智能建造技术在白鹤滩大坝工程施工中的应用

摘  要：智能建造技术的应用，使白鹤滩大坝施工管理人员能够在不同时间、地点随时掌握工程动态，实时了解工程进展，对施工过程中的各项数据进行分析，从而指导现场施工，使工程施工过程始终处于正常受控状态，最终确保工程施工各项目标的实现。

关键词：智能建造;白鹤滩大坝;施工应用

中图分类号：TV642.4    文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2020）09-0000-00

1 应用背景

智能建造技术基于物联网和信息化技术，利用先进传感技术、控制决策支持系统，按照“统一模型平台接口，数据及时、全面、准确，预警预控为主”的原则，实现施工全过程实时、在线、智能监控，进而达到高质量、高标准、高效率施工要求[1]。为了实现对白鹤滩大坝施工全过程的有效监控与管理，保证工程施工质量和运行期大坝安全，结合工程建设实际，开发应用白鹤滩智能大坝信息管理系统，借助信息化手段，优化施工管理模式，实现对大坝施工过程数据、监测数据、温控数据和科研成果的收集、整理、集成、展示，达到统一的数据接口、查询分析与预报警目的，从而为大坝施工过程控制提供可靠数据，实现有效的监控、管理与分析，建设优质工程。

2 应用技术

传统工程建设管理依赖于管理人员的专业素养及责任，因此效率低、响应慢，难以对工程施工过程进行客观、实时、全面掌控，无法满足现代精细化的管理需求。白鹤滩大坝是一座300m级特高拱坝，具有坝高、库大、坝身泄洪量大的特点，智能大坝信息管理系统对混凝土生产、运输、平仓、振捣、通水冷却全过程，以及基础处理等不同专业，开展精细化实时监控，对影响施工的各种关键控制参数进行跟踪分析与预警，及时提醒施工人员及管理人员采取有效措施。为保证智能建造技术在大坝工程施工中的顺利应用，更好调配人力物力资源，保证高效运行，成立专门组织机构开展智能建造技术的具体应用工作，工作业务范围包括大坝混凝土浇筑、混凝土温控、基础灌浆、四同时结算、试验检测等功能模块。

2.1 信息管理系统

混凝土信息管理系统是从大坝仓号準备、仓面设计、备仓设计、盯仓记录、温度控制等方面对大坝施工过程中的各项数据进行集中采集、汇总与分析，实现各类报表的自动化分析和汇总。

2.1.1 应用模块介绍

（1）混凝土浇筑模块是对大坝混凝土基础信息的管理，从编制进度计划、原材料质量检测、仓面设计与配料单生成、混凝土生产、缆机运输、混凝土浇筑及养护等过程的一条龙数字化管理。（2）仓面设计模块是技术人员按照仓面设计程序及施工规划规范输入相关设计信息后，系统将自动生成仓面设计报告、混凝土仓号料流程表等设计报表，并可随时对仓面设计信息进行任意条件组合查询。（3）盯仓数据模块是仓面浇筑过程中，盯仓人员使用移动终端及时记录本仓的“开仓”、“收仓”时间及每一坯层浇筑覆盖时间，仓面人员、设备资源投入情况等。在浇筑自检完成后，现场通过施工管理APP移动终端将自检结果录入到系统中，进行混凝土强度评定后及时将评定结果录入系统。

2.1.2 模块使用流程

混凝土从备仓到浇筑等各工序通过施工管理APP进行，通过该系统对工序验评资料进行录入，根据流程提交各级（初检→复检→三检→监理）审核并签字确定，最后对通过审核签字的电子资料进行打印。

（1）混凝土浇筑→仓面定义→备仓设计→仓面设计编制→提交审核。混凝土浇筑前系统中完成仓面定义、备仓设计、编制仓面设计后通过移动客户端推送至各级质检人员，实时在线完成仓面设计审核工作后进入现场验收。（2）混凝土浇筑→现场工序验收→提交审核→生成表单。现场仓面工序进入验收环节，各工序验收通过后通过移动端提交工序验收表单实时在线审核评定。（3）混凝土浇筑→混凝土要料信息→提交审核→配合比选定。与此同时，推送混凝土生产信息至拌和楼进入预备状态，现场各项工序验收通过后进入提交审核环节。（4）混凝土浇筑→扫描开仓→盯仓记录→仓面施工参数采集。通过移动端扫描监理二维码进行开仓浇筑，同时将开仓信息推送至拌和楼，运输混凝土至仓面浇筑，进行仓面施工参数采集。（5）混凝土浇筑→盯仓记录→仓面施工参数采集。由各级质检、监理按流程操作，通过拍照签字审核，混凝土生产时根据要料流程逐级审核完成后自动推送至拌和楼。

2.1.3 综合查询功能

混凝土浇筑综合查询由混凝土生产信息、缆机运行信息、混凝土浇筑信息三大部分组成。（1）综合查询→混凝土生产。通过综合查询，可了解混凝土生产，运输，至现场浇筑仓面施工详情，支持移动端和PC端实时在线查询。（2）综合查询→缆机运行。通过综合查询，根据对缆机每罐料的重量及运行轨迹分析得出每台缆机循环次数及每罐时长，分析出每台缆机强度，并根据影响缆机效率因素提高运行强度。（3）综合查询→混凝土浇筑。通过综合查询，混凝土浇筑阶段各项数据汇总形成大坝工程日报、混凝土分析、大坝浇筑综合信息、综合情况统计分析、间歇控制成果统计、冷却水管破损情况统计、收仓数据统计与分析、坝段收仓高程统计、浇筑强度统计、浇筑间歇期统计、坯层覆盖时间统计分析、当前浇筑综合情况统计等表格台账。

2.2 智能温控系统

智能温控系统是采用光纤和数字温度计，进行全坝逐仓温度感知并实时传输的流量控制系统[2]。其在白鹤滩大坝全面推广应用，实现多个坝段多个浇筑仓的实时自动测温和仓内通水实时智能控制，最高温度、降温速率控制，实现“慢冷却、早冷却、小温差”的实时在线、个性化温控，实现混凝土浇筑“三期九阶段”温控过程和拱坝接缝灌浆“五区”温度梯度控制的平稳、连接、精确，确保气温骤降、季节变化、特殊部位等温度过程和温度应力的全程可控。通过微信方式可实时查询温度、流量及预控曲线设置情况，根据颜色区分可看出通水完成情况、温控阶段等，可查出温度、间歇期、悬壁高度、张开度、悬壁高度等。

智能温控通水系统可实现精细化控温及小温差冷却，突破了传统通水冷却人工控制方式和简单型通水控制方式的制约，对大坝混凝土内部温度发展情况实时掌握，真正实现温度可知可控。各期目标温度均达到设计封拱值，“三期九阶段”降温速率及变化幅度控制符合率均在98.7%以上，最高温度控制符合率达到97.5%以上。

2.3 浇筑一条龙及智能振捣系统

浇筑一条龙及智能振捣系统通过先进的卫星定位及物联网技术对拌和楼混凝土生产、运输的整个过程进行实时监测，白鹤滩大坝对7台平仓机、6台振捣臂、7台缆机安装卫星传感器等监控设备，实现了对4座拌和楼、16台自卸车实时智能监控。

（1）拌和系统。通过拌和楼搅拌运行数据实时采集，实现对大坝混凝土拌和物各项数据的跟踪分析，实时发布预警预报。（2）混凝土运输。在自卸车上安装集成设备，在运输道路的重点位置（如拌和楼出机口、卸料平台进出口）设备标签，在缆机吊钩上安装传感器，实时监测自卸车和缆机的工作位置、转运和卸载等参数，实时分析运输过程中运料工况、排队时间、运输效率、运行安全等，超出控制指标及时发送报警，实现智能反馈控制和预警。（3）智能振捣。智能振捣控制技术实时智能感知平仓及振捣浇筑控制参数，分析判断坯层厚度、覆盖时间、振捣深度、振捣时长及振捣间距等数据，结合控制参数发送预警，有效避免混凝土漏振、欠振等质量问题。

2.4 灌浆系统

灌浆系统实现对灌浆工程的远程监控管理、数据查询、资料整理等，并可通过任何一台移动终端实时查看各类数据及报表。固结/帷幕灌浆模块分为灌浆计划、灌浆准备、灌浆设计、施工过程、质量管理及综合查询六个部分，接缝灌浆模块分为灌区设计、灌前准备、施工过程管理、质量管理四个部分。通过对大坝施工期灌浆数据进行集中采集、汇总与分析，系统可以生产灌浆孔成果一览表、灌浆孔分序统计表、综合统计表、透水率和注入率分析图、综合纵剖面图等;可对灌浆进度、灌浆日进度、物探检测成果、施工工序日进度、灌浆完成情况进行实时查询;数据记录及电子资料可以直接形成，避免竣工資料归档时缺失。

2.5 四同时结算系统

四同时结算系统是“工程施工、工程质量验评合格、工程结算完成、工程资料归档”四同时项目管理方法，通过以白鹤滩BIM模型为支撑，结算系统会自动检索该单元工程涉及的所有资料是否齐全，包括过程质量验评资料、过程变更依据以及后期计算书纸质资料等，保证了工程施工资料的完整性和工程结算的准确性。与传统模式相比，实现单元工程完工、验收、清量结算、资料整编的同步完成，解决工程管理中“难清量难竣工”的管理顽疾，有利于工程结算、审计和合同验收。

2.6 试验检测系统

试验检测系统具有对样品实施检测、管控的功能，配备数据自动采集、上传、监控设备，通过综合管理系统实现对试验检测工作的全程监管与控制。比如混凝土试块，通过对样品信息的录入并在试块上放感应芯片，通过扫描芯片获取该试块信息，试块到达龄期后系统将自动提醒，防止误操作，同时在标准养护其间安装二维码，试块入库、出库时通过扫描二维码可获取该试块信息、位置等。

3 应用意义

智能建造技术应用于施工管理改变了传统粗放式的管理模式，规范了施工组织，提升了管理水平。智能建造技术使工程施工管理不受时空限制，改变了施工现场过程数据采集、生产数据资料与成果整理、竣工资料整理的流程和方式，实现了高效精确的工作理念，从而节约大量的管理和一线施工人员投入。

智能建造技术应用可实现大坝浇筑全过程的实时、自动、连续、高精度控制，消除传统施工监管和记录的盲区。信息管理系统混凝土浇筑各模块通过拍照签字审核，保证资料真实性，规范资料完整性，避免资料归档时缺失问题，从而减少人力和物力，降低施工成本。智能温控系统应用与人工通水相比，控温过程更平稳，数据上传、显示、通水控制更及时，同时能实现不同仓、不同部位个性化控温，比起传统人工控温，极大降低了工作量，节约大量人力，能够实现对各仓阶段温度变化所需水量的精准控制，节约大量水资源。同时建立一套质量和进度动态实时控制及预警机制，做到大坝施工信息高效集成和监控，保证高质量、高强度安全施工，实现对大坝内部不可见信息的“可知”、“可控”、“可调”。

智能建造技术应用大大缩短管理链条，提高管理效率，使白鹤滩大坝施工管理人员能够在不同时间、地点随时掌握工程实施动态，实时了解工程进展并对施工管理进行指导，能够使施工过程中形成的各类资料、数据实时汇总、统计、分析和利用，减少人工统计、汇总的难度，降低人为误差，使数据成果更精确、可信度更高。

4 结语

通过白鹤滩智能建造技术的应用，能够实时对施工过程中的数据进行总结、分析，通过数据的总结、分析实时发现施工管理过程中存在的问题和不足并提出预警，根据系统预警信息快速进行纠正、调整、闭合，使工程施工过程始终处于正常可控状态，最终确保工程施工总体目标的实现，该项技术的应用使我们在后续水电工程施工管理的整体水平得到大幅度提升。

参考文献

[1] 刘毅，张国新，王继敏，等.特高拱坝施工期数字监控方法、系统与工程应用[J].水利水电技术，2012（3）：33-37.

[2] 李玥，李松辉，张国新.混凝土坝防裂智能监控系统及其工程应用[J].水利水电技术，2016（2）：37-41+57.

收稿日期：2020-08-03

作者简介：高俊锋（1983—），男，湖北鄂州人，硕士，高级工程师，研究方向：为水电站施工项目管理、智能建造信息化管理等。