混凝土冷却通水数据自动化处理系统研究与应用

■陈军琪，许 娜 ■葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北 宜昌 443002

1 引言

冷却通水是大体积混凝土温控的重要措施。随着混凝土施工质量要求越来越高，冷却通水技术不断发展。个性化冷却通水技术的提出，极大地改善了大体积混凝土的温控效果。然而，个性化通水冷却技术需要对通水参数和混凝土温度进行准确和及时的测量，但人工调控方式效率低、误差大、调控滞后不能满足现代水利工程高质量快速施工的要求。

混凝土坝冷却通水数据自动化处理系统［1］，界面简单，可设置必要的控制参数，并通过自动采集各项数据后进行处理，生成可供温度仿真和预测的数据，再根据温度场仿真和控制算法求解下一步的通水计划。它具有准确性高，测试效率高，牢固可靠、适应性强，自动化程度高，安装简便，成本低廉等优点，是水利水电工程施工信息化的重要组成部分，也是我国水利信息化的必要手段，将对我国水电工程建设和节水事业的发展产生深远的影响。

2 混凝土冷却通水数据自动化处理系统

大坝混凝土冷却通水数据处理系统主要处理两种数据，一是混凝土内部温度数据，二是冷却水数据。混凝土内部温度数据，指的是在浇筑时预埋设在坝块内部的用于观测大坝混凝土内部温度的永久温度计按规定时间间隔所采集的数据，这些数据可用于指导给坝块通水降温的流量控制。混凝土内部温度数据主要包括采集时间和温度值。冷却水数据指的是按规定时间间隔采集的冷却水主管的通水数据，主要包括采集时间、进出水温度和水流量。软件中包含了冷却通水控制方法和数据分析功能，该模块可以为通水控制管理人员提供数据分析和辅助设计［3］，减少通水管理人员的手工计算和抄写。

软件系统按CS 模式设计，采用VBA 和SQL 语言编程，是基于MS Office Access 和MS SQL Server 的数据处理和分析软件，主要用于大型混凝土工程冷却通水数据的管理和分析，可以配合大坝混凝土冷却通水数据采集系统工作，也可以单独使用。软件具有界面简洁友好，操作方便快捷，数据存储可靠，报表采用灵活的Excel 表格，可多用户并行操作，功能易扩展性等优点，同时设计有用户管理和权限管理模块，可以分配各个操作界面的访问权限，将各个模块的功能分配给指定的人员来录入和操作，有利于系统的管理。软件操作界面参见图1。

大坝混凝土冷却通水数据处理系统的操作界面可分为几大模块，即基础数据、数据录入、查看和导出、通水辅助计划。下面是对各个模块分别进行说明。

2.1 基础数据

混凝土冷却通水数据自动化处理系统的基础数据是为计算通水日计划输入的参数，它包括流量传感器注册数据和仓号管理、安装管理数据。

流量传感器注册后，即通过输入有关流量传感器装置的编号和序列号，可以方便的看到流量传感器的使用情况和安装位置。仓号管理的信息数据包括:①该仓的冷却期信息，要为各个冷却期的控制参数，这些参数是要用于冷却水控制计算;②该仓中安装的混凝土温度计信息;③该仓安装的冷却水管信息，信息需按要求填写，其中冷却水管安装信息中的支管套数是必填的;④混凝土温度计与冷却水管的对应关系。

图1 大坝混凝土冷却通水数据处理软件部分界面截图

2.2 数据录入

(1)混凝土内部温度录入:数据来源为试验室的观测资料。按设计要求的时间观测所有温度计的值。

(2)冷却水调整信息录入:录入原有的(未使用本软件以前)冷却水调整日计划信息，如果一直使用本软件一般不需要在此界面上输入资料。该界面可用来查看某日的通水计划，也可以做少量修改。

(3)冷却通水数据录入:录入冷却通水的数据。数据来源是通水班每次所观测的数据。

(4)气温录入:录入大坝气温观测资料，数据来源于通水班的气温观测资料。由于气温录入的特点，程序在录入日期时做优化，第一行数据需要输入完整的日期和时间，而第二行和接下来的行只需要输入时间即可，程序默认采用上次的日期。并且在录入日期可用点号代替冒号，提高了录入的速度和效率。

2.3 查看和导出

(1)混凝土内部温度查看:按照混凝土温度计的编号来查看其历史数据和过程线，也可以用作Excel 数据的导入。

(2)冷却通水数据查看:按照冷却水管编号来查看其历史数据和过程线，也可以用作Excel 数据的导入。

(3)通水情况查看(可导出作为周报):导出“冷却通水情况表”，可以方便地粘贴到周报中。程序可以将数据导出为Excel 表格并自动以“冷却通水情况导出+统计时间+存储时间.xls”形式的文件名保存在程序根目录中，然后程序自动打开Excel 文件呈现在用户面前。

(4)业主报表导出(导出符合业主要求的Excel 报表形式):用于查看和导出“混凝土单元工程通水冷却检测记录表”，导出的Excel 表格可以用于导入业主的信息系统。程序可以将数据导出为Excel 表格并以“通水冷却检测记录+开始时间+截至时间+保存时间.xls”的文件名保存在程序根目录下。

2.4 通水辅助计算

该系统最核心的功能部分就是能够辅助通水日计划的计算。软件包含了一个经验控制算法，可以提供一个控制流量范围作为参考，最终由操作人员来决定是否采用。如果经过实际验证该算法有效并可靠，则可以取消由操作人员确定的步骤。

其中，算法产生的数据有:冷却期、本期控制的最高温度、本期出现的最高温度、本期出现的最低温度、本期已经冷却的天数、本期控制目标温度、前日坝体末次温度、前日降温速率、控制降温速率、当前坝体温度回弹、冷却水管编号、前日计划通水温度、前日计划通水流量，还有本日拟通水温度和本日拟通水流量。界面下部是“历史通水日计划”，显示了最近5 次的通水日计划给操作人员做参考。界面的最下部是操作区域，如果操作人员不同意推荐的本日拟通水温度和本日拟通水流量则可以在文本框中输入需要的值。“保存”按钮是保存“辅助通水日计划”的内容，这时这些内容会显示到“历史通水日计划”中，表示已经保存了。“前一项记录”“后一项记录”分别用来，遍历所有的温度计，即每一个温度计在每天做一个通水计划。

3 结论

“大坝混凝土冷却通水数据处理软件”主要处理两种数据，一是混凝土内部温度数据，二是冷却水数据。混凝土内部温度数据主要包括采集时间和温度值，可用于指导坝块通水降温的流量控制。冷却水数据，指的是按规定时间间隔采集的冷却水主管的通水数据，主要包括采集时间、进出水温度和水流量。软件的控制方法是根据现场测控经验提炼的算法，它能够减轻资料处理的负担，特别是做通水日计划，同时能够进行通水日辅助计算，对数据进行分析，大大的减少通水人员的计算和抄写。该软件系统也是实现个性化智能通水［4］的先决条件，必将有力推动混凝土智能温控技术的快速发展。

［1］谭恺炎.等，大体积混凝土冷却通水数据自动化采集系统研制与应用.水库大坝建设与管理中的技术进展——中国大坝协会2012 学术年会，2012.

［2］软件著作权，大坝混凝土冷却通水数据处理系统，葛洲坝集团试验检测有限公司，2011SR039709，2011-6-22.

［3］周厚贵.等，一种大体积混凝土冷却通水流量控制方法，中国，201110318693.5，2011-10-19.

［4］朱伯芳.论混凝土坝的水管冷却，中国水利水电科学研究院、结构材料研究所，北京100038.