水電站數字化管理論文

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1“數字化大崗山”工作開展情況

1．1大壩施工管理數字化

1．1．1安全管理(1)纜機防碰撞系統。大崗山水電站大壩主體工程施工需用混凝土量322萬m3，鋼筋制安量3．5萬t，模板周轉量1．5萬t，其他輔助材料4．3萬t。壩體施工的主要吊裝設備為4臺平移式纜索起重機和4臺塔式起重機等設備。這些設備布置在狹窄的施工場地上，工作范圍彼此重疊，為了防止大壩施工現場施工設備的碰撞，避免由此產生的事故對人員、設備的傷害及施工進度的影響，大崗山公司于2013年5月開發建設完成一套大壩施工設備防碰撞預警系統。該系統可實時地自動檢測各施工設備及其相關部件(如臂架、塔架及吊鉤等)的位置、運動方向和速度，將采集到的信息通過無線網絡傳輸給基站;在基站經過防碰撞算法的分析和計算，得到各施工設備的空間位置(包括臂架、塔架和吊鉤等)及其運動趨勢，若設備間相互距離過近并存在碰撞的可能時，基站通過無線網絡將相應碰撞信息發送給相關設備;碰撞信息通過安裝在各設備操作室的工業用平板電腦實時顯示，提醒可能發生碰撞設備的操作人員采取相應措施提前避讓，避免碰撞事故的發生。大崗山大壩施工設備防碰撞預警系統自投入運行以來，報警準確及時，系統涵蓋的設備之間從未發生過碰撞事件。(2)纜機遠程監控系統。為采用最快捷的方式對纜機設備進行維護，減少維護時間，縮短故障停機時間，大崗山公司與杭州國電大力機電工程有限公司于2012年4月開發建設完成纜機遠程監控系統。該系統通過網絡將4臺纜機運行的所有參數實時傳輸到杭州國電大力機電工程有限公司，工作人員在辦公室就能實時了解4臺纜機的位置、起吊重量、運動方向、速度和電氣等運行狀態。當發生電氣系統故障時，系統可通過檢閱故障代碼作出判斷，在系統恢復時直接對系統參數的設置進行調整。廠家技術人員通過遠程監控系統可及時發現產生問題的原因，彌補纜機現場維護專業技術力量的不足，通過電話指導將故障設備的處理方案及時通知現場維護單位，從而極大地縮短設備維護和故障檢修停機時間，提高了設備工作效率。1．1．2質量管理(1)拱壩施工期溫控決策支持系統。大崗山水電站大壩混凝土標號高，水泥水化熱大。澆筑倉達1700多個，設計埋設傳感器2000多支。根據拱壩的結構要求，橫縫須接縫灌漿，以形成拱圈受力，拱壩溫度控制的難點和重點是控制最高溫升和降至封拱溫度，需要一期冷卻、中期冷卻和二期冷卻3個過程才能降至接縫灌漿溫度。整個溫控過程歷時120d，且日降溫速率都有嚴格的要求，一旦超標極有可能產生溫度裂縫，所以，大壩混凝土溫控工作難度大，工作量大，過程控制風險大。由于傳統的測溫方法采集效率低、數據的實時性差、人為干擾因素多，因此無法滿足大崗山水電站精細化的溫控管理需求。拱壩施工期溫控決策支持系統由武漢大學于2011年5月研發投用。該系統利用物聯網技術，在數據采集中應用數字化方法，提高數據采集的效率、及時性與準確性，避免了傳統作業方式帶來的弊端。系統中應用的數字溫度計+數字溫度采集器+數字化溫控管理平臺的組合方案，實現了大壩混凝土數字測溫。該溫控決策支持系統能夠記錄混凝土從生產、入倉、澆筑乃至后期養護全過程中的溫度數據，形成每一倉的溫度檢測統計數據，包括出機口溫度、入倉溫度、澆筑溫度、最高溫度、環境溫度等。該決策支持系統能夠展示每組數據平均值、最大值和最小值，通過對比標準，計算出合格率，也可以記錄各倉各支溫度計的實時溫度信息，繪制各倉平均溫度變化曲線及單支溫度計變化曲線，還可以記錄每天的氣溫監測數據，統計每日監測次數、平均溫度、最高與最低氣溫及最大溫差，并在圖表中繪制氣溫曲線，包括日平均溫度曲線和日最大溫差曲線。(2)拌和樓運行監控平臺。拌和樓運行監控系統由武漢英思科技公司于2013年4月研發投用。該監控系統通過與拌和樓生產系統的數據接口，可以實時采集拌和樓生產數據和配合比信息，主要內容包括:拌和樓編號、生產時間、總方量、使用部位、設計配合比、生產配合比、操作員等。通過對拌和樓信息的采集，可以實時跟蹤了解每一盤混凝土的拌和生產情況，分析其配合比水平;從拌和設備的維度分析拌和樓的出力情況;從時間維度分析拌和樓的生產強度(可間接分析出澆筑強度);從施工部位溫度統計混凝土的方量。1．1．3進度管理(1)大壩混凝土澆筑施工進度仿真系統。大崗山大壩混凝土月最高澆筑強度為13．5萬m3，工期緊、施工強度高、制約因素多，譬如，相鄰壩段高差不能超過12m，最大高差不能超過30m，壩段懸臂高度孔口以下部分不能超過60m，孔口以上部分不能超過45m，另外，深孔壩段結構異常復雜，鋼筋制安量非常大，異型結構多，備倉進度慢。為了解決上述施工管理過程中遇到的各種問題，協調各個施工部位合理施工，緊密銜接各種工序，保證大壩各壩段連續、均衡上升，大崗山公司委托天津大學開發了大壩施工進度仿真系統(DGS－DamSim)，并于2012年6月投入使用。該子系統主要包括九大模塊，即施工參數模塊、仿真計算模塊、對比分析模塊、圖形顯示模塊、數據輸出模塊、實際進度模塊、信息查詢模塊、數據庫管理模塊及幫助模塊。該系統支持壩體動態分層分塊、大壩施工過程動態跟蹤、實時仿真計算、施工進度預測分析與預警、大壩澆筑進度計劃制訂等功能。結合“數字化大崗山”集成平臺，系統可提供大壩基礎定義及現場的實際施工進度數據，并依此來綜合仿真分析大壩的施工進度計劃(澆筑、接縫灌漿等)，提供并驗證綜合施工計劃方案，指導長、中、短期施工計劃的制訂。最終將大壩施工進度仿真計劃在系統中予以，為工程管理決策以及施工提供了有力支持。(2)視頻監控系統。視頻監控系統由四川能信科技有限公司研發，已于2012年6月投用。該系統總共布置10個監控點位，各監控點將監控到的圖像信息通過光纖網絡遠程傳入數字化監控系統，經過數據轉化后，形成的圖像信息可在辦公室內安裝有客戶端的計算機上供有關人員瀏覽及查詢。

1．2灌漿施工管理數字化

大崗山水電站基礎灌漿工程中固結灌漿工程量約22萬m，帷幕灌漿工程量約48萬m，工程量大;河床壩段發育輝綠巖脈和承壓熱水，地質條件復雜，施工難度大，質量要求高，管理控制復雜。“數字化大崗山”通過搭建大壩基礎灌漿過程管理系統，包括灌漿過程數據采集系統及灌漿綜合管理平臺，實現了與灌漿施工相關的勘測、設計、計劃、施工過程、質量與成果的全面管理，提升了灌漿施工的質量與進度控制水平。

1．3安全管理數字化

(1)安全監測信息管理系統。安全監測綜合查詢系統于2011年1月投入使用。該系統可對安全監測數據進行規范的綜合統計、分析和展示，以便相關工作人員從整體的角度對大壩工程施工監測數據進行掌控與分析。綜合查詢系統對安全監測的數據進行分析、整理后，可在監測結果查詢頁面中以成果曲線圖和統計報表的形式展現出來。通過成果曲線圖，有關人員可以掌握大壩施工過程中溫度、開合度、應力、應變、位移、穩定、滲流、滲壓、裂縫等參數的變化趨勢。通過安全監測信息管理系統，各類監測埋沒儀器信息、監測數據與成果全部進入數據庫管理，為監測信息的使用和管理提供了有力手段。

2“數字化大崗山”的工程應用成果

數字化集成平臺投用后，整合了各個專項系統資源，充分發揮了作用，實現了安全、質量、進度、計量等的全面有效管理。(1)大壩施工溫控管理。目前，大壩混凝土施工期溫控決策支持系統已在業主、設計、長江委大崗山大壩工程監理部、葛洲壩大壩項目部、中水八局大壩項目部等單位安裝運行，且系統運行正常，每日溫控數據按照規定時限錄入，對已澆筑的1000多倉大壩混凝土，錄入各倉21項關鍵溫控數據共400余萬條，發送溫控預警短信近2400次，提供各類仿真分析報告360余份。混凝土的澆筑溫度合格率、最高溫度合格率與日降溫合格率從一開始的不足85%提升到95%以上，有效地防止了大壩危害性裂縫的產生。(2)大壩施工進度管理。大崗山水電站大壩施工總進度仿真計算及年、月度計劃進度編制全部借助大壩施工進度仿真系統進行，編制效率提高了50%以上，編制過程充分考慮了季節、資源、工序之間的干擾與制約等因素，計劃編制的科學性大大提高，實際澆筑情況與計劃的符合率在90%～110%之間。大崗山水電站大壩工程開工以來，每年均圓滿地完成了上級單位設定的進度節點考核目標，這與大壩施工進度仿真系統的開發與應用密不可分。(3)灌漿管理。固結灌漿和帷幕灌漿涉及的所有廊道、單元、孔、段的設計信息及相關工序記錄及成果全部納入到系統平臺中管理，實現了施工各個工序的實時跟蹤記錄。大崗山公司、監理單位可以及時有效地對整個施工過程進行實時監控、瀏覽、查詢，實時完成資料匯總、統計、分析、整理和成果輸出，完全滿足竣工資料成果整理的要求，相關工作量減少80%以上。系統可實時掌握施工過程中出現的異常情況，并通過預警設置，將灌漿參數或設備異常等信息以短信形式發送至用戶手機，有效降低了過程質量風險;統籌管理了灌漿各個過程，包括材料核銷、物探監測、灌漿進度及成果的三維形象化展示和成果評審，保證了帷幕灌漿施工的質量、進度與計量的準確性。(4)安全監測信息管理。截至2014年2月，大崗山水電站工區安全監測工程共安裝監測儀器2305支(套)，儀器完好率為96．70%。大崗山公司、安全監測中心、監理及各監測施工單位等可通過安全監測信息管理系統對安全監測數據進行查詢、對比分析、變化趨勢研判、整編匯總、觀測過程線繪制等方面的操作，大幅度提高了工作效率。(5)視頻監控系統。在大壩混凝土施工管理中，數字監控圖像信息采集系統可實現澆筑過程的實時監控和影像記錄，管理人員通過網絡即可在線了解現場澆筑倉的設備、人員、材料布置、施工、異常情況，為實時管理提供支持。同時，相關管理人員可通過數字化集成平臺進行錄像回放、定時錄像(工程管理員可以設定時間段對監控前端的某個攝像機的圖像進行定時錄制)、備份等操作。通過對視頻錄像的截取以及后期剪輯，為每個倉面的澆筑過程生成一個影像視頻檔案，統一存放，可隨時調閱，為歷史過程分析提供支持。(6)纜機監控系統。纜機監控系統包括纜機遠程監控系統、纜機防碰撞系統。防碰撞系統通過實時計算出各設備固定及運動部件(如塔架、臂架和吊罐等)的相互位置關系，根據各設備有可能發生碰撞的距離，綜合考慮設備的制動距離和安全裕度，判定是否需要發出警示及警示的級別，并存儲較長時間內的警示指令和位置信息備查，同時提供相應的歷史狀態回放和事故分析等功能，有效防止安全事故發生，提高生產效率。遠程監控系統通過無線通訊網絡對纜機進行遠程診斷和監控，實現與現場完全同步、實時的圖像效果，可使廠家技術人員實時了解纜機運行狀態，當電氣系統發生故障時可通過檢閱故障代碼作出判斷，通過電話對現場進行指導，一般電氣故障可在10min內將問題處理完畢，在系統恢復時可直接對系統參數的設置進行調整，從而極大地縮短設備維護和故障檢修停機時間。

3結語

按照中國國電集團公司“精細化、專業化、標準化、數字化”的要求和國電大渡河流域水電開發有限公司“夯實基礎、彌補短板、打造亮點、創建標桿”的管理提升路徑，充分吸取國內大型水電工程數字化管理方面的先進經驗，大崗山水電開發有限公司建成了大崗山水電站大壩混凝土拌和運行監控系統、大壩混凝土溫控仿真決策支持系統、大壩施工進度仿真系統、大壩纜機遠程監控系統、大壩纜機運行防碰撞系統、三維可視化攝像系統、灌漿過程實時監控系統、大壩施工期安全監測系統綜合數字化集成管理信息平臺，可對大崗山工程建設進行全方位的數字化管理，是目前國內為數不多的數字化管理的先行者。經過近2a的運行實踐證明，該系統運行可靠、科學，能很好地服務于工程建設，為工程建設順利開展提供了有力的支持。

作者：呂鵬飛盧軍單位：國電大渡河流域水電開發有限公司