(中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司， 北京 朝陽 100024)

數(shù)字化技術(shù)在豐滿水電站重建工程中的應(yīng)用

姚寶永田政

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司， 北京 朝陽 100024)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化、智能化技術(shù)不斷應(yīng)用于各類工程建設(shè)。本文對目前數(shù)字化技術(shù)在豐滿水電站全面治理(重建)工程中的應(yīng)用情況進行了簡要敘述，總結(jié)了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進行工程管理工作的體會，以期為類似工程積累經(jīng)驗。

豐滿水電站重建工程；數(shù)字化技術(shù)

1 概 述

豐滿水電站全面治理(重建)工程位于第二松花江干流豐滿峽谷口，在原豐滿大壩下游120m處新建一座碾壓混凝土重力壩，并利用原豐滿三期工程。為加強工程施工管理，保障施工質(zhì)量控制，豐滿大壩重建工程集成應(yīng)用了全國各頂尖科研院校(所)研究成果及應(yīng)用于國內(nèi)其他水電建設(shè)工程中成熟的自動化管理與質(zhì)量控制技術(shù)。

2 數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

豐滿水電站全面治理(重建)工程數(shù)字化技術(shù)以大壩混凝土澆筑為主線，圍繞著大壩混凝土施工各項工序進行數(shù)字化管理。目前，已形成以數(shù)字大壩一體化集成系統(tǒng)為平臺，無線網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)，碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)、核子密度儀信息自動采集與分析系統(tǒng)、大體積混凝土防裂動態(tài)智能溫控系統(tǒng)、混凝土運輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)、移動安監(jiān)智能管理平臺等數(shù)字化技術(shù)為主干的數(shù)字化管理網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了相應(yīng)功能，達到了預(yù)期效果。

2.1 無線網(wǎng)絡(luò)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

作為施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸通道，無線局域網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場各數(shù)字化系統(tǒng)與現(xiàn)場終端有機結(jié)合在一起，為現(xiàn)場各數(shù)字化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸提供了便利條件。無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需利用現(xiàn)場施工區(qū)周邊的建(構(gòu))筑物，實現(xiàn)施工現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。隨著大壩、發(fā)電廠房及其他附屬建設(shè)物的建設(shè)，現(xiàn)場施工過程中使用移動終端進行各系統(tǒng)操作時，大壩下游部分現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受到遮擋，無法進行數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場各類數(shù)字化系統(tǒng)的不斷應(yīng)用，數(shù)據(jù)傳輸量不斷增大，也對現(xiàn)場各系統(tǒng)無線終端及網(wǎng)絡(luò)提出更高的需求，需要不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋及傳輸路線，避免數(shù)據(jù)丟失和網(wǎng)絡(luò)連接不暢。

2.1.2 實時視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過在原豐滿大壩和廠區(qū)內(nèi)設(shè)置監(jiān)控點，豐滿水電站全面治理(重建)工程實現(xiàn)了對施工區(qū)的全面覆蓋，實時監(jiān)控現(xiàn)場施工情況，對施工過程整體掌控。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)同時具有云臺控制、預(yù)置點設(shè)置、即時錄像及回放等功能，通過云臺控制，可遠(yuǎn)程調(diào)整實時監(jiān)控畫面的方向、角度和遠(yuǎn)近，使施工管理人員靈活進行單點、單倉的遠(yuǎn)程監(jiān)控，有效輔助了現(xiàn)場監(jiān)督管理。云臺控制權(quán)限的設(shè)置極為重要，由于視頻監(jiān)控系統(tǒng)各客戶端均可實現(xiàn)云臺控制，極易出現(xiàn)各參建管理人員隨意調(diào)整實時監(jiān)控畫面的方位或多個管理人員對同一監(jiān)控畫面同時調(diào)整。因此，應(yīng)對部分監(jiān)控點的云臺控制進行限制或禁止，對碾壓混凝土澆筑、壓力鋼管吊裝、機電設(shè)備吊裝、門塔機安拆、爆破作業(yè)等重要施工過程進行全程監(jiān)控，留存完整視頻資料，便于后期隨時查看。

預(yù)置點位是對現(xiàn)場實時視頻監(jiān)控畫面位置的預(yù)定，能夠?qū)崿F(xiàn)施工管理人員調(diào)整監(jiān)控畫面方位后自動返回預(yù)置點，保證了施工現(xiàn)場全面覆蓋、無死角。對于重要施工過程，視頻監(jiān)控管理部門應(yīng)配置專職管理人員，根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況，設(shè)定重要施工過程監(jiān)控的攝像頭預(yù)置點，并限制云臺控制，確保重要施工過程視頻監(jiān)控的完整性。

即時錄像及回放功能是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能之一?，F(xiàn)場監(jiān)控影像資料通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)揭曨l監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器內(nèi)永久存儲，施工管理人員可隨時回放查看，大大提高了工程施工的可追溯性。但如果所有監(jiān)控攝像頭的監(jiān)控影像資料均進行永久存儲，那將給服務(wù)器帶來很大負(fù)擔(dān)，需增加更多存儲設(shè)施。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)增加了工程監(jiān)督管理的檢查手段，為豐滿水電站全面治理(重建)工程保存了完整的珍貴影像資料。

各類數(shù)字化系統(tǒng)不斷應(yīng)用，對無線網(wǎng)絡(luò)需求不斷增大，為保證數(shù)字化管理系統(tǒng)的有效運行，應(yīng)進一步加強無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，特別是加強各系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)接收和傳輸終端與現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞场?/p>

2.2 碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)

為進一步提高碾壓混凝土現(xiàn)場管理水平，豐滿水電站全面治理(重建)工程采用了碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)，對倉面碾壓機械進行實時自動監(jiān)控，監(jiān)測行駛軌跡、速度、振動狀態(tài)，計算和統(tǒng)計倉面任意位置處的靜態(tài)、動態(tài)碾壓遍數(shù)。當(dāng)相關(guān)參數(shù)不符合要求時，現(xiàn)場監(jiān)控室內(nèi)的系統(tǒng)客戶端進行報警，現(xiàn)場旁站監(jiān)理工程師和施工質(zhì)檢人員根據(jù)預(yù)警信息要求操作手調(diào)整相關(guān)參數(shù)。通過系統(tǒng)監(jiān)控，避免了人工統(tǒng)計碾壓遍數(shù)、碾壓速度等問題，在一定程度上提高了工程管理效率。

現(xiàn)場監(jiān)控室位于碾壓倉外，監(jiān)控人員將報警信息傳遞給現(xiàn)場旁站監(jiān)理和質(zhì)檢員，再轉(zhuǎn)至碾壓機操作手，這個過程時間較長，導(dǎo)致警報處理存在一定的滯后性，有時還需監(jiān)控人員帶著筆記本電腦進入碾壓機內(nèi)，指導(dǎo)操作手對漏碾?yún)^(qū)域進行碾壓，對碾壓施工管理造成一定影響。隨后，要求系統(tǒng)研發(fā)人員在駕駛室內(nèi)設(shè)置了碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)的顯示屏，實時向操作手顯示該振動碾的工作狀態(tài)，提示操作手主動更正。但是，當(dāng)顯示屏電源采用振動碾電源時，碾壓機頻繁啟動會導(dǎo)致顯示屏故障，進而改進為獨立電源。

現(xiàn)場施工過程中，受碾壓機械行駛和振動的影響，碾壓機械上安裝的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸終端接頭處偶爾會出現(xiàn)松動情況，造成碾壓監(jiān)控數(shù)據(jù)缺失。

當(dāng)碾壓數(shù)據(jù)缺失或局部存在壓實程度爭議時，通過碾壓機械安裝的GPS設(shè)備準(zhǔn)確定位爭議區(qū)域，參建各方見證試驗人員對該區(qū)域壓實度進行檢測，確定碾壓壓實程度，指導(dǎo)下一步對該區(qū)域補碾或停止碾壓。

工程采用斜層碾壓技術(shù)，目前碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)無法實現(xiàn)像平層碾壓施工一樣根據(jù)高程變化自動升層，需要監(jiān)控人員每層碾壓完成后手動將系統(tǒng)內(nèi)振動碾狀態(tài)調(diào)整至下一層。自動升層方面還需繼續(xù)改進。

總體而言，碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)的運用有效地輔助了現(xiàn)場監(jiān)理人員進行監(jiān)督管理，減少了現(xiàn)場工作量，將部分監(jiān)督管理內(nèi)容數(shù)字化，加強了碾壓過程控制。

2.3 核子密度儀信息自動采集與分析系統(tǒng)

核子密度儀信息自動采集與分析系統(tǒng)是該工程運用的又一種數(shù)字化手段?，F(xiàn)場試驗檢測人員通過手持式終端(手機PDA)將現(xiàn)場檢測的壓實度數(shù)據(jù)實時上傳到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，并進行簡單分析。該系統(tǒng)的運用保證了數(shù)據(jù)的真實性，還可通過手持式終端將檢測的濕、密度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成壓實度百分比數(shù)據(jù)。但是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析較為簡單，還需要施工管理人員進一步分析，才能最終評價該碾壓倉或某碾壓層的碾壓質(zhì)量。

2.4 大體積混凝土防裂動態(tài)智能溫控系統(tǒng)

豐滿水電站全面治理(重建)工程采用了智能溫控系統(tǒng)，進行大體積混凝土冷卻通水過程智能控制。根據(jù)壩體內(nèi)溫度傳感器實時采集的內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，自動控制現(xiàn)場流量控制設(shè)備調(diào)整通水流量、通水時間及換向時間，從而自動控制混凝土溫升、溫降情況，達到防裂的目的。另外，通過手持式溫度記錄儀還可以采集混凝土出機口、入倉和澆筑溫度，從而指導(dǎo)溫控措施調(diào)整。

智能溫控系統(tǒng)能夠真實地反映混凝土溫度變化情況和通水情況，加強了現(xiàn)場內(nèi)部溫度的有效控制，避免了人工記錄溫度數(shù)據(jù)弄虛作假的現(xiàn)象。但是，智能溫控系統(tǒng)的正常運行依賴于混凝土內(nèi)部溫度傳感器的數(shù)據(jù)采集，碾壓混凝土施工易對內(nèi)部溫度傳感器或電纜造成破壞，導(dǎo)致溫度監(jiān)測缺失，無法智能控制通水，下一步須進一步增加溫度傳感器及電纜的自身強度。

分控站的遷移和維護也會對智能溫控系統(tǒng)造成影響。下游面?zhèn)鋫}過程、臨時入倉道路變化、相鄰標(biāo)段施工、現(xiàn)場作業(yè)人員的人工干預(yù)和壩趾區(qū)域的其他施工均會對智能溫控系統(tǒng)分控站造成影響，不但加大了維護工作量，也會造成智能通水過程無法正常進行，進而影響混凝土溫度控制。因此，應(yīng)策劃好分控站的位置，協(xié)調(diào)好相鄰標(biāo)段施工，加強內(nèi)部教育，制定合理的應(yīng)急處理措施并準(zhǔn)確落實，進一步精細(xì)化管理。

2.5 混凝土運輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)

混凝土運輸GPS監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用于大壩混凝土運輸環(huán)節(jié)。通過在混凝土運輸車輛安裝GPS定位設(shè)備，實現(xiàn)大壩混凝土運輸?shù)膶崟r自動監(jiān)控，監(jiān)測運輸車輛的行駛軌跡、行駛速度等。監(jiān)理工程師可根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中記錄的行駛速度，計算出混凝土的運輸時間，從而輔助分析運輸過程中混凝土的溫度變化、VC值或坍落度變化。目前系統(tǒng)存在行駛軌跡與地圖不匹配、車輛和人員信息顯示異常等問題，還須進一步改進方可投入運行。

2.6 移動安監(jiān)智能管理平臺

豐滿水電站全面(治理)重建工程移動安監(jiān)智能管理平臺是以安全生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)中心為依托，綜合利用移動管理終端(PDA)，形成了一個由各參建單位安全監(jiān)督管理人員參與的平臺，實現(xiàn)了安全交流、現(xiàn)場檢查監(jiān)督、安全通告、違章曝光、亮點推廣、設(shè)備和人員管理數(shù)據(jù)查詢、安全交底等功能，幫助參建各方隨時隨地進行安全生產(chǎn)管理工作。

2.7 數(shù)字大壩一體化平臺集成系統(tǒng)

數(shù)字大壩一體化平臺集成系統(tǒng)通過集成碾壓混凝土壩澆筑碾壓質(zhì)量GPS監(jiān)控系統(tǒng)、核子密度儀信息自動采集與分析系統(tǒng)、大體積混凝土防裂動態(tài)智能溫控系統(tǒng)等數(shù)字化系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料，對澆筑施工中的質(zhì)量評定提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)字大壩一體化平臺集成系統(tǒng)將倉面設(shè)計審核、建基面驗收、鋼筋驗收、模板驗收、開倉審批、澆筑過程驗收、單元工程評定等各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)模塊化管理?，F(xiàn)場驗收過程中，監(jiān)理人員監(jiān)督施工人員通過PDA手機錄入實際驗收數(shù)據(jù)和現(xiàn)場拍照資料，提交驗收申請，監(jiān)理人員對施工單位上傳的數(shù)據(jù)進一步校核，通過PDA手機實時進行驗收評定，保證了質(zhì)量評定的及時性、真實性，提高了質(zhì)量評定效率。但在后期資料倉面設(shè)計和質(zhì)量評定等歸檔資料的整理上還存在較多問題，系統(tǒng)倉面設(shè)計打印版本還無法與CAD打印版本一致，而質(zhì)量評定表還須在打印前調(diào)整格式。因此，在這些功能研發(fā)后應(yīng)與參建各方進一步做好測試工作。

數(shù)字大壩一體化平臺集成了現(xiàn)場各系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)為質(zhì)量評定提供數(shù)據(jù)支持。應(yīng)進一步加強現(xiàn)場各系統(tǒng)與數(shù)字大壩一體化平臺之間的銜接，保證現(xiàn)場各系統(tǒng)數(shù)據(jù)順暢地傳輸至數(shù)字大壩一體化平臺。

3 結(jié) 語

水電工程的數(shù)字化、智能化管理，是未來發(fā)展方向。雖然各項數(shù)字化技術(shù)仍在不斷補充完善，但均有效地提高了豐滿水電站重建工程的管理水平，為工程建設(shè)帶來了積極變化，極大轉(zhuǎn)變了所有參建人員的工程管理觀念，為豐滿大壩建設(shè)提供了完整而詳實的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，為大壩運行期間的數(shù)字化管理提供了支撐，為中國水電工程建設(shè)管理積累了寶貴經(jīng)驗。

ApplicationofdigitaltechnologyinreconstructionofFengmanHydropowerStation

YAO Baoyong, TIAN Zheng

(ChinaWaterResourcesandHydropowerConstructionEngineeringConsultingBeijingCo.,Ltd.,Chaoyang100024,China)

Digital and intelligent technology has been applied to construction of various projects with the continuous development of computer technology. In the paper, the application of current digital technology in comprehensive governance (reconstruction) projects of Fengman Hydropower Station is briefly described. Experience of applying digital technology in engineering management work is summarized in order to accumulate experience for similar projects.

Fengman Hydropower Station reconstruction project; digital technology; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.012.021

TV737

B

1005-4774(2017)012-0087-03