淺談大型水利水電工程施工智能控制技術應用

劉娟蘭

江西瑞希建設工程有限公司

淺談大型水利水電工程施工智能控制技術應用

劉娟蘭

江西瑞希建設工程有限公司

傳統質量管理依賴于從業人員專業素養與責任，無法滿足精細化控制要求。基于全面感知、真實分析、實時控制的閉環控制的拱壩智能化建設理念，攻克了拱壩智能化建設關鍵技術—智能溫控、智能振搗、數字灌漿；研發了成套裝置和控制系統，突破傳統人工質量粗放管理模式，實現混凝土壩施工過程精細化、個性化控制，并依托工程數據集成模型DIM 以及建設各方業務協同平臺iDam， 通過數據在項目各方間的有效交流， 實現拱壩智能化建設的感知、分析與控制的有效運轉， 為高壩真實工作性態的過程仿真和預測、施工方案的動態優化奠定了基礎， 確保了大壩整體安全。

水電工程；智能溫控；智能振搗；協同工作平臺iDam；大壩全景信息模型DIM

一、研究背景

目前，國內水電工程信息化控制主要集中在土石壩和碾壓混凝土壩，水布埡面板堆石壩、糯扎渡心墻堆石壩、官地碾壓混凝土壩等通過在碾壓施工機械上安裝傳感器感知施工狀態、通過無線通信網絡將施工機械和監控中心連接進行數據交流、通過網絡遠端服務器分析處理實現反饋控制。

雖然物聯移動技術已逐步應用于水利水電工程，但對大體積混凝土通水冷卻和常態混凝土澆筑質量智能控制理論和方法還沒有系統的探討和研究。

二、大體積混凝土智能控制關鍵技術

物聯網技術具有3個顯著的特征：一是全面感知；二是可靠傳遞；三是智能處理。智能化建壩，就是基于物聯網，利用先進的傳感技術、先進的設備技術、先進的控制方法以及先進的決策支持系統，按照“統一模型、平臺和接口，數據準確、全面、及時、共享，直接面向生產需求，重在預測、預報、預警、預控，應用操作簡單、直觀、逼真、智能”的原則，實現大體積混凝土壩施工全過程在線、實時、智能監控，進而實現其高標準、高質量、高速度建設。

⑴大體積混凝土通水冷卻智能控制關鍵技術。將現代控制思想與經典控制原理相結合，設計出具有模糊特性的PID 控制系統。通過通水邊界、溫度和溫度偏差及溫度變化率等計算出應通流量后，把其傳送給控制箱中的控制器，控制器采用PID調節法對調節閥進行控制，穩定控制流量，進而控制混凝土溫度。通水冷卻智能溫度控制平臺管理軟件， 可實時、自動監測大壩混凝土溫度， 通水進出口水溫、流量， 流態等信息， 為不同澆筑倉提供個性化的溫度控制策略， 是實現監測分析一體化的基礎平臺。

⑵大體積混凝土澆筑質量智能控制技術

①混凝土運輸全過程智能監控技術。在側卸車上安裝集成物聯設備， 在運輸道路的重點關注位置設置RFID 標簽，在纜機吊鉤上安裝傳感器，實時監測側卸車和纜機的工作位置、轉運與卸載等參數，實時分析運輸過程中運料屬性、排隊時間、運輸耗時、物料匹配、運行安全、運輸效率等，并通過客戶端實時圖形化顯示、歷史數據查詢、報表輸出等方式完成運輸過程質量的數據實時分析；同時，結合運輸過程關鍵的控制指標，對實時監測到的數據進行智能判斷，發現超出控制指標時發送報警和建議措施，實現智能反饋控制與預警。

②混凝土倉面作業振搗質量智能控制技術。基于物聯網的智能控制終端，實時智能感知平倉、振搗等澆筑質量控制關鍵參數，智能分析判斷坯層厚度、坯層覆蓋時間、振搗深度、振搗時長等，并通過客戶端的實時圖形化顯示、歷史數據查詢、報表輸出等方式實現平倉、振搗的數據分析功能；同時，結合振搗施工關鍵參數的控制指標，對智能感知與分析的數據進行智能判斷，發現超出控制指標，自動發送報警和建議措施，實現智能反饋控制與預警，有效避免了漏振、欠振、過振等混凝土施工質量問題。

⑶基礎處理數字灌漿監控技術。利用先進的無線傳輸、網絡、信息技術，通過具有無線傳輸功能的灌漿自動記錄儀進行數據采集和記錄，利用設在灌漿工程現場施工面的監控中心，接收各施工面的灌漿數據，實時監控灌漿現場，自動檢測記錄儀是否處在在線狀態；實現對大范圍分散施工的集中化監控和實時管理，解決了灌漿工程監理人少監控分散難題，保證了數據安全和工程質量。

三、數據集成模型與智能化協同平臺搭建

⑴數據集成模型-大壩全景信息模型DIM。DIM是智能大壩的數據中心，在全面繼承大壩BIM 設計信息的基礎上，以工程結構物分解(PBS)、結構物(地質)三維模型為核心，工程建造過程中動態集成工程設計信息、施工過程信息、安全監測信息等與大壩工程相關的所有信息，重點實現面向大壩建造過程及工程全生命周期的建筑物綜合信息管理。模型利用參數化增量建模與剖切建模等技術，實現施工期結構模型的動態更新、施工過程信息動態疊加等問題，支持現場數據驅動下的模型同步更新、支持動態形象展現與信息共享、實現物料的實時跟蹤，支持實時的工程量統計與工程質量跟蹤與評價。

⑵智能化建設業務協同工作平臺iDam。平臺(Intelligent Dam Management)，采用企業級分布式應用架構， 基于MS.Net2.0 平臺、可視化VTK 平臺、工業數據接口以及標準數據格式(TICI)等技術構架。業務處理與數據采集層，主要應用手持式數據采集、生產數據自動采集、業務工作流等技術手段，實現操作層的日常業務功能；數據查詢與單據輸出層，主要應用自定義單據組件、動態報表組件、二維圖表及數據輸入輸出接口技術，實現對現場采集的各類原始數據直觀展示與查詢；綜合查詢與分析對比層，應用三維可視化技術、二維圖形、商業智能等技術，實現三維視景交互漫游，動態搜索與查詢各部位的相關計劃、進度、溫度、質量等信息，以及施工方案對比、計劃與進度對比、原材料檢測與試驗符合率與變化趨勢等分析； 關鍵指標評價與預報警層，服務于工程綜合管理與決策，應用數字儀表盤、預報警平臺等技術手段，實現關鍵績效指標的綜合評價與動態展現，以及關鍵技術指標的綜合評價與預報警，并以在線消息、手機短信方式，實現快速反饋、實時控制與問題糾正。

結論

隨著科學技術的發展，筑壩技術得到了不斷進步。大型水電工程建設和運行面臨更加復雜的自然環境和社會環境，需要運用數字化、信息化、智能控制技術，落實精細化管理措施，從而保證施工質量和工程全壽命周期的安全可靠運行。

[1]馬洪琪.等.重大水利水電工程施工實時控制關鍵技術及其工程應用[J].水力發電學報，2011，13(12)：20-27.

[2]鐘桂良，尹習雙，等.高拱壩混凝土運輸過程智能控制技術研究[J].水力發電學報，2015，41(2)：55-58.