猴子巖智慧工程建設的探索與成效

鄭 正 勤

(國電大渡河猴子巖水電建設有限公司，四川 康定 626005)

1 智慧工程的理論創新與組織架構

2014年初，國電大渡河流域水電開發有限公司總經理涂揚舉首先提出了智慧企業的理論體系。智慧企業是站在企業整體的角度，強化物聯網建設、深化大數據挖掘、推進管理變革創新，將先進信息技術、工業技術和管理技術深度融合，實現企業全要素的數字化感知、網絡化傳輸、大數據處理和智能化應用，從而使企業呈現出風險識別自動化、決策管理智能化、糾偏升級自主化的柔性組織形態和新型管理模式。

智慧企業的建設目標是企業實現自動預判、自主決策、自我演進。自動預判，即風險識別自動化，通過建設完整的網絡體系，做到大感知、大傳輸、大存儲、大計算、大分析，從而實現對各類風險全過程的自動識別、判定及預警。自主決策，即決策管理智能化，通過在企業建立數據驅動的“單元腦”“專業腦”和“決策腦”等，形成多腦協同和系統聯動，使企業整體具有人工智能的特點，以實現企業決策管理全面智能。自我演進，即糾偏升級自主化，通過各類歷史數據和決策模型的不斷累積，使企業具備自主學習功能，實現自我評估、自我糾偏、自我提升、自我引領。

智慧企業組織架構是“一中樞、多中心、四單元”；智慧工程即是智慧企業四大主業務單元之一，它以全生命周期管理、全方位風險預判、全要素智能調控為目標，將信息技術與工程管理深度融合，通過打造工程數據中心、工程管控平臺和決策指揮平臺，實現以數據驅動的自動感知、自動預判、自主決策的柔性組織形態和新型工程管理模式。

2 猴子巖工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，是大渡河干流水電規劃調整“三庫22級”的第9個梯級電站，上游為丹巴水電站，下游為長河壩水電站。猴子巖工程開發任務是發電。壩址控制流域面積54 036 km2，占全流域面積的69.8%，多年平均流量為774 m3/s。水庫正常蓄水位1 842.00 m，相應庫容6.62億m3，校核洪水位1 845.41 m，相應總庫容7.06億m3，死 水 位1 802.00 m，調節庫容3.87億m3，具有季調節性能。電站安裝4臺單機容量425 MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量1 700 MW，單獨運行多年平均年發電量70.15億kWh。

電站主要樞紐建筑物由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水發電系統等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，最大壩高223.50 m。右岸布置有1條溢洪洞和1條泄洪放空洞，左岸布置有1條深孔泄洪洞和1條非常泄洪洞(由1#導流洞改建)。右岸首部式地下廠房采用“單機單管”引水及“兩機一室一洞”尾水布置型式。

工程于2011年11月通過國家發改委核準，同期，大壩工程和引水發電系統開工。2013年4月，大壩基坑開挖完成；2013年6月，壩基處理完成，壩體開始填筑；2014年3月，地下廠房開挖完成；2014年4月，首臺4#機組開始混凝土澆筑；2015年12月，大壩填筑完成；2016年6月，地下廠房發電機層以下混凝土澆筑完成；2016年11月，導流洞下閘，水庫開始蓄水；2017年1月，首臺4#機組投產發電；2017年11月，水庫蓄水至正常蓄水位，末臺1#機組完成72h試運行。

3 智慧工程建設探索及成效

猴子巖工程是深窄河谷、深厚覆蓋層、高地震烈度區的一等大(Ⅰ)型水電工程，樞紐建筑物有深窄河谷、深厚覆蓋層上在建世界第二高混凝土面板堆石壩，有高地應力深埋地下廠房洞室群。開工之初，猴子巖公司就探索將信息技術與工程管理深度融合，試圖打造工程數據中心、工程管控平臺和決策指揮平臺，以實現以數據驅動的自動感知、自動預判、自主決策的工程管理模式。

3.1 大壩填筑GPS質量監控系統

3.1.1 建設目的

為了適應猴子巖面板堆石壩填筑工程工期緊、施工強度大等特點，同時保證對大壩填筑過程實時、高效、精細化的管理，建立了猴子巖堆石壩填筑碾壓過程實時監控系統。實現了對大壩壩面碾壓包括碾壓遍數、行車速度、激振力等參數的有效監控，并建立了實時控制和預警機制。

3.1.2 系統功能

猴子巖面板堆石壩填筑碾壓實時監控系統主要功能如下：

(1)動態監測施工作業面碾壓機械運行軌跡、速度、振動狀態和碾壓高程，并在壩體施工數字地圖上可視化顯示。

(2)實時自動計算和統計施工作業面各位置的碾壓遍數、壓實厚度等，并在壩體施工數字地圖上可視化顯示，同時在駕駛室監控終端上實時顯示。

(3)當碾壓機械運行超速，以及振動狀態不達標時，系統自動給車輛司機、現場監理和施工人員發送報警信息，并在現場監理分控站PC監控終端上醒目提示，同時把該報警信息寫入施工異常數據庫備查。

(4)在每單元施工結束后，輸出碾壓質量圖形報表，包括碾壓軌跡圖、碾壓遍數圖、壓實厚度圖和碾壓高程圖等，作為質量驗收的輔助材料。

(5)可在總控中心和現場分控站對大壩填筑碾壓情況進行監控，實現遠程、現場“雙監控”。

猴子巖面板堆石壩施工現場信息PDA采集系統主要功能如下：

圖1 猴子巖面板堆石壩建設信息管理系統結構

(1)現場試驗數據(如試坑試驗)與現場照片圖片的PDA采集與編輯，包括整個施工期內的所有試坑信息。

(2)現場采集數據通過PDA無線傳輸至系統中心數據庫，實現庫中數據的有效管理與網絡共享；對于相對固定的數據信息(如試驗室試驗數據)也可通過IE客戶端輸入，PDA主要采集施工過程中的臨時變動數據。

3.1.3 應用成效

大壩填筑GPS質量監控系統的應用，克服了猴子巖深窄河谷定位精度和信號覆蓋差的技術難題，實現了準確監控大壩填筑碾壓機械行進速度、振動狀態、碾壓軌跡、碾壓遍數、倉面高程及厚度等施工情況，有效保證了大壩填筑質量。同時減輕了施工期人工監控強度，節約人工監控成本約50萬元。截至2018年5月底，壩體最大沉降為1 274.2 mm，占壩高的0.57%，大壩填筑質量優良。

3.2 滑坡體動態監控及預警系統

3.2.1 建設目的

為了實時掌控猴子巖庫區開頂滑坡體變形動態，做到危險狀況下提前預警，保障滑坡體下方省道S211通行安全，建立了猴子巖開頂滑坡體動態監控及預警系統。

3.2.2 系統功能

猴子巖開頂滑坡體三維智慧信息平臺主要完成了變形體三維實景建模，裂縫、孤石、道路、房屋、TP點及GNGG監測點等關鍵信息的疊加，主要功能如下：

(1)能夠實時查看變形體各個監測點的各個方向的監測數據、庫區水位、附近降雨量。

(2)更加立體、直觀地觀察變形體的三維影像，能快速對山體任一點的三維坐標、任一坡面的山體坡度及高程進行查詢。

圖2 猴子巖開頂滑坡體監測數據查詢

猴子巖開頂滑坡體微芯樁實時監測預警系統有別于傳統的外觀監測，微芯樁實時監測預警系統基于高精度態勢感知智能傳感物聯網，主動監測工程安全參數的細微變化，分析工程安全狀態及演變趨勢，通過云平臺及移動互聯網推送實時信息及安全警示。該系統主要包含微芯樁傳感器、一桿式采集測站等硬件部分和云平臺、手機客戶端等軟件部分。針對變形體，可實現位移監測、傾斜、振動、監控照片等實時主動觀測，可通過手機客戶端實時對監測數據及警示信息進行查看。同時，該系統還具備如下功能：

(1)全天候24小時監測：對邊坡危巖塊體的傾斜角度、坡體的振動實現全天候24小時的在線監測，實時掌握邊坡整體安全狀態

(2)雙重分級預警：數據異常時，系統會觸發相應的兩級報警機制，第一時間以手機APP、短信等形式通知用戶。

(3)提供參考依據：存儲監測數據，為今后同類工程設計、施工提供類比依據。

(4)縮減監測成本：大幅降低監測成本，且提高檢測頻率(1小時/次)和安全冗余。

圖3 猴子巖開頂滑坡體微芯樁實時監測預警平臺

3.2.3 應用成效

2018年2月5日，微芯樁所測傾斜值日變化量逐漸增大趨勢明顯，開頂滑坡部分測點日變形量超過50 mm。按照專項應急預案要求，猴子巖公司發出危險預警并立即啟動了應急預警響應，避免了多次坍塌帶來的損失。

2018年3月15日，現場排危施工造成局部垮塌，微芯樁主動感知危險前兆，實時發送避險預警信息，及時引導垮塌范圍內作業人員迅速撤離到安全區域，在所有人員撤離3分鐘后，頂部危石滾落，被砸落變形的3號微芯樁在后臺顯示仍處于正常工作狀態，并持續發出預警。

截至2018年5月底，微芯樁實時監測預警系統主動發出黃色預警提示和紅色預警提示累計1 000余次，為滑坡排危施工及時發出避險警報并成功引導避險6次。

3.3 混凝土生產智能調度系統

3.3.1 建設目的

2013年以來，猴子巖大壩、引水發電系統、泄洪系統等主體工程相繼進入混凝土澆筑高峰，各標段混凝土需求疊加，2015年5月最大月供應強度87 500 m3，超出拌和系統80 000 m3/ m的設計生產能力達9.4%；2014年8月至2016年1月的平均月供應強度達61 700 m3/m。同時，混凝土原材料因主、輔供廠家多，導致原材料品種增多，膠凝材料多達6種，外加劑多達4種，膠凝材料與外加劑組合多達14種，導致混凝土施工配合比眾多。

鑒于主體工程混凝土澆筑高峰疊加、混凝土供應強度高、品種多的嚴峻形勢，為確?；炷辽a、供應環節高效、準確、有序，保障混凝土供應質量和混凝土澆筑進度，建立了猴子巖工程混凝土生產智能調度系統。

3.3.2 系統功能

猴子巖工程混凝土生產智能調度系統主要功能如下：

(1)利用ZigBee無線通信技術、RFID無線射頻技術和IEEE 802.15無線網絡技術等，實現了有限場地、集中并行布置條件下混凝土運輸車輛、調度室、拌和樓配料系統三者之間聯合控制，有效保證了同一時段、不同標段、不同部位、不同品種

混凝土供應的準確性和供應效率。

(2)利用Sql Server2000數據庫開發技術，實現了數以千種的混凝土配比數據的綜合查詢、遠程訪問、分布式存取、備份和處理。

(3)通過LED屏幕顯示、語音播放及硬盤錄像機功能，擴展了車輛智能調度系統的交互能力，有效提高了車輛司機、拌和樓控制系統以及調度室調度人員之間的協調性，從而提高了混凝土生產供應環節質量的可靠性，使拌和系統的運行真正實現生產管理自動化。

3.3.3 應用成效

猴子巖工程混凝土生產智能調度系統實現了混凝土高峰供應強度達到設計供應能力的109.4%，保證了供應環節的高效、準確、有序，同時保證了混凝土供應質量和混凝土澆筑進度。

4 結 語

猴子巖水電站首臺4#機組已于2017年1月投產發電，末臺1#機組已于2017年11月完成72h試運行，目前樞紐建筑物已完建，并經過2017年一個完整蓄水期檢驗，各樞紐建筑物運行正常。下一步，猴子巖公司將在大渡河公司智慧企業組織架構下，在電站反恐設計、水庫調度、檢修等方面，把猴子巖水電站向智慧電廠縱深推進，真正實現設備智能巡檢、故障精準排查、系統協同聯動的目標。