获奖情况:水力发电科技进步特等奖(2014年度)
任务来源: 中国水利水电科学研究院重点专项
华能西藏发电有限公司
水电水利规划设计总院
起止时间:2011年6月~2013年12月
完成单位:中国长江三峡集团公司、清华大学、中国水利水电科学研究院、三峡大学、武汉英思工程科技有限公司、中国水电顾问集团成都勘测设计研究院、中国水利水电第八工程局有限公司、二滩国际工程咨询有限责任公司
主要完成人:
主要研究内容:
本课题针对溪洛渡特高拱坝建设的特点和难点,围绕300m级无裂缝拱坝建设目标,开展了“产学研用”相结合的一系列技术攻关,结合工程实践,研发了一整套智能拱坝建设新技术,主要内容包括:
(1)大坝全景信息模型(DIM)与智能拱坝建设信息化平台(IDAM)
主要包括:首次提出了特高(300m级)拱坝全生命周期信息模型(DIM),DIM与实体大坝同步演进,实现了大坝设计成果的全面继承、施工过程的数字化管理及运营期的信息追溯;首次建立了以DIM为基础的信息化平台(IDAM),实现了DIM信息在业主、设计、施工、监理及科研单位之间的共享与有序流动。
(2)大坝施工全过程综合信息感知与实时监控技术
主要包括:建立了以数字测温与光纤测温相结合的混凝土温度无线检测体系,首次实现了逐仓全过程全坝混凝土温度自动、实时观测,解决了人工读数测温数据不及时、不全面、不准确以及数据分析工作量巨大等问题;开发了现场质检(盯仓)数据无线实时采集智能手机系统,首次实现施工信息多媒体实时获取;建立了以光纤传输、WiFi无线覆盖、3G+ZigBee等通讯技术为基础的全专业综合性数据实时传输系统,确保拱坝数据采集高稳定性与现场高适用性。
(3)基于海量数据的大坝智能化(仿真)分析关键技术
主要包括:基于数据挖掘技术和DIM中的海量数据,针对溪洛渡特高拱坝温度应力、工作性态和进度控制,通过全坝全过程仿真分析研究,实现了高可靠度施工分析优化,实现了仿真分析向事前预测、事中控制、事后反馈的转变;首次解释了拱坝横缝增开机理,提出了横缝增开判定与控制方法,制定了应对方案并成功付诸实践;开展了现场全级配混凝土试件断裂性能试验研究,分析了全级配混凝土断裂性能的影响规律及尺寸效应。
(4)大坝-基础质量关键智能控制技术
主要包括:首次提出并建立了大体积混凝土混凝土振捣智能监控系统,实现了特高拱坝混凝土振捣施工过程实时在线监控与分析预警,形成了大坝混凝土振捣施工质量智能监控评价方法及预报警流程;首次研制了通水冷却智能控制系统,结合逐仓全过程全坝测温技术,实现了逐仓智能通水精准控制;首次将网络化管理技术引入到灌浆记录仪领域,研制了灌浆记录仪实时在线智能监测系统,改变机组旁站的单机、单线监测方式,实现了多机、集中监测和灌浆过程控制全面自动化、数字化。
主要创新点:
(1)首次提出特高拱坝全生命周期的大坝全景信息模型(Dam Information Model,DIM),基于该模型建立了服务于大坝设计、施工、监理、科研、管理的智能拱坝建设信息化平台(Intelligent Dam/Data Analysis/Act Manage/Monitor,IDAM)。
(2)基于物联网技术、工业组态技术、无线传输技术,研发了水工无线数字光纤测温、手持式数字测温、智能盯仓、灌浆数据实时采集等感知技术,实现了全坝、全专业、全生命周期的智能状态监测。
(3)基于实际海量数据和仿真分析预测模型,通过全坝全过程仿真,建立了高可靠度施工分析优化技术,实现了特高拱坝建设事前预测、事中控制、事后反馈;首次提出了拱坝横缝增开机理与控制方法,开展了现场全级配混凝土试件断裂性能试验研究,为大坝裂缝生成机理研究提供了技术支撑。
(4)首次研发了混凝土振捣智能监控系统、通水冷却智能控制系统和基础智能灌浆系统,实现了溪洛渡大坝混凝土浇筑、温控和基础灌浆的智能控制。
工程应用情况:
本项目应用计算机技术、无线网络技术、手持式数据采集技术、数字传感技术(物联网),建立为工程建设服务的综合数字化平台。本项目的平台在国内是首次大面积的在施工过程中进行施工监测与分析管理应用。它不仅涵盖了大体积混凝土浇筑工艺过程、温度控制过程、灌浆过程管理、原材料生产过程、主体施工配套设备调配等主要工艺过程的数据采集;提供了关键生产设备自控系统的数据发布与调用;还实现了生产数据在各参见各方间的有控制的共享与流动。为施工过程管理提供了有价值的、有持续发展能力的一种信息化应用工具。
从2008年10月18日,LA-II-1大坝置换块首仓混凝土浇筑开始,大坝每一仓的混凝土施工全过程(原材料/生产/运输/浇筑)均在系统中管理。实现了浇筑过程的全面进度与质量监控。实现了对重点的施工设备(如:缆机、拌合楼等)进行全面监控,监控并分析其出力情况,优化施工组织过程。实现对大坝混凝土温控标准、温控措施与成果的全面管理,应用预报警平台及数字测温装置,实现了个性化、精细化的温控数据管理平台,为高拱坝的温控管理提供有效的手段。固结、帷幕灌浆管理实现对每个单元、每个孔(段)的设计、施工过程与成果的全面管理,特别是灌浆过程的实时监控,实现对灌浆进度、质量的全方位管理与成果综合输出,集成工程地质管理,实现工程信息的综合分析。通过集成安全监测与仿真分析,建立了数值模型、监测模型两套体系,实现了理论分析与现场施工的全方位整合,实现PDCA,指导施工过程。
截止到2013年6月13日,系统注册用户572人,常用用户414人,累计用户登录次数:315656次。系统使用的单位包括:三峡集团公司溪洛渡工程建设部、成都勘测设计研究院、二滩国际溪洛渡工程监理部、水电八局溪洛渡大坝施工局等主要的大坝工程参建单位,以及清华大学、中国水利水电科学研究院、三峡大学等科研单位。
本系统从大坝左岸A区置换块第一仓混凝土浇筑开始,将仓面定义、仓面设计、混凝土生产、缆机运输、混凝土浇筑过程盯仓记录、原材料温控、混凝土温度检测及通水情况记录和信息、试验检测数据、固结灌浆、帷幕灌浆、接缝灌浆设计和施工数据全部录入到系统,已经浇筑完成的各个仓的设计、施工、温控相关的数据能直接从系统中查询,固结灌浆、帷幕灌浆和接缝灌浆施工数据。目前系统内采集的主要业务数据包括混凝土仓定义2413条,仓面设计表2257个,混凝土生产数据1470362条,缆机运行数据64693785条,混凝土温度数据11785949条,盯仓数据123465条;固结灌浆孔位定义38453个,固结灌浆施工记录552301条;帷幕灌浆孔位定义20866个,帷幕灌浆施工记录610543条;接缝灌浆单元定义582个,接缝灌浆施工记录6739条;管理已埋设安全监测仪器1370支、监测记录335136条,优化后数据总量达10G。
经过四年多的系统开发与应用,本项目已经取得了较全面的应用成果和经验。整个项目管理团队,通过系统的建设,进一步理清了管理思路,明确了工程建设管理过程中的工作方向,使得人员管理水平得到进一步的提升。在工程项目管理方面,特别是在进度和质量控制上,做到了信息及时反馈、问题及时解决,管理和生产紧密结合,做到管理有效指导生产,有效服务于生产。
借助管理系统,解决了繁杂的数据采集、统计和分析工作;同时,使得现场生产数据及时、准确、完整、真实的反馈到管理层,使各级管理层迅速、准确的掌握到第一手数据资料,及时了解现场生产情况,为有效指导管理施工奠定基础。借助管理系统,有效地规范了项目管理的业务流程,提高管理效率,并为决策层提供准确、及时的数据和辅助分析。溪洛渡大坝施工管理信息系统的应用,大大减轻了施工单位和监理单位的日常工作压力,为其管理带来了便利,赢得系统基层使用单位的广泛好评。通过两年的多应用,系统在溪洛渡大坝施工管理过程中充分发挥了作用,有效地服务于各级管理层,应用非常成功。此管理系统的建设,也为今后此类大型管理系统的建设打下良好的基础,其中有不少宝贵经验值得借鉴。目前,本系统已成功在藏木、向家坝、乌东德、观音岩水电站和港珠澳大桥等工程全面推广与应用。
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