒng)、大壩纜機運行防碰撞系統(tǒng)、三維可視化攝像系統(tǒng)、灌漿過程實時監(jiān)控系統(tǒng)、大壩施工期安全監(jiān)測系統(tǒng)綜合數(shù)字化集成管理信息平臺，可對大崗山工程建設(shè)進行全方位的數(shù)字化管理，是目前國內(nèi)為數(shù)不多的數(shù)字化管理的先行者。經(jīng)過近2a的運行實踐證明，該系統(tǒng)運行可靠、科學，能很好地服務于工程建設(shè)，為工程建設(shè)順利開展提供了有力的支持。

作者：呂鵬飛盧軍單位：國電大渡河流域水電開發(fā)有限公司