(廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司,廣西 南寧 530000)
大藤峽水利樞紐工程是國務(wù)院批準的《珠江流域綜合利用規(guī)劃》、《珠江流域防洪規(guī)劃》確定的珠江流域防洪控制性樞紐工程,是兩廣合作、桂澳合作的重大工程,是紅水河十大梯級規(guī)劃中的最后一級,也是國家172項重大水利節(jié)水供水項目中的標志性工程。
工程壩址位于珠江流域西江水系中游廣西桂平市大藤峽峽谷出口處,工程開發(fā)任務(wù)以防洪、航運、發(fā)電、水資源配置為主,結(jié)合灌溉、水生態(tài)治理等綜合利用。大藤峽工程樞紐建筑物主要包括泄水、發(fā)電、通航、擋水、灌溉取水、過魚建筑物等。
大藤峽工程灌漿施工主要以帷幕灌漿和固結(jié)灌漿為主,其主要灌漿部位包括:一期下游圍堰、一期基坑巖溶區(qū)防滲處理、左岸泄水壩段、左岸廠房、主廠房及安裝間、流道鋼襯接觸、船閘主體部位、船閘上游引航道部位、船閘下游引航道部位、船閘事故門庫壩段部位、黔江副壩、南木江副壩等。
大藤峽工程灌漿施工已全面展開,在灌漿質(zhì)量管控過程中,檢查發(fā)現(xiàn)存在管控不到位、資料造假等問題。為規(guī)范灌漿施工,有效控制灌漿施工質(zhì)量,大藤峽公司根據(jù)施工單位合同承諾,要求施工單位統(tǒng)一采購可進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓酀{記錄儀,為實現(xiàn)通過項目管理系統(tǒng)對灌漿工程實施智能監(jiān)控,更好地開展灌漿記錄儀及監(jiān)控系統(tǒng)的運行、管理,確保灌漿質(zhì)量可控,大藤峽公司開展灌漿監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與運行。
?灌漿工程量的統(tǒng)計以及灌漿過程的控制都比較困難。其主要原因是灌漿施工效果難以用肉眼觀察,必須通過設(shè)備記錄的資料間接反映;灌漿施工過程中地層存在不確定性,灌漿作業(yè)面分散,也給有限的監(jiān)理人員進行24小時旁站的工作方式提出極大的挑戰(zhàn)。
?為規(guī)范和加強項目管理,針對工程項目中存在的隱蔽性因素進行過程控制,施工資料管理工作就顯得非常重要。灌漿資料作為記錄灌漿工程施工活動整個過程的一項重要資料,即是基礎(chǔ)施工的重要組成部分,也是整個工程竣工交付使用的必備文件。然而有些資料管理分散,缺少備份和電子手段,存在一定的管理風險。
?灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)將傳感器信號數(shù)據(jù)進行采集、整合、分析,并實時上傳到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中,實現(xiàn)了分散施工部位的集中化監(jiān)管,從監(jiān)管方式上保證了數(shù)據(jù)真實有效和安全可靠,提升了大藤峽工程建設(shè)網(wǎng)絡(luò)信息化管理水平。
?通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的建立,將施工過程數(shù)據(jù)集中化管理,形成海量數(shù)據(jù)庫,根據(jù)行業(yè)標準,施工規(guī)范,將海量數(shù)據(jù)庫標準化,為灌漿施工過程分析,施工質(zhì)量評估,施工進程跟蹤,施工模型展現(xiàn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
大藤峽工程灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)是一套利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)技術(shù)、ASP.NET技術(shù)以及Internet技術(shù)且基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)集成灌漿監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和灌漿數(shù)據(jù)管理,可作為大藤峽工程水電站辦公管理系統(tǒng)的一部分。
目前,大藤峽工程累計投入使用27套GJY-VII型灌漿自動記錄儀,灌漿監(jiān)控系統(tǒng)已覆蓋所有灌漿施工工作面,實現(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)的全過程實時監(jiān)控和傳輸。
大藤峽工程灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)按照施工監(jiān)控對象的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計,分層分布式系統(tǒng)是一種集散控制系統(tǒng)(DCS),整個系統(tǒng)可分為現(xiàn)場控制級、過程管理級和經(jīng)營管理級,提供從灌漿記錄儀到數(shù)據(jù)傳輸和信息化管理一攬子解決方案。其監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下頁圖1所示。
灌漿信息管理子系統(tǒng)中,灌漿記錄儀的各種傳感器作為現(xiàn)場控制級,該級別直接面對灌漿現(xiàn)場,是所有數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)。該級別的各種傳感器形成一個傳感器網(wǎng)絡(luò),對灌漿過程中的流量、壓力、密度及抬動信號進行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理,并將各自傳感器采集到的信號以有線或無線的方式傳輸?shù)焦酀{記錄儀主機。
灌漿記錄儀主機作為過程管理級,該級別通過接受現(xiàn)場控制級傳來的信號,按照工藝要求進行控制規(guī)律運算后,將結(jié)果作為控制信號發(fā)給現(xiàn)場控制級的設(shè)備,是集散控制系統(tǒng)的核心單元。灌漿過程的各種工藝都需要它來設(shè)置、記錄和調(diào)節(jié),比如灌漿參數(shù)的設(shè)置,數(shù)據(jù)的記錄和高壓閥的開合度調(diào)節(jié)等。
灌漿信息管理系統(tǒng)作為經(jīng)營管理級,是集散控制系統(tǒng)的最高一層,可以監(jiān)視灌漿信息管理子系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù),并且對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和處理。從全局出發(fā),有助于參建單位進行灌漿過程的監(jiān)控和管理。
圖1 灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
灌漿實時數(shù)據(jù)的發(fā)送伴隨著整個灌漿施工全過程,并且數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中以封裝的數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送,因此需要開發(fā)服務(wù)器段接收處理程序?qū)幋a幀進行效驗、解碼并存儲,同時為了保證數(shù)據(jù)處理的及時有效,需建立多線程機制對數(shù)據(jù)進行處理,同時又能夠接收數(shù)據(jù),從而保證數(shù)據(jù)的循環(huán)往復(fù)處理。如圖2所示。
圖2 TCP/IP協(xié)議開發(fā)流程
灌漿管理信息系統(tǒng)是在整個灌漿數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上建立的。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用磁盤陣列技術(shù)(Redundant Arrays of Inexpensive Disks,RAID),通過在多個磁盤上同時存儲和讀取數(shù)據(jù)來大幅提高存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput),同時該技術(shù)具有較為完備的相互校驗/恢復(fù)的措施,甚至是直接相互的鏡像備份,從而大大會提高RAID系統(tǒng)的容錯度和穩(wěn)定冗余性。
本系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server企業(yè)級數(shù)據(jù)庫引擎,數(shù)據(jù)庫建立的數(shù)據(jù)表包括:灌漿實時數(shù)據(jù)、灌漿記錄數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)、結(jié)束信息數(shù)據(jù)、用戶信息數(shù)據(jù)、用戶登陸數(shù)據(jù)、報表生成臨時數(shù)據(jù)、灌漿結(jié)果數(shù)據(jù)、灌漿施工設(shè)計數(shù)據(jù)、灌漿成果數(shù)據(jù)等;各數(shù)據(jù)字典的建立都是相互依賴、相互關(guān)聯(lián)的。
?廊道ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)施工主要完成廊道區(qū)域內(nèi)部的無線數(shù)據(jù)傳輸,保證該灌漿區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)的無線傳輸和采集。其安裝方式為采用ZigBee路由模塊安裝在廊道內(nèi)部,100~150m安裝一套無線路由設(shè)備,將在區(qū)域內(nèi)的多臺GJY-VII型灌漿記錄儀通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)連接起來,并整合該區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)中灌漿記錄儀的灌漿數(shù)據(jù)到無線主機中。如圖3所示。
圖3 廊道無線自組網(wǎng)示意
?露天GPRS/WIFI通信模塊施工,尋找廊道口、廠房周圍及露天通信信號良好的地方,用無線專用發(fā)送器網(wǎng)關(guān)模塊連接ZigBee和GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò),把接收到的ZigBee信號通過GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)傳至遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。GPRS/WIFI與遠程監(jiān)控中心的連接不受距離限制。
本系統(tǒng)運用ZigBee技術(shù)將各施工點記錄儀的數(shù)據(jù)上傳到中央服務(wù)器,進行數(shù)據(jù)匯總、信息管理。該系統(tǒng)支持灌漿資料的遠程上傳、搜索、整理、本地保存及打印等功能。用戶在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方通過電腦或者手機便可以查看灌漿實時數(shù)據(jù)和各種統(tǒng)計報表及曲線。與普通軟件公司不同,該信息管理系統(tǒng)是專門針對灌漿自動記錄儀數(shù)據(jù)管理而開發(fā)的,能實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與灌漿記錄儀的無縫連接,灌漿記錄儀的數(shù)據(jù)自動上傳,無需手工錄入。并且該系統(tǒng)具有隨時隨地監(jiān)控灌漿信息、不同用戶不同權(quán)限管理、電腦手機均可作監(jiān)控終端等特點。
本系統(tǒng)采用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫及.Net應(yīng)用服務(wù)平臺。系統(tǒng)采用C/S的三層應(yīng)用模式,數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用服務(wù)運行在不同的服務(wù)器上,在進行服務(wù)器選型時,必須要考慮系統(tǒng)的運行性能及后期較長時間的應(yīng)用需要。采用基于Intel架構(gòu)的中高檔IBM X系列或HP企業(yè)級應(yīng)用服務(wù)器。系統(tǒng)配置2個Intel Xeon雙核CPU,2G以上的內(nèi)存。
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)量較大,對系統(tǒng)的容錯功能要求較高,因此采用具有容錯功能的RAID磁盤陣列技術(shù),由于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)較多,同時考慮到日常數(shù)據(jù)備份的需要,數(shù)據(jù)存儲的有效總?cè)萘恳笤?000G以上。對于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,同時需要考慮數(shù)據(jù)訪問的性能量,從保證有效數(shù)據(jù)空間及系統(tǒng)運行效率的雙方面綜合考慮,采用5塊300G SAS熱插拔硬盤組成RAID5磁盤陣列。
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器具有較強的存貯與處理能力,采用高檔專用服務(wù)器為主服務(wù)器,并具有提供備份的功能;平均故障間隔時間大于1萬小時。
4.2.1 系統(tǒng)登陸
大藤峽灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)于2017年9月建設(shè)并投入運行,在配合現(xiàn)場各種開發(fā)需求的情況下對系統(tǒng)進行了多次需求分析,并進行及時的修改和完善,整體架構(gòu)也進行了升級,服務(wù)器按照要求也轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)場局域網(wǎng)絡(luò),保障了數(shù)據(jù)安全和運行效率,目前運行狀況良好。
用戶可以通過系統(tǒng)管理員所分配的帳號,在任何能夠連接互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)的設(shè)備上登錄灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)進行操作。系統(tǒng)根據(jù)用戶的身份類型,自動賦予其對應(yīng)的的功能菜單和相符的操作權(quán)限,保證了數(shù)據(jù)的保密性。
4.2.2 實時監(jiān)控
進入系統(tǒng)后首先顯示的是實時監(jiān)控頁面,平面圖上的圓點代表灌漿記錄儀。通過平面圖上的圓點顏色可以清楚知道灌漿記錄儀的使用狀態(tài),而圓點分布的位置則代表灌漿大致的施工部位,目的是生動形象地展現(xiàn)灌漿記錄儀的使用情況。單擊圓點,左下角將顯示該灌漿記錄儀兩個通道的實時灌漿工作情況,該頁面是動態(tài)刷新,可看到該灌漿記錄儀所在部位,設(shè)備編號,當前所灌孔段信息及實時流量、壓力、密度等參數(shù),數(shù)據(jù)傳輸過程中五秒更新一次。實時監(jiān)控頁面如圖4所示。
圖4 實時監(jiān)控頁面
4.2.3 數(shù)據(jù)查詢
通過頁面的“過程數(shù)據(jù)報表”和“過程數(shù)據(jù)”菜單,可對數(shù)據(jù)庫中的原始灌漿數(shù)據(jù)進行模糊搜索和準確查詢,點擊某條查詢數(shù)據(jù)則會展現(xiàn)與現(xiàn)場一致的灌漿記錄報表。
在“過程數(shù)據(jù)報表”菜單下,通過輸入部位、孔號、段號、工作方式及時間其中任意一項或多項信息,根據(jù)該信息數(shù)據(jù)庫會進行模糊查詢,適用于對灌漿孔段信息了解不全,或僅需查詢某個部位或某個時間段灌漿情況的查詢方式。過程數(shù)據(jù)報表頁面如下頁圖5所示。
在“過程數(shù)據(jù)”菜單下,通過輸入部位、孔號、儀器編號、段號及工作方式詳細信息,則可以直接查詢到某孔段的原始灌漿數(shù)據(jù)。目的是為了管理者能夠直觀、便捷的查詢相關(guān)孔段信息并且找到其所需要的灌漿數(shù)據(jù)。
4.2.4 設(shè)備查詢
該菜單下通過輸入灌漿記錄儀編號、起始時間及終止時間,即可查詢到該設(shè)備在該時間段所記錄的所有灌漿資料。
4.2.5 成果報表
該菜單下,用戶通過輸入工程部位及單元號,即可查詢相應(yīng)的灌漿成果。該成果包含累計灌漿量,累計注灰量,單位注灰量等信息。
該菜單目的是通過工程量統(tǒng)計,方便管理者根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及圖表對灌漿量進行統(tǒng)計,對灌漿質(zhì)量進行分析,對灌漿成果進行評估,可以有效地了解灌漿施工情況。
4.2.6 異常匯總
該菜單下顯示的是灌漿孔段的灌前壓水呂榮值和累計注灰量異常匯總。報警機制采用遞進報警模式,即超過設(shè)計值的25%使用橙色字體顯示,超過設(shè)計值的50%使用紅色字體顯示。如圖6所示。
圖5 過程數(shù)據(jù)報表頁面
圖6 異常匯總頁面
灌漿施工項目是大藤峽大壩施工中的隱蔽性工程,施工進度和質(zhì)量難以直觀衡量,為方便對大壩灌漿進行管理和監(jiān)控,大藤峽工程灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)融合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、無線通信技術(shù)對廊道等信號盲區(qū)及露天施工部位進行局部組建網(wǎng)絡(luò),將灌漿過程采集的重要參數(shù)實時收集,通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至現(xiàn)場局域網(wǎng),形成一套無線灌漿網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),能實時監(jiān)控大壩灌漿施工參數(shù),成果統(tǒng)計分析,進行質(zhì)量管理和過程管理,并為后期施工決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了工程管理人員在灌漿管理過程中的實效性和工作效率,可及時發(fā)現(xiàn)灌漿過程中出現(xiàn)的異常情況,提高灌漿工程信息化管理水平。
以前的灌漿數(shù)據(jù)都是通過紙質(zhì)報表打印出來,再經(jīng)工作人員呈遞監(jiān)理后上報給業(yè)主。整個流程耗時長,且資料的整理與管理相當不便,較難滿足現(xiàn)場的施工要求及客戶的實際需求。利用計算機軟件、網(wǎng)絡(luò)、無線通信等技術(shù)開發(fā)的灌漿施工監(jiān)控管理信息系統(tǒng)是當前灌漿管理信息化的主流趨勢,能夠?qū)崿F(xiàn)灌漿施工的遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)整理等功能,從而真正達到灌漿施工作業(yè)的自動化、智能化,加強業(yè)主監(jiān)理對灌漿施工作業(yè)的綜合管理,有效提高灌漿施工的質(zhì)量、生產(chǎn)效率及設(shè)備利用率,節(jié)約生產(chǎn)成本。
水利信息化的首要任務(wù)是在水利業(yè)務(wù)中廣泛應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù),建設(shè)水利信息基礎(chǔ)設(shè)施,解決水利信息資源不足和有限資源共享困難等突出問題,提高防汛減災(zāi)、水資源優(yōu)化配置、水利工程建設(shè)管理、水土保持、水質(zhì)監(jiān)控等水利業(yè)務(wù)中信息技術(shù)應(yīng)用的整體水平,帶動水利現(xiàn)代化。大藤峽無線灌漿管理信息系統(tǒng)作為水利信息化的終端產(chǎn)品,能夠?qū)崿F(xiàn)灌漿實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、圖形報表生成等功能,通過實時上傳灌漿成果數(shù)據(jù),保證了數(shù)據(jù)的有效性和真實性,并對灌漿相關(guān)各類數(shù)據(jù)進行共享和管理,完成了灌漿過程異常處理、質(zhì)量巡查以及工程計量統(tǒng)計等工作,該系統(tǒng)將促進現(xiàn)場灌漿施工自動化管理水平,實現(xiàn)大藤峽灌漿數(shù)據(jù)的無縫對接。系統(tǒng)的開發(fā)和運行提高了大藤峽灌漿信息化的管理水平,促進了水電站水利信息化的建設(shè)。