本網(wǎng)訊(彭宗衛(wèi) 譚堯升)金沙江溪洛渡水電站建成于2014年，榮獲有國際工程咨詢領(lǐng)域諾貝爾獎之稱的“菲迪克工程項(xiàng)目杰出獎”，這座世界第四大水電站曾經(jīng)被譽(yù)為“世界上最聰明的大壩”。時隔近8年之后，白鶴灘水電站——這座以“無縫大壩”精品工程形象面世的巨型水電工程，與“聰明”的溪洛渡大壩相比，又有什么新的內(nèi)涵呢?
據(jù)水電專家介紹，20年來，經(jīng)過在金沙江下游溪洛渡、烏東德、白鶴灘等水電工程中的不斷創(chuàng)新、探索和實(shí)踐，三峽集團(tuán)在遵循全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時控制、持續(xù)優(yōu)化的閉環(huán)智能建造理論基礎(chǔ)上，形成了覆蓋水電工程建設(shè)全過程的智能建造體系，解決了大型水電工程建設(shè)環(huán)境復(fù)雜、條件變化、資源流動、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換、性態(tài)調(diào)整等技術(shù)與管理挑戰(zhàn)，推動和引領(lǐng)了水電行業(yè)智能建造技術(shù)的發(fā)展。
近日，為系統(tǒng)全面總結(jié)白鶴灘水電站工程智能建造新技術(shù)應(yīng)用成果，推進(jìn)國內(nèi)外大型水電工程建設(shè)與管理，中國三峽集團(tuán)組織張超然、鈕新強(qiáng)、馮夏庭、許唯臨等院士與專家在四川成都召開專題研討會。專家一致認(rèn)為，這是截至目前國內(nèi)大型水電站智能建造涉及內(nèi)容最廣、研究程度最深、應(yīng)用成效最顯著的示范工程，為工程高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與長期安全運(yùn)行提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，代表了水電建設(shè)領(lǐng)域的最高水平，成為行業(yè)標(biāo)桿。
白鶴灘水電站大壩智能建造專題會議現(xiàn)場
本文攝影：劉濤、趙洋、謝雷
一系列現(xiàn)代化新技術(shù)運(yùn)用，使白鶴灘水電站工程施工管控更加縝密，質(zhì)量控制更加精準(zhǔn)，工作效率大幅提升，復(fù)雜環(huán)境下的施工安全得到保障
在白鶴灘大壩建造過程中，埋設(shè)了幾萬支傳感器，如同植入大壩體內(nèi)的“神經(jīng)元”，全面掌握大壩施工進(jìn)度、內(nèi)部溫度、受力狀態(tài)、周邊環(huán)境變化等，可以隨時獲得第一手信息，及時發(fā)現(xiàn)異常變化，迅速進(jìn)行科學(xué)研判，輔助對施工進(jìn)行決策，實(shí)現(xiàn)全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時控制和持續(xù)優(yōu)化決策。
三峽集團(tuán)白鶴灘工程建設(shè)部技術(shù)管理人員表示，即使他們遠(yuǎn)在數(shù)千公里外的北京出差，只要接入平臺端口，隨時可以看見大壩的“頭疼腦熱”。隨著人工智能技術(shù)的運(yùn)用，給混凝土大壩降溫和埋設(shè)水管通水冷卻這些措施，通過清華大學(xué)和三峽集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的智能通水2.0系統(tǒng)，可以實(shí)時在線分析大壩混凝土的溫度和溫差變化，自行運(yùn)算后，動態(tài)自動調(diào)整通水量，讓大壩混凝土保持在“最舒適的換熱過程”。此外，借助“北斗”系統(tǒng)，對工地現(xiàn)場的車輛和大型機(jī)械實(shí)現(xiàn)精確定位管理。
調(diào)研白鶴灘水電站工程，給中國工程院院士、四川大學(xué)常務(wù)副校長許唯臨留下兩個“印象深刻”。一是大壩混凝土澆筑達(dá)到每年270萬立方米，月最高達(dá)到了27.32萬立方米，創(chuàng)造了同類工程壩體混凝土最快速度、最高施工強(qiáng)度紀(jì)錄，并且在這種高強(qiáng)度施工下建成了精品大壩和無縫大壩。二是對大壩智能建造印象深刻，整個白鶴灘水電站工程智能建造項(xiàng)目投入達(dá)1.7億元，工作內(nèi)容覆蓋從施工控制到信息管理，一直到全生命周期的仿真與反饋，真正覆蓋到大壩的全生命周期。
白鶴灘水電站在世界拱壩行業(yè)首開智能建造的先河。智能建造系統(tǒng)是個龐大的系統(tǒng)工程，涉及范圍廣、專業(yè)類型多，白鶴灘智能建造各個研究專題聚焦現(xiàn)場問題，圍繞建設(shè)“無縫大壩”目標(biāo)，充分發(fā)揮了“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同創(chuàng)新的作用，開發(fā)了智能建造管理平臺、智能通水、智能灌漿、智能振搗、性態(tài)仿真等多個系統(tǒng)，充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)和通信技術(shù)作用，解決了以往靠經(jīng)驗(yàn)、靠理論模型進(jìn)行管理和分析的方式，用數(shù)據(jù)來管理驅(qū)動巨型大壩施工建設(shè)，不但項(xiàng)目管理水平和效率顯著提升，而且建成了白鶴灘“無縫大壩”，取得了顯著成就。
白鶴灘水電站智能灌漿系統(tǒng)局部形象
中國工程院院士、東北大學(xué)校長馮夏庭認(rèn)為，特高拱壩施工過程中最重要的挑戰(zhàn)是溫控防裂，白鶴灘水電站工程通過構(gòu)建智能通水控制體系，研發(fā)成套通水裝備，實(shí)現(xiàn)了大壩、水墊塘與二道壩等不同水工結(jié)構(gòu)的溫度全過程智能精準(zhǔn)控制。通過優(yōu)化低熱水泥材料，構(gòu)建大壩性態(tài)仿真體系，開展大壩施工全過程溫度應(yīng)力動態(tài)仿真，不斷優(yōu)化完善溫控防裂方案及措施，建成了“無縫大壩”，標(biāo)志著我國已全面突破水工大體積混凝土溫控防裂技術(shù)，攻克了“無壩不裂”的世界性難題。
馮夏庭說，白鶴灘水電站工程建設(shè)過程和蓄水以來的主體建筑物工作性態(tài)表明，白鶴灘工程開挖揭示的地質(zhì)條件與前期勘察成果高度一致，重大地質(zhì)問題均有預(yù)判，前期勘察工作細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)，大壩及地下洞室群設(shè)計(jì)合理，開挖、支護(hù)、滲控措施有效。智能建造對促進(jìn)精細(xì)管理和提升大壩質(zhì)量的效果顯著。
馮夏庭還表示，下一步除了要做好白鶴灘智能建造各專題的系統(tǒng)總結(jié)與提煉，建議利用好已有的智能建造系統(tǒng)，利用好大量采集的真實(shí)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行充分挖掘分析，發(fā)揮好智能建造的價值，在大壩長期蓄水過程中對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定、庫區(qū)邊坡等進(jìn)行真實(shí)分析，確保白鶴灘大壩和水庫的全生命周期的安全運(yùn)行。他還建議，將已經(jīng)成熟和正在研發(fā)的智能建造技術(shù)、軟件系統(tǒng)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，逐步推廣到我國高海拔地區(qū)的重大基礎(chǔ)工程建設(shè)中去，進(jìn)一步深化智能、低碳、綠色建造的相關(guān)研究工作。
白鶴灘水電站智能建造技術(shù)應(yīng)用，為未來復(fù)雜水電工程和類似的大體積混凝土工程高質(zhì)量建造提供了樣板，推動我國智能建造技術(shù)上了一個新臺階
白鶴灘水電站工程在應(yīng)用光纖溫感智能監(jiān)測、振搗機(jī)器人、沖毛機(jī)器人等方面取得重大突破，以及白鶴灘、烏東德水電站工程在智能建造信息化管理平臺、大壩混凝土澆筑的智能仿真、低熱混凝土材料和澆筑相關(guān)技術(shù)的科研應(yīng)用等方面的重大技術(shù)成果,令中國工程院院士、長江設(shè)計(jì)集團(tuán)董事長鈕新強(qiáng)感到十分欣慰。
鈕新強(qiáng)認(rèn)為，水電智能建造技術(shù)在白鶴灘工程建設(shè)中應(yīng)用范圍最廣、效果最好、研究最深，為未來水電工程和類似的大體積混凝土工程高質(zhì)量建造提供了樣板，推動我國水電智能建造技術(shù)上了一個臺階。
他同時建議，基于白鶴灘、烏東德水電站工程智能建造取得的成果，未來的工程數(shù)字化建設(shè)規(guī)劃要向工程數(shù)字孿生技術(shù)推進(jìn)，從工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造到運(yùn)行階段，發(fā)揮好數(shù)字孿生的支撐作用，把工程智能建造提升到智能管理。
鈕新強(qiáng)認(rèn)為，工程數(shù)字孿生是真正面向工程全生命周期的，是動態(tài)的，甚至是有靈魂的。數(shù)字孿生有兩個關(guān)鍵，一是數(shù)據(jù)感知，二是數(shù)字模型。只有實(shí)現(xiàn)了這兩個方面的突破，才能為工程全過程智能化服務(wù)提供強(qiáng)力支撐。
智能大壩智能監(jiān)控資料圖片
中國工程院院士、三峽集團(tuán)原總工程師張超然表示，白鶴灘水電站工程智能建造的目標(biāo)就是要建成“無縫大壩”和精品工程，現(xiàn)在這兩個目標(biāo)都完全實(shí)現(xiàn)了。水庫正常蓄水后，大壩各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)都在設(shè)計(jì)可控的范圍之內(nèi)。白鶴灘水電站工程智能建造技術(shù)在我國智能大壩建造方面形成了嶄新的體系，提升了整體建造水平，帶動了水電行業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。
張超然建議，白鶴灘水電站工程智能建造的經(jīng)驗(yàn)可以推廣應(yīng)用到更多水電開發(fā)項(xiàng)目中去，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型作出更大貢獻(xiàn)。尤其是全壩采用低熱硅酸鹽水泥，為國家全面驅(qū)動低熱水泥應(yīng)用打開了一條很好的通道。
水電總院副總工程師魏志遠(yuǎn)表示，白鶴灘大壩是建在復(fù)雜地質(zhì)條件、大推力作用下的高拱壩，是一座真正沒有危害性裂縫的大壩。白鶴灘水電站工程建設(shè)完全做到了智能化，整個大壩最高溫度控制在24℃左右，全壩使用低熱水泥，加上智能化溫控和智能通水，實(shí)現(xiàn)了全過程溫度控制，溫降做得特別好，這都是智能建造的突出貢獻(xiàn)。
他說，我國土石壩建設(shè)管理有一個目標(biāo)，就是“壩上的每一方填筑都能找到原始數(shù)據(jù)，甚至是哪一個人填上去的”。白鶴灘的智能建造數(shù)據(jù)是從混凝土拌和樓開始控制，第一倉混凝土從拌和樓出來，馬上就進(jìn)入控制系統(tǒng)。
魏志遠(yuǎn)認(rèn)為，白鶴灘水電站智能建造主要集中在溫控系統(tǒng)、智能通水、大壩性態(tài)控制和性態(tài)檢測等技術(shù)，在此基礎(chǔ)上未來還可以繼續(xù)發(fā)展。
白鶴灘水電站工程智能建造技術(shù)是全面應(yīng)用型的集成，成為新歷史階段的集大成者，把中國大壩建造水平提升到一個更高層次，創(chuàng)造了更新的筑壩技術(shù)，提升了未來大壩建造技術(shù)水平
智能大壩監(jiān)控埋件安裝資料圖片
三峽集團(tuán)原總工程師張為民，曾任華東勘測設(shè)計(jì)研究院院長，曾兼任白鶴灘工程預(yù)可研與可研階段的項(xiàng)目經(jīng)理，直至2011年調(diào)任三峽集團(tuán)總工程師。調(diào)任后他又全程參與了白鶴灘工程籌建與準(zhǔn)備工程以及主體工程的招標(biāo)與建設(shè)初期的工作。他說，白鶴灘水電站工程建設(shè)初期就確立了一個重要目標(biāo)，要充分吸收小灣、溪洛渡、錦屏一期等水電站工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)做法，讓白鶴灘水電站工程成為新歷史階段的集大成者，真正建成中國300米級高拱壩的標(biāo)志性工程。
三峽集團(tuán)原總工程師陳文斌回憶了三峽集團(tuán)智能建造技術(shù)走過的歷程。他說，中國水電建設(shè)經(jīng)歷了從半機(jī)械化到全機(jī)械化，再到三峽工程的半信息化，直到烏東德、白鶴灘水電站工程的全信息化、全智能化建壩技術(shù)進(jìn)步，標(biāo)志著中國筑壩技術(shù)進(jìn)入了一個全新階段。從2014年開始，三峽集團(tuán)參與規(guī)劃整套智能建造系統(tǒng)，如今，當(dāng)初規(guī)劃的工作任務(wù)基本完成，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。智能建造系統(tǒng)代替了很多人工，解決了新時代大量建設(shè)者參與施工如何保證施工質(zhì)量和安全的問題，大量的工程驗(yàn)收和施工組織工作也都是在智能建造系統(tǒng)上完成的。
陳文斌認(rèn)為，白鶴灘水電站工程智能建造技術(shù)有原創(chuàng)、也有集成應(yīng)用，是全面應(yīng)用型集成，它把中國大壩建設(shè)水平提升到一個更高層次，創(chuàng)造了更新的筑壩技術(shù)，提升了未來大壩建造技術(shù)。為什么白鶴灘大壩沒有出現(xiàn)溫度裂縫?因?yàn)閷?shí)時掌握了它每個狀態(tài)的性態(tài)，掌握了從拌和樓到倉面澆筑的每個力學(xué)性能，掌握了澆筑過程中混凝土料的性能。澆筑白鶴灘大壩的混凝土是有生命的，從拌和樓出來到倉面澆筑的過程，智能建造系統(tǒng)對它進(jìn)行全程控制，對混凝土性態(tài)、固體力學(xué)和熱力學(xué)、結(jié)構(gòu)工作性態(tài)分三個階段進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了全面的信息化智能建造。
陳文斌說，目前中國能夠檢測到第一倉混凝土數(shù)據(jù)的大壩工程，只有白鶴灘水電站工程。施工過程中每一個人的簽字、驗(yàn)收，包括混凝土從哪個拌和樓出來，甚至混凝土的配方，都能找到最原始的數(shù)據(jù)。白鶴灘水電站智能建造系統(tǒng)的應(yīng)用，取代了一大批人工，替代了一些傳統(tǒng)工藝流程。過去一些工程現(xiàn)場需要上萬人，現(xiàn)在只有兩三千人。同時，通過智能化管理，白鶴灘工程質(zhì)量安全都控制得很好。
智能建造信息平臺運(yùn)用
全國工程勘察設(shè)計(jì)大師、中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司副總經(jīng)理王仁坤表示，施工安全管理是白鶴灘水電站智能建造的一個重要內(nèi)容。白鶴灘大壩所在地氣候惡劣，地處干熱河谷，夏季最高溫度達(dá)到43℃，地表溫度接近70℃，常年7級以上大風(fēng)天氣達(dá)240天，風(fēng)力最大時達(dá)13級。在高山峽谷里面，在高溫大風(fēng)條件下，多年來總共有3000多萬噸貨物起吊運(yùn)輸，包括混凝土物料的控制、拌和、運(yùn)輸，還有大壩澆筑倉面的均勻上升，基本做到了有序無縫對接，沒出現(xiàn)重大安全事故，都得益于智能建造系統(tǒng)。白鶴灘工程有長達(dá)200多公里的地下洞室群，還有高邊坡開挖，也得益于安全智能管控。
王仁坤認(rèn)為，智能建造的動力來源于提高效能。白鶴灘水電站依靠智能設(shè)備和智能建造，大幅提高了施工效率，既解放了勞動力，也提升了安全質(zhì)量管理水平。白鶴灘水電站智能通水、智能溫控、智能灌漿、智能澆筑的效果都集中體現(xiàn)在混凝土質(zhì)量上，澆筑完成的白鶴灘大壩稱得上是真正的“無縫大壩”。此外，智能裝備是智能建造非常重要的一環(huán)，白鶴灘水電站開發(fā)的智能振搗和沖毛設(shè)備非常有價值，將來應(yīng)該形成產(chǎn)業(yè)化，加以推廣應(yīng)用。
會上，專家還建議在白鶴灘水電站智能建造基礎(chǔ)上，在未來的水電站運(yùn)行維護(hù)中大力應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)，比如大壩特殊部位的檢查、水墊塘抽干檢修等，都可以應(yīng)用一些智能技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)，從大壩建設(shè)到電站運(yùn)維形成一整套完備的智能技術(shù)體系。
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