大體積混凝土智能溫控系統的研發及應用

王新剛,楊潤來,陳智軍

(1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第一工程有限公司,天津 300456)

大體積混凝土結構由于尺寸大、導熱系數低，膠凝材料水化放出的熱量難以很快散失，內部升溫會很高，從而引起結構變形和開裂，這是大體積混凝土結構區別于一般混凝土結構的典型特征[1]。因此，在大體積混凝土施工過程中必須對混凝土內部溫度進行監測，并結合溫控指標對溫度變化進行控制，從而達到降低混凝土溫度應力、避免或減少開裂的目的。

在新的歷史時期，從精神層面上來說，難以否認的是當代中國馬克思主義大眾化發展離不開紅色文化的支撐。這就是紅色文化的產生和發展所帶來的不同之處，原因就在于歷史背景存在較大差異，馬克思主義大眾化理論的發展和創新也就意味著紅色文化的發展。馬克思主義在當代中國的普及，尊重人的主體地位,強調人的能動性和主動性，這些反映在紅色文化的意識形態中。“馬克思主義在當代中國的普及強調國際視野。學習并傳播當代中國馬克思主義,要求黨既要有中國力量，又要有長遠的世界眼光” [7]，紅色文化逐漸趨于國際化的發展道路，在作用上，被賦予了新的時代特征的紅色文化在推動著當代中國馬克思主主義大眾化的歷史進程。

目前，國內大多數混凝土溫度監測儀器設備能實現按預設的時間間隔自動讀取并記錄溫度數據。但這些溫度數據還是要靠人工結合溫控指標來進行分析判斷，再指導施工現場采取相應的溫控技術措施。人工方法分析判斷溫度數據的方法對于一些體積不很大、溫度數據也不太多的大體積混凝土工程是可行的，但對于一些特大型工程，比如港珠澳大橋[2]、深中通道等，需要分析的溫度數據的量會很大，若溫度數據再由人工來分析判斷，可能造成數據分析不全面、不及時，還有可能因人為因素造成對溫度數據的誤判，給裂縫控制帶來不可預見的風險。因此，有必要研發一套大體積混凝土智能溫控系統，來實現混凝土溫度數據的自動讀取，并結合溫控指標自動分析判斷，然后自動發出信息提示施工現場應采取的溫控技術措施以及對冷卻循環水的自動控制。

針對第三次熔頂，進行了各種檢測，排除了熔頂的其它因素，認為熔頂是因為活塞環與缸套拉缸造成的。而活塞缸套組件經檢測均合格；活塞與缸套的裝配間隙也在標準范圍之內。那么問題應該出現在活塞環的裝配間隙上，所以對活塞環的各種裝配間隙進行了分析。

大體積混凝土智能溫控系統主要包括：現場溫度信息實時顯示、溫控技術措施提示、冷卻循環水智能控制3個部分。

1 大體積混凝土智能溫控系統組成

2)根據溫控指標分別控制各冷卻水管。冷卻水智能控制程序模塊根據預設的溫控指標，對云服務器中混凝土各溫度監測點的溫度數據進行實時分析判斷，對于超過溫控指標的溫度監測點所在位置的冷卻水管發出電磁閥關閉指令。例如，某溫度監測點對應的冷卻水循環由小電磁閥Ka1和Kb1控制，當該溫度超過溫控指示時，冷卻水智能控制程序模塊對電磁閥控制器發出指令，關閉小電磁閥Ka1和Kb1，實現該測溫點位置停止通冷卻水。

1.1 現場溫度數據自動采集

1)冷卻循環水的定時自動改變水流方向。為了使混凝土內部溫度下降較為均衡，須定期改變冷卻循環水流動方向。時間間隔根據冷卻水管的布置形式、冷卻水流速及每組冷卻循環水管長度等因素綜合確定。在實際工程中也可根據監測到的混凝土內部溫度下降情況改變冷卻水流向的時間間隔。本系統中，冷卻水自動控制程序模塊按照設定時間定期向電磁閥控制器發出指令，當主水管電磁閥K1、K3開啟，K2、K4閉合，實現如圖4所示冷卻水流動方向；當電磁閥K2、K4開啟，K1、K3閉合，冷卻水流動方向與圖4所示相反。系統工作原理如圖5所示。

深圳—中山跨江通道西人工島島上段主線隧道暗埋段，結構總長175 m，結構寬46.00～58.96 m，共分為4段，即CW1～CW4。采用C45混凝土。其中暗埋段CW1寬度為46.00～47.26 m，長60 m，高度為10.8 m，底板厚度為1.5 m，頂板厚度為1.6 m，側墻厚度為1.4 m，中墻厚度為0.8 m。CW1在長度上分4段進行澆筑施工，即CW1-1～CW1-4，長度分別為：16、15、15和14 m。立面上分兩步進行澆筑，CW1截面及分步澆筑如圖6所示。

圖1 大體積混凝土電腦測溫無線通訊系統

Gray clustering evaluation of university engineering survey laboratory safety management based on COWA

1.2 現場溫度信息實時顯示

由圖2可知，在大體積混凝土結構施工過程中，各項溫度信息實時顯示在頁面中，一目了然、省時省力，避免了人工讀取、分析溫度監測數據產生的各種誤差。另外，還可以在頁面中大體積混凝土結構三維立體模型上點擊任何一個溫度監測點，來查看該溫度監測點的坐標、歷史溫度數據及溫度隨時間變化曲線。

圖2 大體積混凝土智能溫控系統溫度數據實時顯示

在大體積混凝土智能溫控系統中，通過編制現場溫度信息實時顯示程序模塊，實現對云服務器中混凝土各溫度監測點溫度數據的檢索、分析、處理，并將各溫度監測點溫度指標實時顯示在系統頁面中。混凝土結構整體溫度顯示信息主要有現場環境溫度、混凝土澆筑溫度、冷卻水進口和出口溫度。混凝土結構各溫度監測點顯示的溫度信息主要有混凝土內部最高溫度、混凝土表面溫度、混凝土內表溫差、混凝土表面與環境溫差、混凝土與冷卻水最大溫差、降溫速率共6個溫度指示，如圖2所示。

1.3 溫度預警及溫控技術措施提示

通過編制溫度預警及溫控技術措施提示程序模塊，并預先設定溫度控制指標[5]，對云服務器中混凝土各溫度監測點溫度數據進行檢索、分析、判斷，對于超出溫控指標的溫度監測點發出預警信息，并提示應采取的溫度控制技術措施，如圖3所示。可以看到，預警及溫控措施提示信息簡單明了，具有較好的提示作用。混凝土溫控指標及超標后應采取的溫控技術措施如表1所示。

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測溫系統工作原理：無線采集器將各個溫度傳感器的溫度數據進行采集，由無線數據中繼器匯總，然后發射至Internet，儲存到云服務器中，溫度數據可以在聯網的電腦或手機客戶端實時查看。

圖3 預警及溫控措施提示信息

表1 溫控指標及溫控技術措施提示信息

1.4 冷卻循環水智能控制系統

通過編制冷卻循環水自動控制系統程序模塊，對電磁閥門控制器發出指令實現對冷卻水電磁閥門的控制。冷卻循環水智能控制系統主要包括如下功能：

現場溫度數據自動采集采用無線通訊系統，由溫度傳感器、無線采集器、無線中繼配器和數據傳輸單元(DTU)組成，如圖1所示。每個無線采集器可同時連接1～8個溫度傳感器，傳感器分辨率為0.1 ℃。

圖4 冷卻水循環系統

圖5 系統工作原理

智能溫控系統軟件采用python 3.6.0[3]、java 16.0_10[4]、vs 2010等語言編寫，硬件采用陣列服務器實現多任務、多線程、多用戶功能。

2 大體積混凝土智能溫控系統的工程應用

2.1 工程概況

科技是第一生產力這個論斷，同樣適用于高校的食品衛生安全管理。飲食總公司分別對食堂進行了“明廚亮灶”和“視頻門禁”兩個專項建設。其中，學校通過兩期的“明廚亮灶”建設，共投入121萬元，在12個樓面食堂共安裝286個紅外攝像頭，實現了對2萬多平方米的食堂所有加工區域進行全方位、全時段的實時監控，而且所有視頻匯集到總公司中心監控室。而通過“視頻門禁”建設，總公司對學校所有食堂的后廚出入通道實現全面刷卡管理。通過這種升級管理手段的辦法，師生們對食堂生產加工安全方面的疑慮減少了，總公司對食堂食品安全生產內控的能力增強了。

圖6 CW1截面及分步澆筑(單位： m)

2.2 溫度監測點布置

暗埋段CW1為對稱結構，混凝土從兩側向中間同時開始澆筑，因此只須在左側底板、側墻、中墻及頂板布置溫度監測點即可，右側參考左側溫度值。CW1-1～CW1-4每段分別布置24個溫度監測點，每個監測點沿混凝土厚度方向布置4個溫度傳感器[6]。

2.3 冷卻水管布置

根據施工組織設計，首先進行暗埋段CW1-1的澆筑施工，隨后施工CW1-3。在暗埋段CW1-1和CW1-3均須在底板、側墻、中墻及頂板厚度一半位置布置一層冷卻水管，間距0.8 m，每個冷卻水管循環長度不超過150 m，CW1-1和CW1-3均設置19組冷卻水循環。CW1-1冷卻水為人工手動控制。CW1-3將各溫度監測點與各組冷卻循環水的對應關系輸入大體積混凝土智能溫控系統，自動控制冷卻水。CW1-3冷卻水管自動控制系統實物如圖7所示。

圖7 CW1-3冷卻水管自動控制系統

2.4 應用效果

深中通道西島暗埋段CW1-1于2019年5月24日開始澆筑施工，CW1-3于5月31日開始澆筑施工。CW1-1采用傳統的人工方法進行溫度控制，CW1-3采用大體積混凝土智能溫控系統。在CW1-3施工過程中，智能溫控系統提示信息如圖2、3所示，冷卻水控制準確、及時、高效。實踐結果表明，CW1-1拆模后在墻體中部出現一條較長的裂縫，而CW1-3僅有少量細小裂縫，控裂效果明顯優于CW1-1。

3 結論

1)大體積混凝土智能溫控系統將各項溫度指標實時顯示在網頁，對于超過溫度指標控制值的點能夠自動提示相應溫控技術措施，同時還能根據溫度變化情況自動調節冷卻循環水，大大提高了溫控效率。

2)大體積混凝土智能溫控系統的研發與應用有效避免了由人工進行溫控的各種弊端和不足，提高了裂縫控制的工作效率，是大體積混凝土溫控技術發展的方向。