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溪洛渡水電站:大塊頭更有大“智慧”

【摘要】:
溪洛渡水電站是國家“西電東送”骨干工程,位于四川和云南交界的金沙江上。工程以發電為主,兼有防洪、攔沙和改善上游航運條件等綜合效益,并可為下游電站進行梯級補償。電站主要供電華東、華中地區,兼顧川、滇兩省用電需要,是金沙江“西電東送”距離最近的骨干電源之一,也是金沙江上最大的一座水電站。

在大型紀錄片《厲害了,我的國》里,溪洛渡水電站作為中國水電的代表精彩亮相。鏡頭里,矗立在高山峽谷間的溪洛渡大壩無疑是個搶眼的“大塊頭”。

  事實上,它不僅有大塊頭,更有大“智慧”。日前,在三峽工程管理研討會上,曾主持溪洛渡水電站工程建設的華能集團副總、教授級高工樊啟祥以該工程為例,向科技日報記者介紹了多種智能化技術在特高拱壩建設管理中的應用。

  時刻了解大壩的“頭疼腦熱”

  由三峽集團開發建設的溪洛渡水電站,最大壩高285.5米,壩頂高程610米,是世界上已建成的3座300米級特高雙曲拱壩之一。

  和以三峽大壩為代表的重力壩相比,拱壩特別是高拱壩的結構、受力情況極為復雜,整個施工過程中,壩體的受力狀況都在不斷調整。因此,拱壩也被認為是水工界最復雜的建筑物。

  樊啟祥介紹,針對溪洛渡特高拱壩建設的難點和特點,三峽集團開展了300米級特高拱壩智能化建設關鍵技術的研究和應用,提出了“全面感知、真實分析、實時控制”的閉環智能控制原理。

  “全面感知”即采用先進的傳感與采集技術,獲取大量的工程相關數據,并依靠通訊技術實時雙向傳輸,構建大壩全景信息模型(Dam Information Model,簡稱DIM)。“真實分析”就是實時獲取并分析建設過程中的各類信息和數據,確保工程結構安全和工作性態的可知可控。通過智能設備和軟件等,可實現對目標和關鍵工藝過程的“實時控制”。同時開發了面向拱壩建設多專業、多參建方的智能拱壩建設與運行信息化平臺(Intelligent Dam Analysis Management,簡稱iDam),有效支撐現場生產管理。

  “得益于上述智能化技術的應用,溪洛渡有了顆智慧‘大腦’,建設和管理大壩的技術人員可隨時了解它的‘頭疼腦熱’,及時進行動態調整,讓大壩一直處于健康狀態。”樊啟祥說。

  數字大壩與實體大壩共“生長”

  “從溪洛渡大壩左岸A區置換塊第一倉混凝土澆筑開始,包括倉面設計、混凝土生產、原材料溫控、混凝土溫度檢測等在內的各種設計和施工數據被全部記錄到DIM中。”樊啟祥表示,在溪洛渡大壩施工期間,各類數據存儲總量達9.4Tb(萬億字節,1Tb等于1024Gb)。如此龐大的數據庫涵蓋了2538倉混凝土、3496支安全監測儀器、4723支混凝土溫度計及3.3萬米測溫光纖相關的過程信息。而這些盡在DIM的“掌控”之中。

  樊啟祥介紹:“DIM實現了對施工進度、施工工藝及完成情況等的跟蹤和信息集成。隨著施工的進展,動態地豐富和完善大壩的信息模型,讓我們可以構建起可查詢、可分析、可追溯的數字大壩。”憑借這些真實全面的工程數據,專家們對施工全過程可以進行精細研究,從微觀上進一步保障了拱壩整體的質量和安全。透過DIM,大壩施工進展和狀態可以說是一覽無余。

  “在DIM基礎上,iDam則構建了一個參建各方信息共享、協同、交互的統一業務工作平臺,實現了模型和接口統一,現場與遠程控制協同。”樊啟祥表示,溪洛渡水電站iDam包含了混凝土施工、混凝土溫控、安全監測、質量管理等8個專業模塊,以及綜合查詢、聯機分析、預報報警等6個管理模塊,為設計與科研仿真分析、現場施工生產、項目監督管理控制等提供專業化的集成管理平臺。

  樊啟祥還指出了iDam更深層次的優點:iDam為大壩工程項目智能化管理提供了先進的信息共享和協同管理工具,通過數據在項目各方之間的有效交流,確保全面感知、真實分析和實時控制的高效運轉,實現了特高拱壩真實工作性態的過程仿真和預測。

  “智能化建設是大型水電工程未來發展的方向。如果說溪洛渡開啟了大型水電智能化的1.0時代,正在建設中的烏東德、白鶴灘水電站則更進一步向水電智能化2.0時代邁進。”樊啟祥期盼地說道。

  智能通水減少大壩溫度裂縫

  “大體積混凝土溫控防裂一直是特高拱壩建設面臨的世界難題。拱壩混凝土在澆筑硬化過程中產生大量的熱量,由于混凝土體積較大,使得內外熱脹冷縮的程度不同,容易形成溫度裂縫。”樊啟祥向記者介紹了特高拱壩建設中的又一個難題。

  通水冷卻是混凝土溫控防裂的關鍵。傳統通水冷卻主要靠人工完成,耗時費力,施工效果受人為因素影響較大。為實現通水過程的動態反饋和精細化控制,三峽集團在溪洛渡大壩智能化建設中研發應用了智能通水溫度控制系統和相關設備及軟件。

  “通過一體化的通水流量和溫度控制裝置,實時采集混凝土溫度數據和通水情況,對溫度異常情況進行預警、報警,再通過電磁閥遠程控制和調整通水的流量和溫度,確保溫度過程和溫度應力的全程可控。”樊啟祥說。

  為應對氣溫驟降、季節變化等帶來的挑戰和個性化的溫控需求,智能溫控系統針對不同區域、不同季節的澆筑倉實行不同的溫度策略,設計相應的目標溫度和控制參數。同時,將冬季和夏季、約束區和非約束區控溫曲線預存在智能溫控控制平臺內。

  統計數據表明,采用智能通水系統,溪洛渡大壩最高溫度、降溫速率控制符合率分別高達90.12%和96.12%,實現了混凝土澆筑全過程溫度控制的連續、平穩和精確。該系統有效防范了拱壩混凝土溫度裂縫,還節約了25%的制冷用水。

  智能通水之外,實現結構安全性態的動態調控是大壩智能化建設中突破的另一項關鍵技術。科研人員基于實時采集的施工過程數據和基礎數據等,開展了施工中基礎處理、橫縫開合、懸臂控制等關鍵變形過程的精細仿真和動態調控。

  “在大壩建設中,對每一個澆筑塊、每一層接縫和每一次結構體系的變化等,我們都要做到兩點,一是已完成的施工要與設計要求相吻合,二是對將要施工的部分進行預測分析和合理調整,確保安全可控。”樊啟祥強調。

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