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三河口大坝透射智慧光芒——记引汉济渭三河口水利枢纽施工期监控管理智能化
时间:2018-10-22  浏览次数:

□本报记者 岳虹 张卫东 刘祖国

传统的筑坝经验同最前沿的信息科技相遇,会碰撞出怎样的火花?

在秦岭南坡,陕西佛坪大河坝镇,两座耸峙的青山之间,引汉济渭工程的调蓄中枢——三河口水利枢纽工程,正如火如荼地建设着。

引汉济渭工程是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一,是解决关中、陕北缺水,统筹陕南、关中、陕北三大区域水资源,保障全省经济社会发展的全局性、基础性、战略性、公益性的大型跨流域调水工程。

引汉济渭的关键性工程三河口大坝,是国内在建最高的碾压混凝土双曲拱坝之一,其施工工艺等方面的严苛要求,给项目管理带来巨大挑战。

如何做到管理优化?如何提高施工效率?如何在复杂的施工现场控制进度、安全、质量?如何降低风险?

一套施工期智能管理系统,成为信息化同水利工程建设管理融合创新积极探索的新尝试。

敢为人先

双曲拱坝施工是个“精细活儿”。倒悬的“双曲”结构精妙,不容误差;坝踵容易反复受力,变形监测必须精细入微;混凝土的水化热特性导致防裂极其困难……

依靠智慧水利,自动采集分析数据并反馈,实现施工期智能化监控,成为首选。

“智慧水利的发展瓶颈,不在技术而在理念。观念是时候变一变了!”引汉济渭公司党委书记杜小洲如是说。他提出了要把引汉济渭建成全国水利系统第一批信息化工程的目标,而三河口枢纽智能监控项目正是重要一环。

落实此项目的中标单位华北水利水电大学,是个产学研用硕果累累的科技实体,面对如此复杂、如此体量、牵涉合作方如此众多的项目,他们应该如何驾驭?“培养适应时代潮流的水利人才,是水利院校义不容辞的责任。我们必须积极参与到国家重大水利工程建设和智慧水利建设中来。”华北水利水电大学校长刘文锴道出心声,表达了学校领导班子对此项目的支持和鼓励。

项目技术带头人是总工程师魏群。在谈及项目重要性时,他说:“作为多年从事BIM(建筑信息模型)技术推广、信息化工作的水利人,我一直在思考如何实现前沿技术和传统筑坝工艺的完美结合。这次的项目,无疑是一次良机。”

项目主要承担者华水智控,也面临挑战。项目涉及大坝建设的各个领域,有些非己所长。怎么办?借力于国内顶尖团队,合作开发。

下定决心,敢为人先。在各方共同努力下,堪称目前国内信息化最全面、最深入的水利工程施工期智能监控系统——三河口施工期智能监控项目,诞生了!

浇筑典范

90万立方米混凝土,以30厘米为一层进行层层碾压,形成大坝主体;将37万立方米混凝土,注入以钢筋为骨架的模板中进行振捣,构筑大坝的特殊部位。在3年内,127万立方米的混凝土浇筑形成145米高的大坝。这是三河口大坝的基本建设过程。

三河口施工期智能监控项目,正是要在三河口大坝的建设过程中,采集数据,集成至平台,使业主、施工方、监理方、设计方等共享信息。在此之上,分析、研判施工质量是否达标,并第一时间通知责任人整改。

“嘀嘀……”这是智能预警系统在发出“警报”。“4161013分,编号01的碾压车在碾压第11层时振动频率过高,不符合要求。”这条预警信息,由碾压车上的激振力传感器,通过一款名为“预警信息”的手机软件传达到各负责人,提醒立即处理。待处理过后,软件中的显示会从“未处理”变为“已处理”。

机器报警和人工监督到底有什么不同?

“人力监控漏洞很多。”有几十年监理经验的水工专家仲深意颇为感慨,“各项数据不再靠人,而是通过传感器采集上传,一下解决了人力监控死角多、数据失真或延迟的问题。机器可不用上厕所,也不会打盹儿,更不会说谎!”

智能化获取数据并指挥现场作业;“协助人、解放人、管理人”,而不再仅仅依靠“人盯人、人管人”。这正是项目的目标。

华水智控项目的重要特色,是实现BIM系统的动态应用,利用一个平台集成数据,实时监管。动态,实时,实现对工程的反馈控制,将BIM系统应用推到新高度。

BIM”是“建筑信息模型”的简称,是利用数字模型对项目进行设计、施工和运营的技术过程。以往的BIM应用案例往往“浅尝辄止”,仅在设计阶段提出概念或建造模型,极少在施工过程中真正应用,甚至只是将其他项目的模型拿来修修改改就直接使用。

而本项目真正“用活”了BIM系统。随着大坝浇筑的进展,大坝浇筑不同阶段、不同关键模块的数据不断更新,集成至BIM平台,不断升级优化着“1+10”系统的各个模型。更重要的是,BIM平台还能实现反馈,对工程进行控制与管理。这是一次成功的突破。

BIM”的本质在于“将数据附着于模型,用模型集成数据”。本项目在集成海量数据的同时,利用BIM平台的三维立体图形,将复杂的大坝建设过程,直观、清晰地展现出来。

总工程师魏群教授是国内BIM领域的技术权威,他早年间在海外深造时便专攻该领域,率先提出了5DBIM技术和数字图形介质理论,在计算机图形学DNA的层面上诠释了BIM的实质和应用。他全权负责项目的BIM技术应用,为项目研发提供强力保障。

除“BIM”这一特色外,项目的亮点还体现在两“最”——最全面和最深入。

“最全面”是相对于之前其他项目的“1+3”“1+4”系统,头疼医头、脚疼医脚的单向处理方案而言。本项目中的智能化模块达10个,简称“1+10”,目前国内最多。大坝施工中的智能温控、碾压质量、加浆振捣、综合质量、灌浆质量、坝踵变形、车辆跟踪、进度仿真、反演分析、视频监控,犹如十根擎天柱,各有担当,又串并成网,数字、图形、影像等40多种数据格式相互传输、转换、共享。数据随时间而动,随工程而长,规模宏大,海量数据实现云存储,体现出大数据的气派、云存贮的“肚量”,为大坝枢纽的全生命周期管理,提供了可靠的技术保障。

每个模块都有创新。尤其采用了国内自主创新的骨骼网架成图,信息附着图形,图形隐含数据的专利技术,使得这“1+10”平台在BIM自主创新技术上扎扎实实地迈出了几大步。

其中,“大坝坝踵变形自动化监测管理子系统”首次在国内实现了施工期坝踵变形监测。该系统利用最先进的变向传感器,针对三河口大坝3个典型坝段开展变形监测,实时捕捉坝体变形数据,为后期大坝工作性态分析提供依据。

面对混凝土拱坝最大的“敌人”——裂缝,温控系统足够强悍。中国水利水电科学研究院结构材料所应邀出马相助,他们在温控领域堪称首屈一指。水科院的温控专家常驻三河口现场,参与具体业务讨论及执行,负责周报、月报的生成。一旦到关键节点或遇到关键问题时,项目还将邀请国内拱坝结构、应力方面的权威专家把关。

“以往的办法是,施工人员走到各处去看温度计,发现如果过冷或过热,再通知人员去打开或关闭通水阀门,从而控制通水量,调节温度;而现在,数据由智能温度计上传,平台自动分析是否达标,然后自动调整通水阀门。孰优孰劣,一目了然。”项目经理魏鲁双向记者介绍。魏鲁双是一位年轻的“海归”,信息技术博士,也早已投身于水利水电领域。通过国内几个水电项目的锤炼,已成为精通信息化软硬件开发和水工专业结合应用的专家。

“最全面”可见一斑。“最深入”又体现在何处?

体现在硬件设备过硬。

打开设备清单,上百种硬件设备映入眼帘。仅在温控模块中,就配备了1074只温度传感器。“这种温度计能避开外界多种干扰。”项目副总工程师尹伟波说。尹伟波有近10年从业经验,具有水工和计算机应用双重学术背景。

1毫米,是整个工区GPS差分定位系统的定位精度。

0.1毫米,是变向传感器监测坝体位移所达到的精度,比当前国内约几毫米的监测精度高出一个数量级。

…………

硬件条件实现了“机器代替人”的转变,能有效解决“人管人”模式下数据获取不及时、不真实、不全面、不准确的“四不”问题,为参建各方提供管理依据。

其次,“最深入”也体现在“软件”过硬。将BIM系统深入应用,并不断优化各模块模型,真正用活数据,实现对现场的控制和人工干预。这正是“最深入”的体现。

“采用这套‘110’系统,施工质量能达到什么效果?

在项目部,记者遇到施工方水电四局项目部副总质检师史广生,便有此问。这位曾参与过云南小湾、黄登等大型水电站建设,在黄登水电站建设中更是应用过类似智能监测技术的老手,谈到本项目对混凝土施工质量控制起到的作用时,一再表示:监管积极有效,应用效果良好。

“项目的各类智能监测数据,为我们进行现场作业人员管理、施工质量监管,提供了重要的参照依据,同时,也对项目部的精细化管理起到了推动作用。”水电四局项目部党总支书记刘红玉告诉记者。

随着时间推移,施工期终将结束。大坝竣工之时,最终交付的不仅有一个实体的大坝,还有记录着大坝全生命周期一路轨迹的数据库——“数字大坝”。这些数据存储于计算机里,赋予大坝另外一条生命,是大坝的“成长档案”,也是今后工程运行管理维护信息化的重要依据。

融合创新

“融合”是项目的关键词。

最前沿信息科技同水工建设管理两个领域的深度融合,是项目的最大创新之处。

这种融合首先是人才的融合。打开项目人员名册,既有从事水利工程建设半辈子的水利工程监理专家,又有顶尖的水工专业学术专家;既有埋头写代码的程序员,又有扎根施工现场研究传感器对接的硬件工程师,还有提供通信保障的网络工程师……“搞计算机的必须得懂大坝的关键建设流程,做水工的也必须得懂些网络技术”,大家各司其职,互助协作,“谁也离不开谁”。

融合还体现在多个领域的“最强大脑”造就深度融合。国内顶尖团队和技术专家纷纷加入。

中国水利水电科学研究院团队,除温控领域外,在坝踵变形监测、大坝施工质量综合监控管理、大坝施工进度仿真管理等水工技术难度较大的领域,也提供着自己的能量。清华大学张建民院士并行开展的无人驾驶碾压混凝土智能筑坝技术,是人工智能应用于水利建设的具体体现,目前已在本项目中以无人驾驶碾压混凝土智能筑坝技术的形式,开展试验研究。

融合也体现在理念的创新与融合,这与华北水利水电大学的理念不谋而合,体现在体制的创新。

“项目现场怎么样?顺利吗?”在接受采访的间隙,刘文锴校长向刚从工地回来的人员仔细问询,言辞恳切。

该项目是学校在智慧水利方面的典型示范项目,校领导高度重视,特创新管理体制,成立联合管理组,由法律事务中心、科技处、财务处、国资处、监察处等所有项目涉及部门的副处长组成,专事专办,群策群力,提供了强力后方保障。

“融合”对华北水利水电大学而言还意味着前后方的通力合作。

有理念,有设备,有实践,后方团队为项目的顺利推进提供着坚实支撑。

记者来到项目的后方——华北水利水电大学钢结构与工程研究院实验室,立刻被各种高科技设备吸引:国内领先的无人机及相应摄影摄像设备,中原第一家居国际领先水平的3D显示系统,3D打印设备……

前方,驻工地人员不断进行数据采集,处理现场情况;后方,研究院团队根据数字图形介质理论,将相应节点的数据作进一步分析,不断优化“1+10”系统的模型;根据无人机拍摄的照片,通过即时定位与地图构建技术,由照片反推出各项数据,对不同阶段的坝体进行3D打印,进行实体分析。

“这个项目要集中国内优秀团队,强强联合,共同打造国内水利工程施工期智能监控工程的样板!将来引汉济渭要全线实现信息化管理,西安设总调度中心,这里(三河口)是分调度中心。”杜小洲在谈到项目的前景时雄心勃勃。这个勇于创新的团队正遵循习近平总书记的教诲,要将“要不来,买不来,讨不来”的关键核心技术扎扎实实地做出来、建起来、用起来。

来源:中国水利报 20181017