智能建造技術在白鶴灘大壩工程施工中的應用

摘? 要：智能建造技術的應用，使白鶴灘大壩施工管理人員能夠在不同時間、地點隨時掌握工程動態，實時了解工程進展，對施工過程中的各項數據進行分析，從而指導現場施工，使工程施工過程始終處于正常受控狀態，最終確保工程施工各項目標的實現。

關鍵詞：智能建造;白鶴灘大壩;施工應用

中圖分類號：TV642.4? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2020）09-0000-00

1 應用背景

智能建造技術基于物聯網和信息化技術，利用先進傳感技術、控制決策支持系統，按照“統一模型平臺接口，數據及時、全面、準確，預警預控為主”的原則，實現施工全過程實時、在線、智能監控，進而達到高質量、高標準、高效率施工要求[1]。為了實現對白鶴灘大壩施工全過程的有效監控與管理，保證工程施工質量和運行期大壩安全，結合工程建設實際，開發應用白鶴灘智能大壩信息管理系統，借助信息化手段，優化施工管理模式，實現對大壩施工過程數據、監測數據、溫控數據和科研成果的收集、整理、集成、展示，達到統一的數據接口、查詢分析與預報警目的，從而為大壩施工過程控制提供可靠數據，實現有效的監控、管理與分析，建設優質工程。

2 應用技術

傳統工程建設管理依賴于管理人員的專業素養及責任，因此效率低、響應慢，難以對工程施工過程進行客觀、實時、全面掌控，無法滿足現代精細化的管理需求。白鶴灘大壩是一座300m級特高拱壩，具有壩高、庫大、壩身泄洪量大的特點，智能大壩信息管理系統對混凝土生產、運輸、平倉、振搗、通水冷卻全過程，以及基礎處理等不同專業，開展精細化實時監控，對影響施工的各種關鍵控制參數進行跟蹤分析與預警，及時提醒施工人員及管理人員采取有效措施。為保證智能建造技術在大壩工程施工中的順利應用，更好調配人力物力資源，保證高效運行，成立專門組織機構開展智能建造技術的具體應用工作，工作業務范圍包括大壩混凝土澆筑、混凝土溫控、基礎灌漿、四同時結算、試驗檢測等功能模塊。

2.1 信息管理系統

混凝土信息管理系統是從大壩倉號準備、倉面設計、備倉設計、盯倉記錄、溫度控制等方面對大壩施工過程中的各項數據進行集中采集、匯總與分析，實現各類報表的自動化分析和匯總。

2.1.1 應用模塊介紹

（1）混凝土澆筑模塊是對大壩混凝土基礎信息的管理，從編制進度計劃、原材料質量檢測、倉面設計與配料單生成、混凝土生產、纜機運輸、混凝土澆筑及養護等過程的一條龍數字化管理。（2）倉面設計模塊是技術人員按照倉面設計程序及施工規劃規范輸入相關設計信息后，系統將自動生成倉面設計報告、混凝土倉號料流程表等設計報表，并可隨時對倉面設計信息進行任意條件組合查詢。（3）盯倉數據模塊是倉面澆筑過程中，盯倉人員使用移動終端及時記錄本倉的“開倉”、“收倉”時間及每一坯層澆筑覆蓋時間，倉面人員、設備資源投入情況等。在澆筑自檢完成后，現場通過施工管理APP移動終端將自檢結果錄入到系統中，進行混凝土強度評定后及時將評定結果錄入系統。

2.1.2 模塊使用流程

混凝土從備倉到澆筑等各工序通過施工管理APP進行，通過該系統對工序驗評資料進行錄入，根據流程提交各級（初檢→復檢→三檢→監理）審核并簽字確定，最后對通過審核簽字的電子資料進行打印。

（1）混凝土澆筑→倉面定義→備倉設計→倉面設計編制→提交審核。混凝土澆筑前系統中完成倉面定義、備倉設計、編制倉面設計后通過移動客戶端推送至各級質檢人員，實時在線完成倉面設計審核工作后進入現場驗收。（2）混凝土澆筑→現場工序驗收→提交審核→生成表單。現場倉面工序進入驗收環節，各工序驗收通過后通過移動端提交工序驗收表單實時在線審核評定。（3）混凝土澆筑→混凝土要料信息→提交審核→配合比選定。與此同時，推送混凝土生產信息至拌和樓進入預備狀態，現場各項工序驗收通過后進入提交審核環節。（4）混凝土澆筑→掃描開倉→盯倉記錄→倉面施工參數采集。通過移動端掃描監理二維碼進行開倉澆筑，同時將開倉信息推送至拌和樓，運輸混凝土至倉面澆筑，進行倉面施工參數采集。（5）混凝土澆筑→盯倉記錄→倉面施工參數采集。由各級質檢、監理按流程操作，通過拍照簽字審核，混凝土生產時根據要料流程逐級審核完成后自動推送至拌和樓。

2.1.3 綜合查詢功能

混凝土澆筑綜合查詢由混凝土生產信息、纜機運行信息、混凝土澆筑信息三大部分組成。（1）綜合查詢→混凝土生產。通過綜合查詢，可了解混凝土生產，運輸，至現場澆筑倉面施工詳情，支持移動端和PC端實時在線查詢。（2）綜合查詢→纜機運行。通過綜合查詢，根據對纜機每罐料的重量及運行軌跡分析得出每臺纜機循環次數及每罐時長，分析出每臺纜機強度，并根據影響纜機效率因素提高運行強度。（3）綜合查詢→混凝土澆筑。通過綜合查詢，混凝土澆筑階段各項數據匯總形成大壩工程日報、混凝土分析、大壩澆筑綜合信息、綜合情況統計分析、間歇控制成果統計、冷卻水管破損情況統計、收倉數據統計與分析、壩段收倉高程統計、澆筑強度統計、澆筑間歇期統計、坯層覆蓋時間統計分析、當前澆筑綜合情況統計等表格臺賬。

2.2 智能溫控系統

智能溫控系統是采用光纖和數字溫度計，進行全壩逐倉溫度感知并實時傳輸的流量控制系統[2]。其在白鶴灘大壩全面推廣應用，實現多個壩段多個澆筑倉的實時自動測溫和倉內通水實時智能控制，最高溫度、降溫速率控制，實現“慢冷卻、早冷卻、小溫差”的實時在線、個性化溫控，實現混凝土澆筑“三期九階段”溫控過程和拱壩接縫灌漿“五區”溫度梯度控制的平穩、連接、精確，確保氣溫驟降、季節變化、特殊部位等溫度過程和溫度應力的全程可控。通過微信方式可實時查詢溫度、流量及預控曲線設置情況，根據顏色區分可看出通水完成情況、溫控階段等，可查出溫度、間歇期、懸壁高度、張開度、懸壁高度等。

智能溫控通水系統可實現精細化控溫及小溫差冷卻，突破了傳統通水冷卻人工控制方式和簡單型通水控制方式的制約，對大壩混凝土內部溫度發展情況實時掌握，真正實現溫度可知可控。各期目標溫度均達到設計封拱值，“三期九階段”降溫速率及變化幅度控制符合率均在98.7%以上，最高溫度控制符合率達到97.5%以上。

2.3 澆筑一條龍及智能振搗系統

澆筑一條龍及智能振搗系統通過先進的衛星定位及物聯網技術對拌和樓混凝土生產、運輸的整個過程進行實時監測，白鶴灘大壩對7臺平倉機、6臺振搗臂、7臺纜機安裝衛星傳感器等監控設備，實現了對4座拌和樓、16臺自卸車實時智能監控。

（1）拌和系統。通過拌和樓攪拌運行數據實時采集，實現對大壩混凝土拌和物各項數據的跟蹤分析，實時發布預警預報。（2）混凝土運輸。在自卸車上安裝集成設備，在運輸道路的重點位置（如拌和樓出機口、卸料平臺進出口）設備標簽，在纜機吊鉤上安裝傳感器，實時監測自卸車和纜機的工作位置、轉運和卸載等參數，實時分析運輸過程中運料工況、排隊時間、運輸效率、運行安全等，超出控制指標及時發送報警，實現智能反饋控制和預警。（3）智能振搗。智能振搗控制技術實時智能感知平倉及振搗澆筑控制參數，分析判斷坯層厚度、覆蓋時間、振搗深度、振搗時長及振搗間距等數據，結合控制參數發送預警，有效避免混凝土漏振、欠振等質量問題。

2.4 灌漿系統

灌漿系統實現對灌漿工程的遠程監控管理、數據查詢、資料整理等，并可通過任何一臺移動終端實時查看各類數據及報表。固結/帷幕灌漿模塊分為灌漿計劃、灌漿準備、灌漿設計、施工過程、質量管理及綜合查詢六個部分，接縫灌漿模塊分為灌區設計、灌前準備、施工過程管理、質量管理四個部分。通過對大壩施工期灌漿數據進行集中采集、匯總與分析，系統可以生產灌漿孔成果一覽表、灌漿孔分序統計表、綜合統計表、透水率和注入率分析圖、綜合縱剖面圖等;可對灌漿進度、灌漿日進度、物探檢測成果、施工工序日進度、灌漿完成情況進行實時查詢;數據記錄及電子資料可以直接形成，避免竣工資料歸檔時缺失。

2.5 四同時結算系統

四同時結算系統是“工程施工、工程質量驗評合格、工程結算完成、工程資料歸檔”四同時項目管理方法，通過以白鶴灘BIM模型為支撐，結算系統會自動檢索該單元工程涉及的所有資料是否齊全，包括過程質量驗評資料、過程變更依據以及后期計算書紙質資料等，保證了工程施工資料的完整性和工程結算的準確性。與傳統模式相比，實現單元工程完工、驗收、清量結算、資料整編的同步完成，解決工程管理中“難清量難竣工”的管理頑疾，有利于工程結算、審計和合同驗收。

2.6 試驗檢測系統

試驗檢測系統具有對樣品實施檢測、管控的功能，配備數據自動采集、上傳、監控設備，通過綜合管理系統實現對試驗檢測工作的全程監管與控制。比如混凝土試塊，通過對樣品信息的錄入并在試塊上放感應芯片，通過掃描芯片獲取該試塊信息，試塊到達齡期后系統將自動提醒，防止誤操作，同時在標準養護其間安裝二維碼，試塊入庫、出庫時通過掃描二維碼可獲取該試塊信息、位置等。

3 應用意義

智能建造技術應用于施工管理改變了傳統粗放式的管理模式，規范了施工組織，提升了管理水平。智能建造技術使工程施工管理不受時空限制，改變了施工現場過程數據采集、生產數據資料與成果整理、竣工資料整理的流程和方式，實現了高效精確的工作理念，從而節約大量的管理和一線施工人員投入。

智能建造技術應用可實現大壩澆筑全過程的實時、自動、連續、高精度控制，消除傳統施工監管和記錄的盲區。信息管理系統混凝土澆筑各模塊通過拍照簽字審核，保證資料真實性，規范資料完整性，避免資料歸檔時缺失問題，從而減少人力和物力，降低施工成本。智能溫控系統應用與人工通水相比，控溫過程更平穩，數據上傳、顯示、通水控制更及時，同時能實現不同倉、不同部位個性化控溫，比起傳統人工控溫，極大降低了工作量，節約大量人力，能夠實現對各倉階段溫度變化所需水量的精準控制，節約大量水資源。同時建立一套質量和進度動態實時控制及預警機制，做到大壩施工信息高效集成和監控，保證高質量、高強度安全施工，實現對大壩內部不可見信息的“可知”、“可控”、“可調”。

智能建造技術應用大大縮短管理鏈條，提高管理效率，使白鶴灘大壩施工管理人員能夠在不同時間、地點隨時掌握工程實施動態，實時了解工程進展并對施工管理進行指導，能夠使施工過程中形成的各類資料、數據實時匯總、統計、分析和利用，減少人工統計、匯總的難度，降低人為誤差，使數據成果更精確、可信度更高。

4 結語

通過白鶴灘智能建造技術的應用，能夠實時對施工過程中的數據進行總結、分析，通過數據的總結、分析實時發現施工管理過程中存在的問題和不足并提出預警，根據系統預警信息快速進行糾正、調整、閉合，使工程施工過程始終處于正常可控狀態，最終確保工程施工總體目標的實現，該項技術的應用使我們在后續水電工程施工管理的整體水平得到大幅度提升。

參考文獻

[1] 劉毅，張國新，王繼敏，等.特高拱壩施工期數字監控方法、系統與工程應用[J].水利水電技術，2012（3）：33-37.

[2] 李玥，李松輝，張國新.混凝土壩防裂智能監控系統及其工程應用[J].水利水電技術，2016（2）：37-41+57.

收稿日期：2020-08-03

作者簡介：高俊鋒（1983—），男，湖北鄂州人，碩士，高級工程師，研究方向：為水電站施工項目管理、智能建造信息化管理等。