一项高科技成果在三峡工程中的应用

史振寰　胡兴娥

摘 要 三峡二期大坝混凝土施工摸拟系统采用先进的计算机技术，结合二期工程施工实际情况和技术要求，并融入以往混凝土施工经验，对三峡二期大坝混凝土施工过程进行模拟。此模拟对混凝土浇筑过程进行计算和记录，从对坝体每一天的浇筑情况到周、月、季、年计划直至大坝建成进行模拟，可对大坝建设任何时段的形象进度、浇筑量等进行快速查询。其模拟采用二维、三维动态显示，是一个很形象的施工过程，这个系统据推断比过去人工来做可提高效率上千倍，对混凝土施工指导的决策具有重大的意义。

关键词 三峡二期工程 混凝土浇筑 计算机模拟系统

1、概述

三峡二期工程大坝混凝土浇筑，无论总量还是施工强度在国内外水电历史上都是空前的。巴西伊泰普水电站混凝土最大年浇筑强度达303万m²，创造了水电历史最高记录；我国葛洲坝水电站，最大年浇筑强度达203万m²。三峡二期大坝混凝土浇筑总量达1238万m³，年浇筑强度达410万m³，月最高浇筑强度近45万m³，40万m³/月以上高强度浇筑时间持续9～10个月。所以二期工程混凝土施工作为三峡工程又一创世界记录的难题，多年来为国内外专家所关注。二期大坝结构十分复杂，大坝一般分两条纵缝，泄洪坝段设22个溢流表孔，23个泄洪深孔，22个临时导流底孔；左岸厂房坝段有14个钢管；另外，还有3个排砂孔，2个排漂孔。二期大坝混凝土施工设备种类多，干扰大，有塔带机、门机、缆机、混凝土施工除平面上有交叉外，空间上也相互制约和干扰。二期混凝土施工期，自1999年年初全面清基交面到2002年10月全线到达185m，施工期仅46个月。二期混凝土的施工还受到夏季高温、雨季、雾天等自然因素的影响。二期大坝混凝土施工量大、工期紧、质量要求高，施工难度大。为确保2003年10月首批机组并网发电，二期大坝混凝土施工必须精心组织，严格施工，采用先进的手段指导施工。

做好混凝土施工计划十分重要，以往水电工程大坝混凝土施工计划都要耗费大量人力和时间，还要随着施工进展不断调整，而且容易产生差错。三峡二期混凝土浇筑块数以万计，各种施工条件又十分复杂，施工计划的编制调整如果用人来做，将是相当困难的。

二期混凝土施工模拟系统就是采用先进的计算机技术，结合二期工程施工实际情况和技术要求，并融入以往混凝土施工的经验，对二期大坝混凝土施工过程进行模拟。此模拟对混凝土每块浇筑的过程进行计算和记录，从而对坝体一天的浇筑情况到周、月、季、年计划直至大坝建成，可对大坝建设任何时段的形象进度、浇筑量等进行快速查询。其模拟采用二维、三维动态显示，是一个可以看得见的施工过程。这个系统比用人来做，提高效率上千倍，对混凝土施工指挥和决策具有重大意义。

2、二期大坝混凝土施工模拟系统介绍

二期大坝混凝土施工模拟系统对二期工程泄洪坝段、左岸厂房坝段混凝土施工过程进行了模拟，系统主要包括数据库输入、计算、查询和计划四部分。

2.1 数据输入

数据输入就是对混凝土浇筑边界条件的输入，如施工设备及混凝土拌合系统的控制范围和时段、施工设备性能、大坝的体型尺寸、施工程序及混凝土浇筑有关技术参数。其中有些不变条件在程序中处理，如大坝体型等；有些可变条件做成表格的形式，可以根据不同方案需要进行修改，如技术参数中的混凝土浇筑间歇期、浇筑层厚、仓面准备情况等。对已浇筑块的资料也需输人系统，作为计算的基础依据，如开仓时间、入

仓时间、高程、混凝土量及性质、所用浇筑设备等。数据输入还包括已施工的灌浆、排水资料的输入。

二期大坝混凝土拌合系统有▽79m、▽90m、▽120m和▽82m共四个系统，施工设备有6台塔带机、2台缆机，另外还有胎带机和门机。在本系统中，混凝土开仓浇筑除满足仓面准备等条件外，还要同时满足相应部位设备要求和拌合楼生产能力的要求，而且冬季和夏季的生产能力也不同。

输入的数据是系统正确、合理运行的基础，这些数据又是施工经验的总结。所以科学的、符合工程实际施工情况的数据对本系统尤为重要。已浇筑块资料是下步计算的基础条件，只有准确的录人才能计算出最近工程实际的进度，同时，坝体完工后，可获得一份宝贵的历史记录资料。

2.2 计算

坝体浇筑模拟计算数学模型，以状态变量和决策变量与约束条件间的数学逻辑关系来定量描述。主题程序通过状态变量和决策变量的不断改变，按照既定的浇筑规律和约束条件对大坝混凝土进行施工过程的模拟。状态变量是能反映大坝混凝土施工形象面貌的变量，包括：各坝段混凝土浇筑高程、方量和时间；决策变量是根据混凝土浇筑的规律要求随时判断将要进行的浇筑的坝块和所用的浇筑机械；约束条件，指大坝混凝土施工中应遵守的一般规律和制约混凝土施工的各种因素：主要包括混凝土施工过程中的一般规律、合同文件、技术规范要求以及三峡工程特定的结构形式和特定的施工条件下的各种要求等，如坝体层间间歇时间、混凝土初凝终凝时间、相邻坝块高差、立模拆模要求、基础处理、仓面清理、大坝上升速度和施工期允许应力等。大坝混凝土施工模拟，就是选择满足约束条件的决策变量，并根据决策变量的变化，计算出一组新的大坝混凝土状态变量；然后在新的状态下，进行新的决策变量判断；通过大坝混凝土状态变量的不断改变，大坝混凝土也就从低到高地进行着模拟浇筑。

模拟系统在计算的同时，进行二维和三维的动态显示。二维按坝体纵缝分三块显示，三维既可以对整体、又可以对局部显示，观察方向可随意选择，在显示时，正在动态浇筑的块体以不同的颜色加以表示，可以清楚形象地看出坝体施工的过程，同时可以动态显示出正在浇筑块体的浇筑时间、浇筑部位、浇筑机械、浇筑方量、浇筑顺序等，整个大坝浇筑过程真实地展现在眼前，全部施工状态尽收眼底。

2.3 查询

查询分为图形查询、工程质量查询和报表查询。

2.3.1 图形查询

三维图查询：可以整体、分坝段、分时段、以不同的缩写比例查询，还可以从上游左侧、上游右侧、下游左侧、下游右侧四个方位查询。

立视图查询：可以分时段查询三个柱块，同时显示当前时段不同坝段的高程及顶块浇筑时间、分标段混凝土量和混凝土总量。见附图1。

剖面图查询：显示某一坝段剖面，并在图上标明已浇筑部位及当前浇筑部位，在图形旁边标明相应部位不同坝块混凝土块浇筑信息，如柱块号、浇筑时间、每一块浇筑量，使用设备情况等。

逐月浇筑强度图：以柱状图的形式全过程显示每月浇筑强度及混凝土浇筑累计总量。见附图2。

2.3.2 工程量查询

分时间、分高程、分不同坝段范围、分柱块显示已浇筑混凝土量、剩余混凝土量、混凝土总量。

2.3.3 报表查询

现供查询的表格共11种，可根据需要查询：混凝土浇筑月报表，混凝土浇筑顺序表，混凝土浇筑量统计表，混凝土高程进度表，混凝土方量计划表，混凝土层数进展表，浇筑机械月报表，不同部位浇筑强度表，

不同部位高程表，不同部位浇筑块厚度，各月高程表。

2.4 计划

分全程计划和分时段计划。全程计划即以当前面貌为起点，作以后整个施工过程的计划；分时段计划即

根据输入的起止时间作计划，可作年计划、月计划、周计划、天计划。

3、二期大坝混凝土浇筑模拟系统的特点

二期大坝混凝土浇筑模拟系统不是一般的演示系统，而是一个在真实数据基础上建立起来的、功能很强的实用系统。它具有以下特点：

3.1 帮助业主和监理工程师快速评价和评审承包商提交的施工总进度计划。

业主和监理可以利用此系统，预先对工程的总进度计划进行分析预测，同时对总进度进行分解，作出短期或长期的时段计划，做到对整个工程情况心中有数，为评审承包商施工总进度计划提供有力的手段。

3.2 对加快施工进度和技术措施进行定量分析，提供决策依据

本系统可以分别改变某些混凝土浇筑边界条件,分别计算出对进度计划的影响程度。如局部或全部改变浇筑层厚对混凝土浇筑的影响，改变间歇期对混凝土浇筑的影响，改变设备布置情况对混凝土浇筑的影响；或同时改变某几个边界条件组合因素对混凝土浇筑情况的影响等。通过对计算结果的分析比较，找出对工期最有利的影响因素，并采取相应的措施指导施工。

3.3 快速对混凝土浇筑方案进行多方案比较

以前人工挑块进行混凝土进度计划编制，一般要组织一个班子，计算一个方案少则半个月，多则几个月。如需改变某个参数时，还得重复上述过程。因此，如需要适应工程进展情况或进行多方案比较，频繁改变一些参数编制详细进度计划很难实现。

有了这个系统后，情况就大不一样了，计算好几个方案也只要几天时间。如在1998年12月份排后期总进度计划和1999年年进度计划时，共算5个方案也只化了三天时间。有了这样一个工具，可以使决策人员在很短的时间内就对不同条件下的施工情况有充分的认识，加快决策进程。

3.4 对混凝土施工进行各种因素敏感性分析

随着工程的进展，施工情况和计划情况难免有很多不吻合的地方，有时也可能因某种特殊的原因，造成工期延误情况。为了使工程按期完成，就要加快施工进度。但是到底采用哪些措施能加快进度呢?哪些措施对加快进度影响较大、是关键性措施呢?只要我们找出可能的影响因素，然后针对不同的影响因素的组合计算不同的施工方案，就可以在比较后得出明确结论。

3.5 及时地对工程进度进行实时控制和动态监控管理

在工程施工过程中，每一天的施工情况都在改变，特别是工程形象面貌，每浇一块混凝土就引起变化。本系统能按已形成的形象面貌为基础，及时作出相应的调整计划，如作出年计划、月计划、周计划，并把这些结果与总进度计划比较，对当前施工进度进行快速、合理的评价，及时发现与总进度计划的偏差，并找出影响因素，避免偏差积累到一定程度而无法弥补。根据当天的施工情况也可计算出第二天浇筑哪几块混凝土及具体时间安排，用于指导现场施工。

3.6 对三峡大坝二期混凝土浇筑的过程以三维立体的方式进行动态显示

以三维立体的方式进行动态显示，使人看起来更直观、更形象，整个施工面貌在计算机前就能看得见，足不出户能知施工现场事。使领导和施工人员不用到现场也能有依据决策。

4、结语

目前三峡二期大坝混凝土浇筑模拟系统已投入试运行，三峡总公司已用此系统辅助安排了1999年施工计划，并提供了施工单位修改计划的依据，此系统受到了甲方、各施工单位、各监理单位的欢迎。在应用过程中，功能还会不断地改进、完善和加强。

* 三峡二期工程大坝混凝土浇筑模拟系统是中国长江三峡工程开发总公司和成都勘测设计研究院，针对三峡工程的特点研制出的大型混凝土浇筑模拟仿真系统。