大壩填筑施工過程數字化信息化控制在老撾南俄3水電站的應用

白云猛 王俊

摘要：通過大壩填筑施工過程數字化信息化控制系統，實現了對大壩填筑碾壓參數的實時監控，有效地提高了大壩填筑施工管理水平，保證了大壩填筑的施工質量、施工進度和施工成本，為項目完美履約創造有利條件，為項目安全運行提供保障。

關鍵詞：數字化；信息化；控制；填筑

1工程概況

本工程是老撾南俄河干流梯級開發的第3級，以發電為主。工程等別為一等大（1）型，主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、引水系統、地面發電廠房、230KV輸電線路組成。水庫正常蓄水位723.00m，相應庫容14.11億m3，電站裝機容量480MW。工程靜態投資12.9億美元，于2015年11月26日正式開工，目前在建。

混凝土面板堆石壩壩頂高程729.5m，最大壩高210m，為世界上已建和在建的混凝土面板堆石壩中第3高壩。壩頂長度518.5m，壩頂寬度8m，上游坡1：1.4，下游綜合坡1：1.5，高程700m、670m、635m、600m、565m設3m寬馬道，高程540m馬道寬6m，馬道間壩坡1：1.4。壩體由上游蓋重區（1B）、上游粉土鋪蓋區（1A）、混凝土防滲面板、墊層區（2A）、墊層小區（2B）、過渡區（3A）、主堆石區（3B）、下游堆石區（3C）、下游護坡（3D）組成，總填筑方量為1204萬m3（不含蓋重料）。

2壩體各部位碾壓要求

通過壩料試驗和現場填筑碾壓試驗確定各區填筑料壓實標準和填筑碾壓參數見表1、表2。

3大壩填筑施工過程數字化信息化控制

3.1采用數字化信息監控的必要性

大壩總填筑量1204萬m3，填筑時段為2018年1月～2019年12月，考慮7月～9月雨季影響，施工時段僅有18個月，月平均填筑強度66.8萬m3/月，月高峰填筑強度103萬m3/月。如果以人工旁站的方法來控制填筑碾壓參數將難以保證壩體填筑質量，對壩體變形控制、面板裂縫預防、大壩滲漏控制等極為不利，亟需一套信息自動化系統代替人工旁站進行大壩填筑質量控制。隨著物聯網、云計算及定位技術的發展，基于國產定位設備、物聯網以及云計算技術的土石壩填筑施工過程實時智能化監控系統能夠利用北斗定位系統對壩料攤鋪厚度、碾壓遍數、碾壓機械振動情況、碾壓速度、壩料壓實情況等方面進行實時監控，實現實時、歷史數據的整理與分析及大壩施工數字化圖形化展示，為大壩填筑碾壓施工過程高效監控管理提供了重要手段。

3.2 數字化信息化控制系統組成

本系統采用北斗高精度導航技術、激振傳感器及無線傳輸網絡對大壩施工過程中的重要施工控制參數及控制方法進行確定，主要建設內容如下：

（1）建立一套基站，為填筑施工區域的碾壓設備的高精度定位提供差分信號。

（2）在大壩填筑碾壓設備上安裝高精度定位設備，實時掌握碾壓設備施工狀態。高精度定位設備主要包括M30接收機、工業平板電腦、振動傳感器、方向傳感器等，以記錄碾壓設備在壩面上的碾壓遍數、振動狀態、行進速度，并形成碾壓軌跡展示示意圖，為駕駛員的操作形成參考和引導。

（3）建立大壩碾壓信息實時傳輸無線網絡，實時傳輸大壩施工過程信息至服務器。利用超大功率的無線傳輸設備，進行碾壓施工過程信息的實時覆蓋，并通過建立三級大功率網橋實現數據實時傳輸，實時進行網上服務器的入庫，保證現場施工的實時智能化監控。

（4）大壩填筑施工實時智能化監控軟件系統的編制與開發。主要包括兩個部分：一是安裝在每臺碾壓設備駕駛室內的平板電腦上供駕駛員使用的系統，為駕駛員的操作提供參考和引導；二是供施工管理人員使用的系統，可以實時了解大壩施工區域內每臺碾壓設備的實時施工狀態，并提供對已施工結束的碾壓數據的查詢與分析。

3.3數字化、信息化應用

結合本工程施工情況，大壩填筑施工過程中數字化信息化控制主要功能有：

（1）工程基本信息整理與展示

根據大壩不同施工單元的劃分與確定，在基礎信息部分中對工程基本信息進行維護，按照單位工程、分部工程、單元工程、施工區工程信息進行整理與維護，利用這些信息對大壩施工過程中采集到的相關數據進行不同區域的整理與分析，為數據管理與質量檢測分析提供最重要的基礎信息。

（2）文件上傳與數據管理

按照工程劃分的結果對采集到的碾壓施工過程數據進行系統管理與分析，并通過不同的大壩分區進行數據查找與查看。對系統中每條數據的開始時間與結束時間及不同的碾壓設備都進行區分，為工程管理人員施工控制提供了重要的資料。在數據文件上傳到系統服務器時，系統會實時分析數據文件，提取重要信息對數據文件歸類進行判別，將數據文件精確地歸到某一個大壩單元中去，便于數據管理與分析。

（3）施工過程實時監控分析

針對施工過程中不同高程壩面進行自動生成平面圖，并在平面圖上對不同部位的樁號及比例尺進行展示，再加載該平面上的碾壓設備及相應的駕駛員實時施工過程信息，以便管理人員對大壩碾壓實時施工過程進行控制與實時調度，保證大壩碾壓施工過程有序、高效。

（4）質量檢測分析

質量檢測分析是大壩施工過程控制系統中最重要的模塊，對一定的施工時間中某施工區域采集到的碾壓數據進行綜合分析，為單元工程質量檢測所進行的挖坑檢驗提供坑位參考，便于單元工程質量檢驗，保證大壩施工質量控制。

（5）施工報表

每一個單元工程施工完成后，可由系統自動生成該單元的施工報表，包括報表信息、檢測點位置等信息以及相關的施工狀態的圖形等內容，為大壩工程施工質量檢驗與評價提供重要的參考與支撐資料。

（6）系統管理

對不同用戶權限、登錄帳號以及密碼等方面進行管理，保證不同用戶能夠在各自的權限內進行數據分析及相關管理功能。另外，還對工程中碾壓施工參數進行了設置，是大壩施工質量分析中重要的評價標準。

（7）施工機械碾壓統計分析

該功能可以進行單臺碾壓機械某段時間內的施工工效統計分析，還可以在該界面的右側功能框內，顯示該臺施工機械的某段時間內的施工形象示意圖，為施工機械管理人員對某設備的統計分析提供了技術手段。

4 數字化信息化實施效果

利用大壩填筑施工過程數字化信息化控制系統主要達到了以下目的：

（1）動態監控碾壓設備運行軌跡、速度、激振力等，顯示在施工數字地圖上；

（2）實時自動計算和統計任意位置的鋪料厚度、碾壓錯距、碾壓遍數、壓實厚度、壓實后高程，顯示在施工數字地圖上；

（3）在每層施工結束后，輸出碾壓質量圖形報表作為填筑質量驗收輔助材料；

（4）在控制中心對大壩填筑碾壓情況進行在線監控，實現遠程和現場“雙監控”。

目前，大壩填筑至600m高程，壩高75m，填筑總方量450萬m3，月高峰強度達到103萬m3，共取樣3030次，各種壩料取樣合格率100%，最小孔隙率達到10.5%，滿足設計要求的孔隙率指標，大大降低了大壩沉降變形，目前最大累計沉降37.7cm，保證了大壩填筑施工質量，為下一步混凝土面板施工防裂創造了有利條件。

5 結論

通過大壩填筑施工過程數字化信息化控制系統，對大壩施工機械的施工狀態進行實時監控，實現了對填筑碾壓參數的實時監控，減少了人員投入，提高了施工效率，有效地提高了大壩填筑施工管理水平，使大壩填筑的施工質量、施工進度和施工成本得到保障，為項目完美履約創造了有利條件，為項目的安全運行提供了保障，同時為以后類似工程施工積累了經驗。

作者簡介：白云猛（1985～），男，四川成都人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作。

（作者單位：中國水利水電第十工程局有限公司）