溪洛渡水电站：大块头更有大“智慧”

在大型纪录片《厉害了，我的国》里，溪洛渡水电站作为中国水电的代表精彩亮相。镜头里，矗立在高山峡谷间的溪洛渡大坝无疑是个抢眼的“大块头”。

事实上，它不仅有大块头，更有大“智慧”。日前，在三峡工程管理研讨会上，曾主持溪洛渡水电站工程建设的华能集团副总、教授级高工樊启祥以该工程为例，向科技日报记者介绍了多种智能化技术在特高拱坝建设管理中的应用。

    时刻了解大坝的“头疼脑热”

由三峡集团开发建设的溪洛渡水电站，最大坝高285.5米，坝顶高程610米，是世界上已建成的3座300米级特高双曲拱坝之一。

和以三峡大坝为代表的重力坝相比，拱坝特别是高拱坝的结构、受力情况极为复杂，整个施工过程中，坝体的受力状况都在不断调整。因此，拱坝也被认为是水工界最复杂的建筑物。

樊启祥介绍，针对溪洛渡特高拱坝建设的难点和特点，三峡集团开展了300米级特高拱坝智能化建设关键技术的研究和应用，提出了“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环智能控制原理。

“全面感知”即采用先进的传感与采集技术，获取大量的工程相关数据，并依靠通讯技术实时双向传输，构建大坝全景信息模型（Dam Information Model,简称DIM）。“真实分析”就是实时获取并分析建设过程中的各类信息和数据，确保工程结构安全和工作性态的可知可控。通过智能设备和软件等，可实现对目标和关键工艺过程的“实时控制”。同时开发了面向拱坝建设多专业、多参建方的智能拱坝建设与运行信息化平台（Intelligent Dam Analysis Management，简称iDam），有效支撑现场生产管理。

“得益于上述智能化技术的应用，溪洛渡有了颗智慧‘大脑’，建设和管理大坝的技术人员可随时了解它的‘头疼脑热’，及时进行动态调整，让大坝一直处于健康状态。”樊启祥说。

    数字大坝与实体大坝共“生长”

“从溪洛渡大坝左岸A区置换块第一仓混凝土浇筑开始，包括仓面设计、混凝土生产、原材料温控、混凝土温度检测等在内的各种设计和施工数据被全部记录到DIM中。”樊启祥表示，在溪洛渡大坝施工期间，各类数据存储总量达9.4Tb（万亿字节，1Tb等于1024Gb）。如此庞大的数据库涵盖了2538仓混凝土、3496支安全监测仪器、4723支混凝土温度计及3.3万米测温光纤相关的过程信息。而这些尽在DIM的“掌控”之中。

樊启祥介绍：“DIM实现了对施工进度、施工工艺及完成情况等的跟踪和信息集成。随着施工的进展，动态地丰富和完善大坝的信息模型，让我们可以构建起可查询、可分析、可追溯的数字大坝。”凭借这些真实全面的工程数据，专家们对施工全过程可以进行精细研究，从微观上进一步保障了拱坝整体的质量和安全。透过DIM，大坝施工进展和状态可以说是一览无余。

“在DIM基础上，iDam则构建了一个参建各方信息共享、协同、交互的统一业务工作平台，实现了模型和接口统一，现场与远程控制协同。”樊启祥表示，溪洛渡水电站iDam包含了混凝土施工、混凝土温控、安全监测、质量管理等8个专业模块，以及综合查询、联机分析、预报报警等6个管理模块,为设计与科研仿真分析、现场施工生产、项目监督管理控制等提供专业化的集成管理平台。

樊启祥还指出了iDam更深层次的优点：iDam为大坝工程项目智能化管理提供了先进的信息共享和协同管理工具,通过数据在项目各方之间的有效交流，确保全面感知、真实分析和实时控制的高效运转，实现了特高拱坝真实工作性态的过程仿真和预测。

“智能化建设是大型水电工程未来发展的方向。如果说溪洛渡开启了大型水电智能化的1.0时代，正在建设中的乌东德、白鹤滩水电站则更进一步向水电智能化2.0时代迈进。”樊启祥期盼地说道。

    智能通水减少大坝温度裂缝

“大体积混凝土温控防裂一直是特高拱坝建设面临的世界难题。拱坝混凝土在浇筑硬化过程中产生大量的热量，由于混凝土体积较大，使得内外热胀冷缩的程度不同，容易形成温度裂缝。”樊启祥向记者介绍了特高拱坝建设中的又一个难题。

通水冷却是混凝土温控防裂的关键。传统通水冷却主要靠人工完成，耗时费力，施工效果受人为因素影响较大。为实现通水过程的动态反馈和精细化控制，三峡集团在溪洛渡大坝智能化建设中研发应用了智能通水温度控制系统和相关设备及软件。

“通过一体化的通水流量和温度控制装置，实时采集混凝土温度数据和通水情况，对温度异常情况进行预警、报警，再通过电磁阀远程控制和调整通水的流量和温度，确保温度过程和温度应力的全程可控。”樊启祥说。

为应对气温骤降、季节变化等带来的挑战和个性化的温控需求，智能温控系统针对不同区域、不同季节的浇筑仓实行不同的温度策略，设计相应的目标温度和控制参数。同时，将冬季和夏季、约束区和非约束区控温曲线预存在智能温控控制平台内。

统计数据表明，采用智能通水系统，溪洛渡大坝最高温度、降温速率控制符合率分别高达90.12%和96.12%，实现了混凝土浇筑全过程温度控制的连续、平稳和精确。该系统有效防范了拱坝混凝土温度裂缝，还节约了25%的制冷用水。

智能通水之外，实现结构安全性态的动态调控是大坝智能化建设中突破的另一项关键技术。科研人员基于实时采集的施工过程数据和基础数据等，开展了施工中基础处理、横缝开合、悬臂控制等关键变形过程的精细仿真和动态调控。

“在大坝建设中，对每一个浇筑块、每一层接缝和每一次结构体系的变化等，我们都要做到两点，一是已完成的施工要与设计要求相吻合，二是对将要施工的部分进行预测分析和合理调整，确保安全可控。”樊启祥强调。